【摘要】：隨著青島市社會經(jīng)濟的快速發(fā)展,沿海工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和城市化進程加快,大量工農(nóng)業(yè)廢水和生活污水通過河流排放到膠州灣中,膠州灣水體的環(huán)境污染形勢日趨嚴峻。大沽河是匯入膠州灣中流量和含沙量最大、流程最長的河流,是膠州灣重要的氮、磷營養(yǎng)鹽輸入來源。因此對復(fù)雜徑流和潮流條件影響下大沽河口的無機氮、磷酸鹽遷移轉(zhuǎn)化行為進行深入研究,進而為膠州灣海域的水質(zhì)改善提供參考依據(jù)和技術(shù)支持,是一項既有理論研究意義又有實踐應(yīng)用價值的工作。本文采用現(xiàn)場觀測資料搜集、理論研究和數(shù)值模擬等手段,分析了大沽河和膠州灣的水力學(xué)和水質(zhì)特性。重點建立了徑流、潮流耦合作用下的平面二維水動力數(shù)學(xué)模型,無機氮、磷酸鹽輸移轉(zhuǎn)化水質(zhì)數(shù)學(xué)模型和富營養(yǎng)化水質(zhì)數(shù)學(xué)模型,并與現(xiàn)場觀測資料進行了驗證;通過分析數(shù)學(xué)模型計算結(jié)果,探討了典型徑流、潮流過程和不同排污標準情況下,大沽河口的NH4+、NO2-、NO3-、PO4-3、PN、PP、DN、DP、IN和IP等參數(shù)的時空分布特性。主要工作和結(jié)論如下：(1)在膠州灣、大沽河口附近徑流和潮流特征參數(shù)整理的基礎(chǔ)上,對膠州灣主要排污單元進行了現(xiàn)狀分析。分析了2009年6月-2012年12月11個測站現(xiàn)場觀測的水溫、鹽度、pH、DO、COD、NH4+、NO2-、NO3-(?)PO43-數(shù)據(jù),探討了膠州灣水質(zhì)參數(shù)的分布規(guī)律,發(fā)現(xiàn)膠州灣東北部海域的COD、NH4+、NO2-、NO3和PO43-數(shù)值較大,水體污染較嚴重。P是膠州灣浮游植物生長的主要限制因子。膠州灣東北部富營養(yǎng)化程度較高,西部測站數(shù)值相對較小。(2)建立了考慮徑流、潮流耦合作用下的平面二維水動力模型和N,P營養(yǎng)鹽輸移轉(zhuǎn)化的水質(zhì)模型。水質(zhì)模型包括DO、NH4+、NO3-、PO43-、葉綠素a等7個主要變量,9個輔助變量和39個常數(shù)。通過與典型時期潮位、潮流速、流向和水質(zhì)參數(shù)對比,驗證了數(shù)學(xué)模型的精度和可靠性。(3)分析典型徑流條件下的計算結(jié)果,發(fā)現(xiàn)平水期和豐水期徑流條件2小時后,大沽河口DO濃度較低,NH4+、NO3-和PO43-濃度較高。受沿程紊動擴散混摻作用的影響,DO濃度逐漸增加,NH4+、NO3-和PO43-濃度呈現(xiàn)逐漸降低的趨勢。從影響范圍的角度分析,豐水期徑流條件下河口附近5.2mg/L以下的DO濃度分布范圍增加至平水期的6.3倍左右,1 mg/L以下的NH4+濃度分布范圍增加至平水期的7.2倍左右,1 mg/L以下的N03濃度分布范圍增加至平水期的5.25倍左右,0.16mg/L以下的PO43-濃度分布范圍增加至平水期的5.8倍左右。從水質(zhì)參數(shù)極大區(qū)的平面分布來看,由于潮流流向的影響,平水期徑流條件下大沽河攜帶的DO、NH4+、NO3-(?)PO43-進入膠州灣后分布有偏向河口右岸的趨勢；豐水期流量的大幅增加,使得徑流和潮流的紊動混摻范圍和強度有明顯增加,導(dǎo)致各水質(zhì)參數(shù)的分布更為均勻,空間梯度減小,大沽河攜帶的DO、NH4+、NO3和PO43-進入膠州灣后偏河口右側(cè)分布的趨勢減弱,基本上呈現(xiàn)以河口縱向主槽為對稱軸,兩側(cè)對稱分布的狀態(tài)。(4)對一、二類污水水質(zhì)排放上限條件下,大沽河口附近的水質(zhì)參數(shù)分布狀況進行了計算分析,結(jié)果表明：大沽河口DO從北向南基本呈現(xiàn)遞增的趨勢,NH4+、NO3-和PO43-從北向南基本呈現(xiàn)遞減趨勢。15天后,兩種排放條件下的大沽河口附近DO滿足一類海水水質(zhì)標準,NH4+和NO3-、PO43-都為超四類海水水質(zhì)標準。所以,較短時間內(nèi)提高排污入海的水質(zhì),對大沽河口海域水質(zhì)的改善影響不大。因此,控制大沽河攜帶工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)生活污水的排放量,提高其入海水質(zhì)的標準是未來大沽河口水環(huán)境生態(tài)改善的重要方向。(5)建立了考慮浮游植物含碳量、浮游植物含氮量、浮游植物含磷量、葉綠素a、浮游動物含碳量、碎屑碳、碎屑氮、碎屑磷、無機氮、無機磷、溶解氧、底棲植被含碳量等12個基本變量的富營養(yǎng)化水質(zhì)模型。分析計算結(jié)果發(fā)現(xiàn)：平水期徑流條件下,大沽河口PN、PP、IN、IP的濃度較高。隨著時間增加,大沽河口PN、PP、DN和DP極大值相應(yīng)增加；IN和IP極大值變化不大。平面分布上,初始時刻上述參數(shù)極大區(qū)呈現(xiàn)以河口縱向主槽為對稱軸,左右兩側(cè)對稱分布的狀態(tài)；隨著時間增加,極大區(qū)呈現(xiàn)偏向河口右岸的分布趨勢。豐水期徑流條件下,河口PN、PP、DN、DP、IN和1P濃度影響范圍明顯增加。隨著入海徑流的持續(xù)增加,PN、PP、DN和DP極大區(qū)由河口縱向?qū)ΨQ分布逐漸偏向左岸。IN和IP極大區(qū)前緣線依次呈現(xiàn)不規(guī)則橢圓,凸向膠州灣口方向的弓形,以大沽河口為圓心的半圓形分布的特征；IN和IP極大區(qū)平面上初始時刻呈現(xiàn)以河口縱向主槽為對稱軸,左右兩側(cè)對稱分布的狀態(tài)。較長時間后,IN和IP極大區(qū)前緣線呈現(xiàn)出與大沽河口左右側(cè)岸線基本平行,逐漸向膠州灣口推進：IN和IP極大區(qū)以河口縱向主槽為對稱軸,左右兩側(cè)對稱分布現(xiàn)象消失。在較短時段內(nèi),大沽河攜帶的IN和IP是影響大沽河口TN和TP的主要因素,大沽河攜帶的PN,PP,DN和DP對其影響不大。
【圖文】：

１．２大沾河流域現(xiàn)狀逡逑１．２．１地理位置逡逑大沾河流域（見圖１－２）位于膠東半島西部，北諱３６°１０＇－３７°１２＇東經(jīng)１２０°０３＇－１２０°２５＇逡逑之間，全長１７９．９ｋｍ，干流平均比降０．６１％0，流域總面積４６３１．３平方公里，是青島市逡逑流域面積最大和年均徑流最大的河流。大沾河流域多年平均徑流量為６．０９億ｍ３，其逡逑中大沾河、南膠萊河多年平均徑流量分別為４．９５億ｍ３和１．１４化ｍ３；大沾河流域多逡逑年平均地下水資源量為４．１１億ｍ３，其中大沾河、南膠萊河分別為３．２４億ｍ３和化８６逡逑化ｍ３邋（徐桂民，２０１３）。大沾河發(fā)源于招遠市阜山，沿途經(jīng)過的招遠、萊州、萊西、逡逑２逡逑

巧復(fù)．２－１邋Ｓｕｒｖｅｙ邋ｓｔａｔｉｏｎｓ邋ｏｆ邋ｃｕｒｒｅｎｔ邋ａｎｄ邋ｔｉｄａｌ邋ｌｅｖｅｌ逡逑（１）潮位逡逑將實測潮位資料進行修正處理后，繪制了潮位過程曲線圖，如圖２－３潮位過程曲逡逑線可知，Ａ、Ｂ兩站的大、小潮潮差、相位都非常接近，差別很小，Ｂ站的潮差略小，逡逑二者潮時也比較接近；潮汝類型判別數(shù)為化３８５，，通過潮汝調(diào)和分析可知，各站均為逡逑規(guī)則半日潮類型，每夭有兩次高潮－高潮或低潮－低潮完整的潮坎漲落過程（徐統(tǒng)，逡逑２０１４）。逡逑２邋■逡逑／＼逡逑Ｔ邐＼邐－0－４測巧一＾－８測巧《邐＼逡逑！。一／邐—逡逑．Ｖ邋Ｖ飛逡逑－２邋Ｌ逡逑時間逡逑圖２－２邋Ａ、目測站大潮期間的潮位過程曲線圖逡逑Ｆｉｇ．２－２邋Ｔｉｄａｌ邋ｌｅｖｅｌ邋ｐｒｏｃｅｓｓ邋ｏｆ邋Ａ邋ａｎｄ邋Ｂ邋ｓｔａｔｉｏｎｓ邋ａｔ邋ｓｐｒｉｎｇ邋ｔｉｄｅ邋Ｐ巧ｉｏｄ逡逑１９逡逑
【學(xué)位授予單位】：中國海洋大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：X522

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本文編號：2607956