城市河道人工水面水质污染及控制研究 ——以宝鸡市金渭湖为例

论文摘要

近些年来采用拦河闸（坝）等形式在河流断面处拦截河水,建造城市河道人工水面,改善区域水环境,在我国北方许多城市较为流行。城市河道人工水面属于缓流、浅水型的城市景观水体,水位受人工调节,水质受来水水源、外来污染源、河道自身环境和条件变化、以及换水周期等因素的影响,使得水面内的流速场及污染物变化规律不同于传统意义上的河流或者城市湖泊。因此,有针对性的进行城市河道人工水面的水质污染及控制研究,对保障人工水面的水域功能和城市水生态系统环境建设具有十分重要的意义。本论文以宝鸡市金渭湖为研究对象,对雨水径流、合流制管道溢流及水体自身等污染特征进行分析,以探明其对金渭湖水质变化的影响;通过对金渭湖水质长期监测,利用单指数评价法和综合水质指数法对水质现状进行评价;建立主要污染指标的水质模型,以实现对特定时段金渭湖水质的预测,从而为污染源的控制提供依据;针对主要污染源（雨水径流和部分合流制管道溢流）进行污染控制研究,建成了以沙渗滤为主的“岸边渗滤系统”,为城市河道人工水面水质保障提供了示范和参考依据。主要结论如下:1、通过现场取样分析,探明了宝鸡市区雨水径流和合流制管道溢流水质的变化规律为:在降雨径流过程中,典型污染物的浓度迅速增加然后逐渐降低,并趋于稳定,直至径流结束。雨水径流中的SS、COD、NH3-N和TP浓度变化范围分别为989-126mg/L、854-100mg/L、3.89-0.63mg/L和0.96-0.37mg/L;水中溶解态有机物占总有机物的比例较小,悬浮物是引起COD较高的主要原因。不经任何处理的雨水径流的直接排入是造成金渭湖水质下降的主要原因,应针对城市雨水径流水质的特征,提出合理的污染源控制对策。合流制管道溢流中SS、COD、NH3-N和TP的浓度变化范围分别为1352-154.5mg/L、1930-210 mg/L、57.6-9.4 mg/L和8.66-1.7 mg/L;COD和SS之间存在较好的线性关系,相关系数r=0.8791;NH3-N和TP主要来源于合流制管道中城市污水的污染,雨水径流对氨氮和磷的贡献不显著。2、针对金渭湖水绵连年爆发的现象,进行了底泥和水体氮磷污染特征的分析,探讨了水绵过度生长的成因。结果表明,底泥中TP和TN含量分别为0.35-0.78mg/g和0.11-1.17mg/g,主要来源于水体中营养物质的沉积,为水绵的生长繁殖提供了条件,水体中氮、磷含量的变化与水绵的生长呈现高度的吻合。研究探明了金渭湖中的磷营养物质在“水体→水绵→底泥→水体”的闭路循环中不断迁移转化是湖内水绵复发的根本原因,同时,充足的光照、适宜的温度及适中的水位也是导致水绵过度繁殖的重要因素。3、以《地表水环境质量标准（GB3838-2002）》中的Ⅳ类标准值作为评价标准,选取pH值、DO、高锰酸盐指数、NH3-N、TP、TN作为评价因子,分别利用单指数评价法和综合水质指数法进行现状评价,结果表明各监测断面的水质在Ⅳ类到劣Ⅴ类之间变化,影响水质类别的主要污染指标为氨氮及总氮。4、根据金渭湖属河道型水体的特点,建立了高锰酸盐指数、氨氮和总磷的水质模型分别为:C=C0exp（-0.0086·t）、N=N0exp（-0.0067·t）和P=P0 exp（-0.0269·t）。模型可较为准确地对金渭湖水质进行预测,高锰酸盐指数和氨氮的预测误差在15%以内,符合模型模拟的精度要求,可用于实际水质模拟与预测。雨水径流对金渭湖水质影响预测结果表明,当雨水径流水质指标中COD浓度低于50mg/L、氨氮浓度低于2 mg/L时,可保证金渭湖主要功能区水质达标。5、结合当地降雨量和雨水泵站的实际运行状况,提出雨水集蓄和处理系统联动的运行模式,当累计降雨量超过30mm时,雨水泵站集蓄了雨水径流和部分合流制管道溢流污水,经渗滤池处理后排入金渭湖。试验结果表明,以沙渗滤为主的“岸边渗滤系统”可有效去除水中的有机污染物和悬浮物,出水SS和COD浓度均小于50mg/L,去除率达80%。渗滤池对有机物、氮和磷的去除与水中污染物的构成特征有关。因此,把雨水排水系统、集蓄系统及渗滤处理系统连为有机整体,是解决城市雨水径流对人工水面水质污染的有效途径。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 城市水环境
• 1.1.1 水资源现状
• 1.1.2 城市化对水环境的影响
• 1.1.3 城市水环境建设
• 1.1.4 城市水面的类型
• 1.2 城市人工水面功能
• 1.2.1 生态美学功能
• 1.2.2 经济文化功能
• 1.2.3 环境容量功能
• 1.2.4 防洪清淤功能
• 1.2.5 调节局地气候功能
• 1.3 研究现状及进展
• 1.3.1 城市人工水面污染来源及特性
• 1.3.2 人工水面水质评价
• 1.3.3 水质模拟在人工水面中的应用
• 1.3.4 污染源控制
• 1.4 课题来源
• 参考文献
• 2 研究对象及方法
• 2.1 研究对象
• 2.1.1 金渭湖概况
• 2.1.2 金渭湖影响因素分析
• 2.1.3 金渭湖特性
• 2.2 研究方法
• 2.2.1 污染特征分析
• 2.2.2 水质现状评价
• 2.2.3 水质模拟预测
• 2.2.4 污染源控制
• 2.3 技术路线
• 2.4 分析方法
• 2.5 金渭湖监测点确定
• 参考文献
• 3 金渭湖污染特征分析
• 3.1 雨水径流污染
• 3.1.1 试验条件
• 3.1.2 结果及分析
• 3.1.3 对金渭湖水质的影响
• 3.2 合流制管道溢流（CSOs）污染
• 3.2.1 试验条件
• 3.2.2 结果及分析
• 3.2.3 讨论
• 3.3 水体自身污染
• 3.3.1 材料和方法
• 3.3.2 结果与分析
• 3.3.3 水绵对金渭湖水质的影响
• 3.3.4 讨论
• 3.4 汇流影响
• 3.5 污染控制对策
• 3.6 本章小结
• 参考文献
• 4 金渭湖水质现状评价
• 4.1 水质现状监测结果
• 4.2 水质现状评价
• 4.2.1 评价标准
• 4.2.2 评价依据
• 4.2.3 评价结果及讨论
• 4.3 本章小结
• 参考文献
• 5 金渭湖水质模拟预测
• 5.1 水质模型方程的建立
• 5.1.1 高锰酸盐指数
• 5.1.2 氨氮
• 5.1.3 磷
• 5.2 模型参数的确定
• 5.2.1 建立边界及计算网格
• 5.2.2 流速分布场
• 5.2.3 K值估算
• 5.3 模型验证
• 5.4 雨水径流对金渭湖水质影响预测
• 5.5 本章小结
• 参考文献
• 6 金渭湖雨水径流污染控制
• 6.1 基础资料
• 6.1.1 雨水管网
• 6.1.2 雨水泵站
• 6.2 渗滤系统试验研究
• 6.2.1 渗滤系统研究思路
• 6.2.2 渗滤系数测定
• 6.2.3 渗滤系统设计
• 6.3 结果与讨论
• 6.3.1 雨水集蓄及渗滤系统的运行
• 6.3.2 渗滤系统的实际处理效果
• 6.4 本章小结
• 参考文献
• 7 结论与建议
• 7.1 主要结论
• 7.2 建议
• 主要创新点
• 致谢
• 附录 课题研究相关照片
• 博士期间发表的论文
• 博士期间从事的科研课题