流域综合管理之面源污染控制措施（BMPs）研究

论文摘要

实现资源利用和环境保护相协调的最佳途径是流域综合管理。发达国家早在七十年前即对流域综合管理和面源污染控制展开广泛的研究,目前已经形成了较完整的管理体系和技术实施规范。其中,美国的基于最大日负荷总量计划（Total Daily Maximum Load,TMDL）的最佳管理措施（Best ManagementPractices,BMPs）最具代表性。最近新型的BMPs技术LID（Low ImpactDevelopment）也在发展中。我国的流域水管理已经基本实现了对点源污染的控制,因此面源污染的问题日显重要。和点源污染相比,面源污染的特点是:地域范围大、随机性强、成因复杂,形成过程受地理、气候、土壤等多种因素影响,监测、控制、处理和管理难度较大。目前我国对面源污染控制的研究还处于起步阶段,尚未形成系统的理论研究和完整的工程控制手册。茜坑水库是深圳市重要饮用水源调蓄水库,其水质的好坏不仅关系当地居民的身体健康,而且间接影响深圳市经济的可持续发展。本研究针对茜坑水库集水区的水质问题,在总量控制的框架下实施了面源污染控制——最佳管理措施的示范工程。结合土壤流失方程（USLE）估算水土流失量和现场水质监测,根据茜坑水库流域的具体管理要求和地形地貌,设计、施工、监测和评价了两处BMPs,分别是水库库区的串联式BMPs系统（湿地+滞留槽+草沟）和水库管理处的LID（Low Impact Development,LID）（植生槽和植生滞留槽）,并对所设计的BMPs进行工程概算及成本效益核算。本研究选取八场代表性暴雨进行了现场监测,采用平均浓度法（Event MeanConcentration Method,EMC）评价BMPs对污染物的去除效率,利用箱式图、进出水污染物正态分布图等统计方法对BMPs的去除效率进行分析。建立植生滞留槽的初步模型并进行模拟。数据表明:（1）在一般的暴雨条件下（20mm～40mm）,滞留池/湿地系统对TSS的去除率可达到70%～90%,对BOD5的去除率在20%～50%,对营养盐的去除率在30%～70%之间;（2）植生槽和植生滞留槽对污染物去除效率相对比较高。TSS的去除率在70%～90%,BOD5的去除率在60%～70%左右,营养盐的去除率在40%～70%;（3）在较大的暴雨条件下,BMPs对污染物去除率均有下降。在现场测试研究的基础上,针对流域管理的实际情况,本研究从非工程性BMPs和工程性BMPs两方面提出茜坑水库流域面源污染控制一系列的切实可行的措施和建议。针对集中住宅区、分散式居住地、库区裸露土地、果园及农业用地、小型工业用地等,非工程性BMPs主要包括土地利用规划管理、污染源管理和农林用地管理等措施;工程性BMPs主要提出了建造生物滞留池、滞留池/湿地系统、草沟、缓冲草带、香根草草带系统和侵蚀控制毯等控制措施。茜坑水库流域面积较小,采用所提出的面源污染控制策略具有较强的可操作性,可根据需要逐步实施。本研究为今后国内的面源污染研究和BMPs的应用提供了参考。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 流域综合管理
• 1.2 面源污染
• 1.3 最佳管理措施
• 1.3.1 工程措施
• 1.3.2 非工程措施
• 1.3.3 低环境影响措施
• 1.4 研究现状
• 1.4.1 国外研究现状
• 1.4.2 国内研究现状
• 第2章 研究区域概况
• 2.1 观澜河流域概况
• 2.1.1 地理位置
• 2.1.2 气候条件
• 2.1.3 土地利用状况
• 2.1.4 背景水质监测
• 2.1.5 深圳茜坑水库概况
• 2.2 选题的依据、意义、方法及技术路线
• 2.2.1 项目背景、目的和意义
• 2.2.2 项目内容及技术路线
• 2.2.3 研究方法
• 第3章 研究区域面源污染分析
• 3.1 TMDL概况
• 3.2 国外TMDL中常用的面源污染负荷方法
• 3.3 国内在TMDL推广中实用的面源污染负荷方法
• 3.3.1 平均浓度法
• 3.3.2 单位面积输出法
• 3.3.3 回归曲线法
• 3.3.4 负荷函数法
• 3.4 茜坑水库面源污染（NPS）计算
• 3.4.1 参数率定
• 3.4.2 Ls值的估算
• 3.4.3 C值的估算
• 3.4.4 计算结果
• 3.5 茜坑水库面源污染监测和分析
• 3.5.1 采样区域布置图
• 3.5.2 试验区面源污染测试及分析
• 3.5.3 试验区面源污染结果
• 3.6 小结
• 第4章 面源污染控制措施设计
• 4.1 面源污染控制措施设计原则
• 4.1.1 构建设计流程
• 4.1.2 BMPs的选择步骤
• 4.2 茜坑水库BMPs设计
• 4.2.1 BMPs地址选择
• 4.2.2 BMPs设计
• 4.2.3 其它控制措施
• 4.3 成本效益核算
• 4.4 小结
• 第5章 面源污染控制措施监测及效果分析
• 5.1 监测方法
• 5.1.1 采样地点的选择
• 5.1.2 确定测试水质指标及分析方法
• 5.1.3 监测暴雨的选择
• 5.1.4 采样方法的确定
• 5.1.5 评估方法的确定
• 5.2 BMPs监测及其结果
• 5.2.1 BMPs监测基本数据
• 5.2.2 结果分析
• 5.3 BMPs效率评价箱图
• 5.4 不同BMPs污染物平均去除效果比较
• 5.5 BMPs进水及出水污染物正态分布图
• 5.6 BMPs对污染物去除效果与降雨量的关系
• 5.7 小结
• 第6章 面源污染最佳管理措施模型
• 6.1 最佳管理措施模型
• 6.1.1 模型的分类
• 6.1.2 模型选用原则
• 6.2 植生滞留槽模型的建立
• 6.3 模型原理
• 6.3.1 Richarlds渗透模型
• 6.3.2 土壤水力特征
• 6.3.3 蒸发及蒸腾计算（ET）
• 6.3.4 水质模型
• 6.4 模型的输入/输出和主要模块
• 6.4.1 模型的主要输入、输出文件
• 6.4.2 主模块功能包括
• 6.5 模拟结果
• 6.6 结论
• 第7章 茜坑水库面源污染控制措施
• 7.1 面源污染控制非工程措施
• 7.1.1 土地利用规划管理措施
• 7.1.2 污染源管理措施
• 7.1.3 农林用地管理措施
• 7.2 面源污染控制工程性措施
• 7.2.1 集中住宅区
• 7.2.2 果园及农业用地
• 7.2.3 裸露土地
• 7.2.4 小型工业用地
• 7.3 小结
• 第8章 总结
• 8.1 结论
• 8.2 主要创新点
• 8.3 不足之处及研究展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• 攻读学位期间的研究成果