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棕榈湖水质保持技术研究

作　者: 金龙
导　师: 邓荣森
学　校: 重庆大学
专　业: 环境工程
关键词: 水质保持技术流场模拟温度分层结构限制营养因子富营养化评价
分类号: X524
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
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内容摘要

随着城市化进程的加快,许多天然湖都进入了城市规划和开发范围。相比大型浅水湖泊,城市内的中小型浅水湖泊的研究显的比较薄弱。城市湖泊具有滞蓄、排泄雨洪、供水、旅游观光等综合功能,它对于城市生态建设是十分重要的。因此,城市中小型浅水湖泊的水环境问题不容忽视,而且其水环境保持与改善的任务尤为严峻。首先,城市湖泊自身相对封闭,流速较缓,湖体置换周期长,不利于污染水体的稀释扩散;其次,城市湖泊位于人类活动密集区,人类对城市湖泊的破坏力远大于远离城市的湖泊,特别是不受河流直接补给的封闭城市内湖,其接纳的污染负荷往往大于自身的自净能力,生态脆弱性更为显著。棕榈湖作为开发小区的“内湖”,既有一般城市湖泊的共性,也有其特殊性。本论文通过对棕榈湖水量水质、补给区域水量水质和方案经济技术及环境效益分析,寻求适合棕榈湖的水量保障措施和水质保持技术;通过对湖体流场模拟分析、水质及变化机理分析、限制营养因子确定和富营养化评价,验证水质保持技术是否可行,和挖掘出一些水质新问题和解决措施。通过水量平衡分析得知,棕榈湖自身全年盈余水量为1.69×104m3,全年湖水置换次数n1为0.12次/a;一期补水后棕榈湖全年盈余水量为11.61×104m3,全年湖水置换次数n2为0.81次/a;二期完成后,棕榈湖全年盈余水量为31.98×104m3,棕榈湖的换水次数n3为2.24次/a。从而确定确立棕榈湖的水量保障措施为:以小区降水形成的地面径流和湖面直接降水为主要补给水源,旱季和水质事故时辅以自来水为补给水源;并确定棕榈湖水质保持的工程技术为:降雨径流最小化技术、底泥疏浚和护岸整治、湖水水体水质的生态控制和管理和建筑工地对湖水污染的最小化。进一步的水量水质量化分析表明二期地块地表径流输入棕榈湖的各营养物量都高于一期地块,其中一期地块输入营养物量,SS(以浊度代替):0.271 t/a,CODCr:0.897 t/a,NH3-N:0.014 t/a,TP:0.006 t/a;二期地块输入营养物量,SS:4.392 t/a,CODCr:2.830t/a,NH3-N:0.331 t/a,TP:0.038t/a,二期地块对棕榈湖水质的影响力大于一期地块,二期地块的水质管理是重点,但输入棕榈湖的各营养物总量不大;两期营养物总削减率一般,其总削减率SS:85.5%,CODCr:13.9%,NH3-N:42.5%,TP:30.2%。流场模拟证实未设置内湖进出口是棕榈湖混合置换效果和新陈代谢能力差的最主要原因,二期应将雨水出口尽量布置在内湖岸,流速可较大于外湖出口流速。水体春夏季温度分层结构和秋冬季对流混合的格局操纵着棕榈湖营养盐的输送循环和初级生产力的季节循环;风生流则促进水体不同区域间的交换混合和一定深度内上下层间混合,但它可能在春夏季使水体上下层过度交换混合而影响水体,不过,为降低秋冬季表水层的营养负荷,春夏季可考虑喷泉活水,将底水上置,人为地促进浮水植物的生长;各水质因子沿水深分布基本体现湖水夏季分层和冬季混合的格局,夏季底层水质差于表水层和中水层,可通过湖水曝气,使底水层湖水上置,表水层消耗部分底水层营养负荷和排除底层湖水的方式解决;理论推断分析和单营养富集试验证明磷是棕榈湖的限制营养因子,雨水径流的处理应以降磷为主要目标,湖水保持应以控磷为突出目的。棕榈湖“水质秋冬季”因子平均水平多数都高于“水质春季”因子平均水平,其中浊度、CODCr、TP、NH3-N和TN的增幅依次为95.3%、-28.0%、200.0%、19.4%和57.7%,换水后依然受到了污染,污染主要来自工地废水和降雨地表径流。但全年水平较开发前有较大降低,其中NH3-N、TP、TN和CODMn的降幅依次为64.6%、90.0%、34.0%和35.1%,水质满足地面水Ⅴ类水质标准。富营养化评价等级“水质冬季”最高,“水质夏季”最低,全年属轻度富营养化水平,未出现重度富营养等级。富营养化等级的变化与水体水质的整年变化相一致,水质保持技术和水环境管理发挥积极作用。

全文目录

中文摘要  8-10
英文摘要  10-13
1 绪论  13-27
  1.1 中国湖泊环境与其富营养化  13-16
    1.1.1 中国湖泊及其富营养化现状  13-14
    1.1.2 湖泊富营养化的危害  14
    1.1.3 湖泊水库水文水质特征概述  14-15
    1.1.4 湖泊富营养化成因分析  15-16
  1.2 城市化进程中的中小型湖泊的环境现状  16-18
  1.3 湖泊富营养化控制措施与景观建设  18-26
    1.3.1 湖泊富营养化控制措施概述  18
    1.3.2 水系的水生生态系统恢复和水景建设  18-21
    1.3.3 底泥的修复与景观建设  21-24
    1.3.4 住宅小区雨水收集利用技术与景观建设  24-26
  1.4 本论文的研究内容  26-27
2 棕榈湖水量补给方案和水质保持技术研究  27-45
  2.1 棕榈湖的自然地理与开发及水文气象概况  27-28
    2.1.1 自然地理与开发概况  27-28
    2.1.2 水文气象概况  28
  2.2 小区开发前棕榈湖水环境状况及其评价  28-30
    2.2.1 水质评价标准  28
    2.2.2 小区开发前棕榈湖水环境状况  28-30
  2.3 棕榈湖水质富营养成因分析  30
    2.3.1 农业面源污染  30
    2.3.2 气候和湖盆因素  30
    2.3.3 水力流态  30
  2.4 棕榈湖的水量保障措施和湖水净化工程技术  30-34
    2.4.1 棕榈湖水量平衡分析  30-32
    2.4.2 棕榈湖水量补给的季节不均匀性  32
    2.4.3 棕榈湖水量保障措施  32
    2.4.4 棕榈湖水质保持工程技术  32-34
  2.5 小区雨水蓄集利用方案设计与技术经济分析  34-41
    2.5.1 小区雨水蓄集利用方案设计  34-35
    2.5.2 小区雨水蓄集利用方案的技术经济分析  35-41
  2.6 雨水处理系统和湖水的水质安全  41-42
    2.6.1 雨水处理系统水质安全  41-42
    2.6.2 湖水水质安全  42
  2.7 小结  42-45
3 地表径流对棕榈湖水质的影响研究  45-57
  3.1 棕榈湖子流域概况  45-47
  3.2 子流域地表径流对棕榈湖水质的影响  47-54
    3.2.1 地表径流水质  47-48
    3.2.2 降水量和地表径流量估算  48-50
    3.2.3 输入营养物估算与比较  50-54
    3.2.4 小结  54
  3.3 管理存在问题和改进  54-57
    3.3.1 一期小区、二期工地项目的水环境管理问题  54-55
    3.3.2 改进措施  55-57
4 棕榈湖湖体流场对置换周期的影响研究  57-81
  4.1 湖体置换次数概述  57-58
  4.2 棕榈湖进出口对湖水置换影响的流场模拟  58-77
    4.2.1 水动力模型及其方程建立  58-62
    4.2.2 水动力学控制方程的离散  62-65
    4.2.3 二维湍流模型的选择  65-66
    4.2.4 流场计算方法的选择  66-67
    4.2.5 棕榈湖二维计算网格的建立  67-68
    4.2.6 模型离散的边界条件与初始条件  68
    4.2.7 流场模拟分析  68-76
    4.2.8 根据流场模拟结果得出的工程措施  76-77
  4.3 风生流对湖水流场影响的简要分析  77-79
    4.3.1 风生流对湖水流场影响简析  77-78
    4.3.2 因势利导的活水措施  78-79
  4.4 小结  79-81
5 棕榈湖水质分析  81-107
  5.1 水质测定项目与取样  81-83
  5.2 表水层水质分析  83-95
    5.2.1 水温  83-84
    5.2.2 水深  84-85
    5.2.3 透光度  85-86
    5.2.4 浊度  86-87
    5.2.5 pH 值  87
    5.2.6 COD  87-89
    5.2.7 TP  89-90
    5.2.8 NH_3-N  90
    5.2.9 NO_2~--N  90-91
    5.2.10 NO_3~--N  91-92
    5.2.11 TN  92
    5.2.12 Chl a  92-94
    5.2.13 水质因子信息综合与反映  94-95
  5.3 垂直结构水质分析  95-99
    5.3.1 湖泊水体垂直结构理论与试验思考  95-96
    5.3.2 水温  96
    5.3.3 浊度  96-97
    5.3.4 COD_(Mn)  97-98
    5.3.5 TP  98
    5.3.6 NH_3-N  98-99
    5.3.7 Chl a  99
    5.3.8 信息汇总  99
  5.4 初级生产力与主要富营养化因子的相关性  99-103
    5.4.1 数据显著性分析  99-101
    5.4.2 与主要富营养化因子的相关性  101-103
  5.5 光合作用的营养限制因子确定  103-105
    5.5.1 光合作用的营养限制因子理论判断  103-104
    5.5.2 单营养富集试验  104-105
  5.6 小结  105-107
    5.6.1 主要结论  105-106
    5.6.2 基于结论的水质保持主要措施  106-107
6 棕榈湖水体富营养化评价  107-123
  6.1 富营养化评价概述  107-109
    6.1.1 富营养化评价定义与目的  107
    6.1.2 富营养化评价因子与标准  107
    6.1.3 富营养化评价方法  107-109
  6.2 棕榈湖水体富营养化评价  109-122
    6.2.1 评价目的、方法和标准  109
    6.2.2 综合营养状态指数法(TLI)评价棕榈湖富营养化状况  109-114
    6.2.3 基于参数法的模糊评价法评价棕榈湖富营养化状况  114-121
    6.2.4 结果对比  121-122
  6.3 小结  122-123
7 结论与建议  123-127
  7.1 结论  123-124
  7.2 建议  124-127
致谢  127-129
参考文献  129-135
附录  135

棕榈湖水质保持技术研究

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