【摘要】：近年來，隨著沿岸社會、經(jīng)濟的快速發(fā)展，人口趨�；�、經(jīng)濟趨�；蝿萑找婕觿。端w環(huán)境污染面臨著嚴峻的形勢。入海污染物總量控制作為一種有效連接陸域、海域的管理措施，已成為近岸水體污染防治的一項重要舉措，是進行近岸污染控制規(guī)劃的基礎(chǔ)。 本文以中國北方受人為活動影響較為顯著的典型海灣—膠州灣為研究對象，針對目前研究中存在的時間尺度、動力過程、不確定性等研究不足，在分析膠州灣水質(zhì)及污染負荷現(xiàn)狀基礎(chǔ)上，從季節(jié)尺度、潮周期尺度研究入海污染物總量控制。針對夏季水動力過程、污染負荷的季節(jié)特征和潮過程的周期性特征，采用基于POM的三維漫灘水質(zhì)模型與優(yōu)化模型，計算了夏季和潮周期的膠州灣入海污染物總量及其優(yōu)化分配量，討論了源強隨機變化和響應(yīng)系數(shù)場的不確定性，并借助情景分析、決策分析探討了污染物總量控制的管理措施。主要工作和結(jié)論如下： 1、在對膠州灣歷史資料和文獻資料分析的基礎(chǔ)上，總結(jié)膠州灣面臨的主要環(huán)境壓力。為全面了解膠州灣環(huán)境狀態(tài)，根據(jù)2010年8月多船58小時同步觀測資料，分析膠州灣夏季主要水質(zhì)因子的空間分布特征。結(jié)果表明，2010年夏季膠州灣DIN、PO_4-P、COD、SiO4-Si的平均濃度分別為31.41±17.07μmol L~(-1)、1.63±0.96μmol L~(-1)、1.36±0.15mg L~(-1)和9.01±3.88μmol L~(-1)，NH4-N、NO3-N和NO_2-N所占DIN比例分別為45.6%、47.2%和7.16%，其中NO_3-N比例較歷史平均結(jié)果明顯偏高，觀測前期由于降水過程引起的地面非點源徑流輸入是導(dǎo)致NO_3-N比例增大的主要原因，改變了營養(yǎng)鹽結(jié)構(gòu)；各類水質(zhì)因子空間分布規(guī)律相似，表現(xiàn)為灣東北部為高值區(qū)、西北部為次高值區(qū)，并向灣中部和灣口呈遞減趨勢。水質(zhì)評價結(jié)果表明，，膠州灣氮磷比約為19.28±2.02，夏季膠州灣富營養(yǎng)化指數(shù)E平均值為7.13，從北向南，從東北、西北向灣中心，呈現(xiàn)富營養(yǎng)—中度營養(yǎng)—貧營養(yǎng)過渡，膠州灣總體呈現(xiàn)輕度磷限制。根據(jù)文獻資料等，總結(jié)膠州灣陸源污染物輸入的主要方式是河流輸入，其次是污水處理廠輸入。并估算了八大排污單元主要污染物的夏季入海通量。 2、在對膠州灣水質(zhì)及污染負荷評估的基礎(chǔ)上，采用耦合水動力模型的水質(zhì)模塊，數(shù)值模擬了膠州灣夏季余流特征和水質(zhì)因子分布特征。水動力模型基于POM建立，綜合考慮風(fēng)、潮（M2、S2、O1、K1）、徑流、斜壓效應(yīng)等過程，水質(zhì)模塊包含營養(yǎng)鹽、浮游植物、浮游動物等10個生態(tài)變量。通過與同潮圖、驗潮站水位、典型觀測站流速對比等手段驗證了水動力模型的可靠性；通過生態(tài)變量的年內(nèi)變化（年尺度）、平面分布（月尺度）以及與觀測值（潮周期尺度）對比驗證了水質(zhì)模型的可靠性。同時，分析了膠州灣余流特征，并通過與僅有潮過程的余流對比，證實了將多種水動力過程納入夏季污染物總量控制分析的必要性。 3、利用已建立的水質(zhì)模型，在選取水質(zhì)控制點的基礎(chǔ)上，采用基于響應(yīng)系數(shù)場的線性規(guī)劃方法，以排海污染物總量最大為目標(biāo)函數(shù)，以海洋功能區(qū)劃水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)和排海通量非負為約束函數(shù)，計算出夏季膠州灣DIN、DIP、COD的環(huán)境容量分別為1848.1t、182.0t和35456.1t，并在各排污單元進行優(yōu)化分配，其中團島排污單元分配的容量最大。數(shù)值驗證結(jié)果表明該分配方案合理，滿足海洋功能區(qū)劃要求。進而，考慮排污單元的經(jīng)濟、社會、地理等因素差異，引入公平性，再次分配的DIN、DIP、COD海洋環(huán)境容量均有所降低，各排污單元中，團島排污單元減少量最大，大沽河、墨水河排污單元分配量有所提高，符合實際需求。 4、考慮到膠州灣是典型的潮控型海灣，水質(zhì)要求不僅是潮周期內(nèi)平均值達標(biāo)，也要保證潮周期達標(biāo)率，且污染源強是隨機變化的。采用源強為對數(shù)正態(tài)分布的優(yōu)化分配模型，將潮周期達標(biāo)率作為約束條件，利用遺傳算法求解。計算的分配結(jié)果與傳統(tǒng)的分配方法有明顯差異，各排污單元排污量均有不同程度的減少。 5、考慮到海洋生態(tài)系統(tǒng)中各元素轉(zhuǎn)化的復(fù)雜機制屬非線性過程，討論了基于響應(yīng)系數(shù)場線性疊加原理的優(yōu)化分配可能帶來的誤差。分析表明，當(dāng)某一元素處于限制狀態(tài)時，會導(dǎo)致分配結(jié)果和環(huán)境容量偏大，當(dāng)處于過量狀態(tài)時，會導(dǎo)致分配結(jié)果和環(huán)境容量偏小。 6、將數(shù)值模型、優(yōu)化分配與情景分析法結(jié)合，應(yīng)用膠州灣三維漫灘水質(zhì)模型，采用情景分析法，進行數(shù)值實驗，評估各方案環(huán)境影響，并綜合環(huán)境、經(jīng)濟、社會效益進行情景方案的決策分析。結(jié)果表明污染負荷轉(zhuǎn)移方案環(huán)境治理效果最好，可作為備選方案；濕地建設(shè)方案各方面效益均較高，是首選的決策方案；污可與濕地建設(shè)配合，分別針對河流非點源和污水處理廠點源實施；深水排放方案暫不推薦實施。污染負荷隨潮位相排放方案，各種排放方式的灣口通量差異并不顯著，不推薦實施。直排外海方案可作為極端條件下的備選方案。最后，從陸海統(tǒng)籌、以海定陸，重點實施、先易后難，終端-源頭過程控制，跨界補償、交易機制和公眾參與等角度提出了陸源污染物總量控制的減排建議，尤其是加強不同時間尺度上的入海污染物總量控制與管理。
【圖文】：

審查水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn) 評估監(jiān)測數(shù)據(jù) 水質(zhì)控制手段方法的確定2. 確認優(yōu)先水質(zhì)控制指標(biāo) 結(jié)合環(huán)境管理與規(guī)劃對控制指標(biāo)進行評價，為 TMDL 方案提出控制目標(biāo)優(yōu)先級別3. TMDL 運行效果評價 點源/非點源污染監(jiān)測 評價非點源污染控制效果 評估 TMDL 對水質(zhì)的改善4. 建立 TMDL 方案5. 運行 TMDL 管理方案

分辨率的水質(zhì)模型與預(yù)報技術(shù)。圖1-2. 青島市多年月平均降水資料（數(shù)據(jù)來源：青島市統(tǒng)計年鑒）圖1-3. 南村站多年平均月徑流量（浦祥，2011）由此可見，將膠州灣入海污染物總量控制的時間尺度從年推進到季節(jié)尺度是有必要的。夏季由于人們生活習(xí)慣導(dǎo)致污水產(chǎn)生量等增加，而由充沛降水帶來的非點源入海污染物總量也最多（Liu et al., 2007），數(shù)值模擬結(jié)果顯示，由于陸源輸送，夏秋季節(jié)為營養(yǎng)鹽回升過程，其中夏季膠州灣無機氮、磷酸鹽、硅酸鹽濃度為全年最高（劉哲，2004）；觀測結(jié)果顯示，夏季無機磷酸鹽濃度處于相對較高水平
【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】：2012
【分類號】：X55

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本文編號：2625207