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三峡库区消落带污染特性及水环境影响研究

作　者: 韩勇
导　师: 李晓红
学　校: 重庆大学
专　业: 环境工程
关键词: 三峡库区消落带污染特性水环境影响研究
分类号: X52
类　型: 博士论文
年　份: 2007年
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内容摘要

三峡工程自开工建设以来,其引发的生态环境问题一直为世人所关注。建成后的三峡水库将有650km长,水域面积为1084km2,总库容达445.7亿m3,这将是中国最重要的战略性水资源之一。三峡工程自2003年6月正式蓄水以来,库区水位已抬升至156m,到2009年水位将最终升至175m。鉴于三峡工程采用的“蓄清排浊”运行方式,即冬季(枯水期)运行水位为175m,夏季(丰水期)运行水位为145m,这将使库区沿江地区形成最大水位落差为30m的消落带。消落带又被称之为水库的“肝脏”,具有很强的解毒净化作用,同时也是水陆两种生态系统间交换的廊道,具有缓冲带的功能和植物护岸功能。但消落带受到水、陆环境的交替影响,其生态系统结构同时受到陆生生态系统和水生生态系统的双重作用。由于受到陆地污染物的进入、淹没地污染物的浸出以及水体自净能力下降的影响,消落带水环境存在着岸边污染带和水陆交叉污染两方面的问题,将严重影响库区水环境质量,扰乱该地区原生生态系统,影响三峡库区生态环境安全。消落带面临的水环境问题、水土流失问题、库岸地质环境问题以及周边人群健康问题日益受到人们的重视,消落带的生态环境问题亟待解决。本论文依托重庆市科委、重庆市发改委基金项目:“三峡库区消落带生态环境研究及生态模式重建”(项目编号03-26),开展了三峡库区消落带污染特性的研究,分析了消落带水质现状,以及氮、磷及重金属等物质对水环境的影响研究,从生态系统角度提出消落带生态构建的基本原则及防治措施。主要研究内容为:三峡工程蓄水后,库区消落带初步形成,流域内消落带的水位变化最为明显,尤其是支流受到长江主干流江水顶托后,水位上升幅度较大,流速明显变缓,极大可能发生富营养化现象。本论文主要选择了典型消落带断面,分析了浮游生物种类,并以典型流域——小江流域,对该流域的消落带水体的富营养化程度进行了调查、采样、监测和分析,并运用模糊数学理论建立了评价模型,对消落带水体的富营养化程度进行了评判,发现蓄水后长江支流富营养化现象较为严重。本论文对库区消落带土壤中重金属元素进行了采样和剖面分析。三峡库区消落带土壤中的紫色土淋溶层镉、汞,母质层的镉、锌、汞的平均含量高于全国同类土壤同层次的平均值;潮土的淋溶层、母质层锌、铜、铅、汞的平均含量高于全国同类土壤同层次的平均水平;石灰岩土的淋溶层、母质层的金属平均含量均低于全国同类土壤同层次的平均水平。从消落带土壤中金属元素中的分布特征来看,Cd、Cr、As、Hg、Ni基本符合正态分布(Sig.>0.05),Pb、Zn和pH值均不符合正态分布。土壤pH值与土壤Cd、Cu的含量之间显著相关,与其它金属元素的含量相关性不显著。消落带土壤中Cd-Cu的相关系数为0.67,Pb-Ni的相关系数为0.786,As-Ni的相关系数为0.642,这三种元素在消落带土壤中的含量具有显著相关。在实验室模拟浸泡实验的基础上,研究了Cd、Hg、Pb三种重金属元素的浸出规律,根据实验数据建立了这三种重金属元素的溶出速率方程。论文采用一维水质模型,以小江流域消落带为研究对象,预测小江流域消落带的土壤处于淹水期后,其中重金属元素释放后对库区水环境的影响。通过对消落带土壤的分析,结果表明消落带土壤中氮的含量为0.06～0.28%,磷的含量为0.037～0.071%,土壤中氮磷含量在全国属于较高地区。其中潮土和紫色土氮磷含量比黄壤含量高。消落带土壤中的TN与pH值之间具有一定负相关,TN-TP以及TP-pH之间的相关性不显著。消落带土壤中的全磷含量没有显著差异,但全氮含量在地区分布上具有显著差异。论文仍以小江流域消落带为研究对象,运用一维水质模型预测小江流域消落带土壤处于淹水期后,释放的氮磷元素对水环境的影响。小江流域消落带处于出露期时,因土壤流失而带进水体的全磷和全氮的负荷分别为21.6t、9.64t,对水质中TP和TN浓度的最大贡献值分别为0.02 mg/l和0.01mg/l,衰减到10km处,对水体影响浓度变为0.018 mg/l和0.001 mg/l。库区消落带周边环境因素及管理水平等,对维护库区消落带生态系统的稳定性,以及防止消落带产生的环境问题对三峡水库的影响有着重要的作用。论文最后就三峡库区消落带生态环境问题提出了相应的对策措施。

全文目录

中文摘要  3-5
英文摘要  5-11
1 绪论  11-23
  1.1 问题的提出  11-13
  1.2 国内外研究现状  13-19
  1.3 论文主要研究内容和方法  19-20
  1.4 论文的创新点  20-23
2 消落带区域环境概况  23-49
  2.1 自然地理状况  23-24
  2.2 社会经济状况  24
  2.3 三峡库区消落带基本特征及主要环境问题  24-31
    2.3.1 三峡库区消落带基本特征  24-28
    2.3.2 消落带的主要生态环境问题  28-31
  2.4 三峡库区消落带生境稳定性研究  31-42
    2.4.1 库区消落带生态资源现状  31-34
    2.4.2 消落带生境结构解析  34-37
    2.4.3 消落带生态系统功能分析  37-42
  2.5 典型消落带——小江流域消落带概况  42-49
    2.5.1 小江流域消落带自然环境状况  42-43
    2.5.2 小江流域社会经济及其淹没情况  43-44
    2.5.3 小江流域面临的环境问题  44-49
3 消落带水环境问题研究  49-63
  3.1 消落带水环境问题  49-52
    3.1.1 消落带水质及水污染现状  49-52
    3.1.2 消落带对水环境的影响  52
  3.2 消落带水生浮游生物调查分析  52-57
    3.2.1 浮游藻类分析  53-56
    3.3.2 浮游动物分析  56-57
  3.3 消落带水体富营养化分析  57-61
    3.3.1 采样与分析方法  57-58
    3.3.2 富营养化监测结果  58
    3.3.3 富营养化评价模型  58-60
    3.3.4 评价结果  60-61
  3.4 小结  61-63
4 消落带土壤金属元素含量和分布特征研究  63-89
  4.1 消落带土壤概况  63-67
  4.2 消落带土壤重金属含量及分布特征研究  67-88
    4.2.1 实验方案  69-71
    4.2.2 消落带土壤剖面分析  71-83
    4.2.3 消落带土壤金属沿程变化  83-86
    4.2.4 消落带土壤金属分布特征分析  86-88
  4.3 小结  88-89
5 消落带土壤金属对水环境影响研究  89-107
  5.1 土壤中金属元素的迁移机理  89-91
  5.2 土壤中金属元素溶出实验  91-96
    5.2.1 实验方案  91-92
    5.2.2 模拟浸泡实验结果分析  92-96
  5.3 消落带土壤中重金属元素对水环境影响  96-104
    5.3.1 水质模型的基本形式  96-99
    5.3.2 水质模型的选取  99-100
    5.3.3 重金属溶出模型构建  100-103
    5.3.4 预测研究——以小江流域消落带为例  103-104
  5.4 小结  104-107
6 三峡库区消落带水土流失及氮磷影响分析  107-119
  6.1 水土流失及对水质的影响  107-108
  6.2 消落带土壤流失因素分析  108-113
    6.2.1 母岩风化  108
    6.2.2 库水周期性涨落  108-111
    6.2.3 河道淤积影响  111-113
  6.3 消落带土壤流失对水环境影响预测——以小江流域消落带为例  113-117
    6.3.1 消落带土壤全磷全氮含量测定  113-116
    6.3.2 氮磷负荷预测  116-117
  6.4 小结  117-119
7 三峡库区消落带生态环境问题防治对策研究  119-125
  7.1 消落带水环境污染的防治措施  119-120
  7.2 消落带生态恢复与重建模式  120-125
    7.2.1 消落带生态恢复与重建的基本原则  120-121
    7.2.2 三峡库区消落带生态重建的模式  121-125
8 结论与建议  125-129
  8.1 主要结论  125-127
  8.2 建议  127-129
致谢  129-131
参考文献  131-139
附录  139

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