南水北调改善南四湖水流水质特性及湖滨带控污技术研究

论文摘要

本文在总结分析前人工作成果的基础上,紧密结合南水北调山东段情况,把山东境内的重要调蓄湖泊南四湖作为研究对象做深入分析。将南水北调跨流域调水与南四湖水生态特性紧密联系,运用调水理论、水文水资源理论、水动力学理论和生态学理论,从水因子的生态作用机理入手,分析研究了调水前后南四湖水流水质特性变化,研究南四湖人工湿地的作用规律、合理布局及湖滨带水质安全防控技术。形成了针对南水北调东线山东段污染特点,比较系统、有效、可靠和经济的水质综合保障体系,对指导整个南水北调东线工程的治污具有重要意义。主要成果如下: 将水生植物对水流影响的阻力项引入到水深平均二维水动力计算模型,对南四湖在调水后流向改变时各种运行工况下的平面流动分布情况进行了模拟,解决了南四湖输水工程设计中的一系列亟待解决的问题。其研究成果直接应用于南四湖输水工程的设计决策,指导了辅助工程的规划设计,也为调水后湖区的运行管理提供了很好的参考依据。 分析研究了调水前后南四湖污染物浓度场的分布规律和各河流入湖口污染（带）混合区范围及分布特征,预测了南四湖区域加大治污力度后环湖各区域污染物的削减量,模拟了输出南四湖的水质达标情况,对湖内水环境功能进行了分区,为合理制定南四湖流域与湖区的污染治理实施方案,以及河流入湖口人工湿地水质净化工程和湖滨带生态修复工程建设提供科学依据。同时,还应用模糊数学理论对影响南四湖生态环境的光、温度、土壤、水和人为干扰几类主要生态因子,建立了由“因素集U、评价集V、模糊关系R”构成的三元体（U,V,R）水质模糊综合评价模型。 为研究进入湖泊的污染物自净规律,根据南水北调东线治污方案,在南四湖周边河流入湖口处建造了人工湿地进行试验研究。该试验研究利用现场试验的方法探讨了芦苇、蒲草及湿地生态对按达标排放的水体中COD、BOD5、总氮（TN）、总磷（TP）等污染物成份的降解作用。以试验结果为计算参数,结合南四湖的自然地理、环境水文、水力学、气象、污水排放等条件,并根据南四湖二维流场、浓度场数值模拟成果资料,进一步研究在南四湖种植芦苇、蒲草湿地布置的原则、位置、宽度、面积及其对污染物的降解效果等,分析湿地系统的各项主要设计参数和未来调水入湖污染物的降解规律,从而为整个东线工程水质污染综合治理方案的落实提供理论基础和现实依据。

论文目录

• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景和意义
• 1.1.1 山东社会经济发展需求
• 1.1.2 调水对水生态影响的科学问题
• 1.2 国内外调水研究进展
• 1.2.1 国外流域调水工程
• 1.2.2 国内调水工程及其研究
• 1.2.3 跨流域调水工程对生态环境影响研究
• 1.3 生态环境需水理论
• 1.3.1 水因子的生态机理
• 1.3.2 几个基本概念
• 1.3.3 生态环境需水量计算理论
• 1.4 跨流域调水理论
• 1.4.1 水资源承载能力
• 1.4.2 调水理论
• 1.5 主要研究方法和技术路线
• 1.6 主要研究内容
• 第二章 南四湖生态特性
• 2.1 南水北调工程概况
• 2.2 南四湖流域概况
• 2.2.1 南四湖在南水北调东线调水中的地位
• 2.2.2 南四湖流域特性
• 2.2.3 南四湖几何特性
• 2.3 南四湖流域污染现状
• 2.4 南四湖水生动植物特性
• 2.4.1 南四湖水生植物特性
• 2.4.2 南四湖水生动物特性
• 2.5 调水前后南四湖生态特性变化
• 2.5.1 调水前南四湖生态特性
• 2.5.2 调水后南四湖生态特性
• 2.6 本章小结
• 第三章 入湖水体改善南四湖水流水质特性研究
• 3.1 研究思路
• 3.2 南四湖二维水流流场数值模拟分析
• 3.2.1 南四湖生态和环境特性
• 3.2.2 模型描述
• 3.2.3 模型参数率定
• 3.2.4 模型验证和参数选取分析
• 3.2.5 流场预测成果比较
• 3.2.6 结论
• 3.3 南四湖二维水质浓度场数值模拟分析
• 3.3.1 建立数学模型
• 3.3.2 研究思路和水力计算条件与浓度计算参数
• 3.3.3 浓度场数值模拟计算及成果分析
• 3.3.4 结论
• 3.4 南四湖水质模型评价
• 3.4.1 南四湖生态环境主要响应因子
• 3.4.2 水质模糊综合评价模型
• 3.5 本章小结
• 第四章 入湖污染物控制技术研究
• 4.1 南四湖入湖污染物控制技术
• 4.2 南四湖人工湿地处理型式选择
• 4.3 人工湿地减污原理
• 4.3.1 人工湿地中各种因子及其作用
• 4.3.2 各种污染物的去除机理
• 4.4 南四湖人工湿地试验系统设计
• 4.5 湿地底泥中污染物沉积与释放机理
• 4.6 试验数据及其结果分析
• 4.6.1 试验环境
• 4.6.2 COD的去除
• 5的去除'>4.6.3 BOD₅的去除
• 5.6.4 总磷（TP）的去除
• 4.6.5 总氮（TN）的去除
• 4.7 南四湖人工湿地控污面积计算
• 4.7.1 人工湿地控污面积估算
• 4.7.2 人工湿地布置原则
• 4.8 本章小结
• 第五章 南四湖湖滨带水质安全防控措施研究
• 5.1 南四湖入湖污染物构成及缘由
• 5.1.1 入湖主要污染物构成分析
• 5.1.2 缘由分析
• 5.2 湖滨带入湖污染物整治措施
• 5.2.1 农业面污染源控制措施
• 5.2.2 湖滨和湖面区域面源污染控制
• 5.2.3 截污导流工程及污水资源化措施
• 5.2.4 入湖口及湖滨带生态工程建设
• 5.3 水质安全控制流程及目标可达性分析
• 5.3.1 水质安全控制流程
• 5.3.2 水质目标可达性分析
• 5.4 本章小结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 主要创新点
• 6.3 研究展望
• 【参考文献及参考资料】
• 【致谢】
• 【博士期间发表论文及承担研究课题】