南四湖水环境质量评价研究

论文摘要

南水北调工程是解决北方地区水资源严重短缺问题的特大基础设施项目,南四湖作为南水北调东线工程的重要输水通道和调蓄湖泊,面临着严峻而紧迫的输水工程水质安全保障任务。经过几年来的综合治理,南四湖湖泊水质已经得到了一定的改善,但距国家地表Ⅲ类水的调水水质目标要求仍有较大的距离。随着南水北调东线工程调水日期的日益临近,实现南四湖整体水质在调水前达到《地表水环境质量标准》（GB3838-2002）中的Ⅲ类标准目标,对南四湖流域污染现状进行治理刻不容缓。本文从系统理论的观点出发,对南四湖流域自然和社会经济现状进行了调查,结合南四湖流域污染源调查,制定了南四湖水质空间监测计划,对南四湖湖区和入湖河流水质进行了监测,对调水前水质进行了综合评价研究,并对主要污染物的空间分布规律进行了研究,分析出导致南四湖流域水污染现状的成因,根据国内外湖泊流域先进的污染治理技术,有针对性地提出了南四湖流域的水污染控制对策建议。主要研究内容如下:1)本文针对南四湖流域复杂的水环境系统,对基于非线性理论的BP神经网络进行了研究,建立了基于BP神经网络的南四湖流域水质综合评价模型,运用数学应用软件Matlab,对南四湖湖区和入湖河口水质进行了综合评价,采用Surfer绘图软件将综合评价结果进行可视化,研究分析了南四湖水质超标区域和超标原因。2)遥感水质监测具有实时、高效、数据量大、观测范围广的优点,可以弥补常规水质监测的不足之处。本文采用遥感技术,利用地面水质监测数据与同步获取的Landsat5 TM遥感数据,进行与实测叶绿素a浓度值和悬浮物浓度值之间的Pearson相关分析,构建了针对南四湖水体的遥感水质反演模型,对南四湖水体叶绿素a和悬浮物进行了分析研究,同时采用卡尔森指数（TropicStateIndex,TSI）对南四湖水体的富营养化程度及分布规律进行了研究。3)为研究探讨影响南四湖水质的主要因素,采用Surfer绘图软件将南四湖水质监测中的CODCr、NH3-N、TP、TN四个指标的浓度空间分布可视化,并对其污染分布状况进行分析研究,寻找导致南四湖不同区域水质超标的主要因子,为南四湖流域污染控制对策的研究提供依据。4)本文在总结分析了南四湖流域的自然、社会经济现状、污染源调查结果以及国内外流域污染控制技术和措施的基础上,结合南四湖水质评价结果和水质污染成因的研究,针对性地提出了适合该流域污染治理的控制对策建议,为南四湖流域治理和南水北调东线水质目标的实现提供了依据。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 引言
• 1 概述
• 2 南四湖流域研究进展
• 3 课题的提出
• 第一章 环境系统与水质评价方法
• 1.1 环境系统复杂性与水质评价
• 1.1.1 环境系统及其复杂性
• 1.1.2 环境质量评价与环境系统分析
• 1.2 水质评价的意义
• 1.3 水质评价的国内外研究现状
• 1.3.1 确定性水质评价方法
• 1.3.2 基于复杂性理论的水质评价方法
• 1.4 遥感技术在水质评价中的应用
• 1.4.1 遥感技术概述
• 1.4.2 遥感在水环境监测中的应用
• 第二章 南四湖流域现状调查与污染成因分析
• 2.1 南四湖流域现状调查
• 2.1.1 南四湖流域自然概况
• 2.1.2 南四湖流域社会经济概况
• 2.1.3 南四湖水质演变调查
• 2.2 南四湖流域污染源调查
• 2.2.1 南四湖流域外源污染分析
• 2.2.2 南四湖流域内源污染分析
• 2.3 南四湖水质现状
• 2.4 本章小结
• 第三章 南四湖流域水质监测计划及监测实施
• 3.1 南四湖流域水质监测计划
• 3.1.1 监测目的
• 3.1.2 监测项目
• 3.1.3 监测点位的布置
• 3.2 南四湖流域水质监测方案的实施
• 3.2.1 采样方案
• 3.2.2 监测分析方法
• 3.3 南四湖流域水质监测结果
• 3.4 本章小结
• 第四章 基于BP神经网络的南四湖水质综合评价研究
• 4.1 BP神经网络概述
• 4.1.1 BP神经网络的基本原理
• 4.1.2 BP神经网络模型的设计
• 4.2 南四湖流域水质评价网络模型的建立
• 4.2.1 网络结构的确定
• 4.2.2 训练样本的选择和预处理
• 4.2.3 学习算法的选择
• 4.2.4 基于MATLAB的BP神经网络模型训练
• 4.3 南四湖流域水质评价网络模型的应用
• 4.3.1 上级湖水质评价结果及分析
• 4.3.2 下级湖水质评价结果及分析
• 4.3.3 入湖河口水质评价研究
• 4.4 本章小结
• 第五章 基于遥感技术的南四湖水质评价研究
• 5.1 水质遥感的原理
• 5.1.1 水质遥感的基本原理
• 5.1.2 水质遥感反演模型构建的常用方法
• 5.1.3 水质遥感常用数据及监测指标
• 5.2 南四湖遥感影像的预处理
• 5.2.1 ENVI遥感图像处理系统
• 5.2.2 几何精校正
• 5.2.3 辐射校正
• 5.2.4 水体部分提取
• 5.3 南四湖水体中叶绿素a的定量监测
• 5.3.1 叶绿素a的波谱特征分析
• 5.3.2 基于TM数据的叶绿素a波段敏感性分析
• 5.3.3 叶绿素a反演模型的构建
• 5.3.4 模型的应用
• 5.4 南四湖水体中悬浮物的定量监测
• 5.4.1 悬浮物的波谱特征分析
• 5.4.2 基于 TM数据的悬浮物波段敏感性分析
• 5.4.3 悬浮物反演模型的构建
• 5.4.4 模型的应用
• 5.5 南四湖水质营养状况的评价
• 5.6 本章小结
• 第六章 南四湖主要污染物浓度空间分布规律的研究
• 6.1 CODCr浓度分布分析
• 6.1.1 上级湖浓度分布可视化及分析
• 6.1.2 下级湖浓度分布可视化及分析
• 6.2 TP浓度分布分析
• 6.2.1 上级湖浓度分布可视化及分析
• 6.2.2 下级湖浓度分布可视化及分析
• 6.3 TN浓度分布分析
• 6.3.1 上级湖浓度分布可视化及分析
• 6.3.2 下级湖浓度分布可视化及分析
• 3-N浓度分布分析'>6.4 NH₃-N浓度分布分析
• 6.4.1 上级湖浓度分布可视化及分析
• 6.4.2 下级湖浓度分布可视化及分析
• 6.5 本章小结
• 第七章 南四湖流域污染控制对策建议
• 7.1 国内外流域污染控制的研究现状与发展趋势
• 7.1.1 流域水环境综合治理
• 7.1.2 流域污染源治理与污水资源综合利用
• 7.1.3 河流湖泊修复和功能强化
• 7.1.4 流域水环境管理保障体系
• 7.2 导致南四湖水环境问题的主要原因
• 7.2.1 入湖河流污染严重
• 7.2.2 面源污染问题日益突出
• 7.2.3 生态系统遭到破坏
• 7.2.4 环境监管能力相对不足
• 7.3 南四湖流域污染控制对策建议
• 7.3.1 南四湖入湖河流污染治理
• 7.3.2 面源污染治理
• 7.3.3 恢复生态系统
• 7.3.4 加强环境监管能力
• 7.3.5 加强水文化建设，提高民众的环保意识
• 7.4 本章小结
• 第八章 结论与建议
• 8.1 结论
• 8.2 建议
• 参考文献
• 攻读学位期间的研究成果
• 致谢