《汾河水库水质富营养化评价与预测研究》

汾河水库水质富营养化评价与预测研究

【摘要】

：汾河水库位于娄烦县境内，作为山西省最大一座大型水库，现有库容量3.5亿立方米，是太原市地表水饮水源地之一，并供太原市一部分工农业用水。汾河水库水质，特别是富营养化问题，直接影响人民生活及工农业生产。本文以汾河水库水质富营养化产生的机理为理论基础，对2006-2012年汾河水库（包括汾河进水区、涧河进水区、库中心区以及水库出水区四个断面）的水质富营养化情况（chla、tn、tp、cod）进行了动态分析，运用改进型灰色gm（1，1）模型对汾河水库2013-2017年的水质富营养化指标进行了预测，在此基础上，采用t-s模糊神经网络模型对汾河水库2006年至2017年4个监测断面的富营养程度进行评价，确定水库富营养化等级。另外，为了探讨水库污染的来源及防治措施，本文对水库周边以及上游污染源进行了资料收集和调查，对水库水质污染的来源进行了点源污染和面源污染的分析，并提出了汾河水库富营养化的防治对策。本研究为改善汾河水库水质、预防和治理汾河水库水体富营养化提供了理论依据。本文的主要结论有：

1、对汾河水库水质富营养化动态分析的结果表明，汾河进水区、涧河进水区监测断面中，叶绿素a（chl-a）的含量随着时间的变化波动比较大，其余三项水质指标变化比较平稳。在库中心断面，tp含量在2008年、2012年变化较大，到达了最小值0.015mg/l左右，其余年份比较平稳。tn在2009年达到0.85mg/l左右，其余年份比较平稳。叶绿素（chl-a）含量在200

9、2010年、2012年中数值比较大，最大值出现在2012年

达到6.95mg/m3其余年份处于较低水平，大致在2mg/m3左右。codmn含量一直比较稳定。水库水区监测断面中，叶绿素（chl-a）含量在前五年里一直处于比较低的水平，2012年突然数值变大达到18.6mg/l，而其它三项指标一直处于比较平稳状态。

2、使用改进型gm（1，1）模型对汾河水库4个监测断面的4个指标值进行后五年的预测，并给出了残值检验法对预测值的准确度进行检验。从前五年预测值与实际值之间的误差可以看出，改进型gm（1，1）模型误差相对较小，适合汾河水库水质富营养化指标值的预测。

3、使用bp神经网络和t-s神经网络对汾河水库水质富营养化进行了评价，并对这两个神经网络的准确性和精确性进行比较，得出t-s模糊神经网络优于bp神经网络，因此选取t-s模糊神经网络作为汾河水库水质富营养化评价模型。

4、对训练完成的t-s模糊神经网络汾河水库4个监测断面2006-2017年的水质富营养化评价的结果表明，库中心地区监测断面的富营养化水质等级普遍优于汾河进水区、涧河进水区、以及水库出水区等其它3个监测断面的水质等级。汾河进水区、涧河进水区、库中心地区的水质普遍低于Ⅲ级富营养化水质等级不易发生富营养化，而水库出水区附近的水域水质普遍处于Ⅳ级富营养化水质等级属于容易发生富营养化的水质级别。并且，从历年各个监测断面水质情况可以看出，5月份各个断面的富营养化水质等级普遍优于9月份的各断面富营养化水质等级。

5、对水库水质污染的来源分析表明，工业污染源分布于汾河水库入库河流上游；主要工业有铁厂、选矿厂、洗煤以及焦化厂等。农业面源污染主要分布于汾河水库周边；由于水库周边畜禽业没有得到合理控制，

致使农药使用过度，农业生产污染物通过地表径流以及地下水流入水库。这终导致汾河水库水质tp、tn等指标超过正常范围。

6、根据对汾河水库水质富营养化的趋势分析、污染评价和污染来源分析，本文提出了水库水质富营养化的防治对策。包括对控制汾河上游、涧河上游以及水库周边的点源和非点源对汾河水库水质的污染及应该采取的措施对策。【关键词】

：汾河水库富营养化评价神经网络改进型gm（11）相关性分析

【学位授予单位】

：山西大学【学位级别】

：硕士【学位授予年份】

：2013【分类号】

：x524【目录】

：目录4-7contents7-10中文摘要10-12abstract12-15第一章前言15-231.1引言151.2研究目的与意义15-161.3国内外研究进展16-191.3.1水质富营养化评价国内外研究现状17-181.3.2水质预测国内外研究现状181.3.3国内外水环境污染源解析研究进展18-191.4研究内容与方法19-211.4.1研究内容19-201.4.2研究方法20-211.5技术路线21-221.6创新之处22-23第二章研究区域概况23-252.1研究区域自然条件23-242.2研究区域气候条件242.3.研究区域社会经济条件24-25第三章汾河水库水质动态变化及预测25-433.1汾河水库水质动态分析25-273.2汾河水库水质时段变化趋势27-283.3汾河水库水质短期预测28-333.3.1灰色系统建模的基本概念28-293.3.2gm（1，1）模型的建立方法29-313.3.3gm（1，1）模型的改进31-333.4基于matlab对

改进gm（1，1）模型的实现33-413.4.1gm（1，1）模型算法33-343.4.2gm（1，1）模型的精度343.4.3汾河水库水质参数短期预测34-413.5本章小结41-43第四章汾河水库水质富营养化评价43-574.1汾河水库水体富营养化评价模型选取434.2富营养化评价的指标选取与评价等级划分43-454.2.1汾河水库富营养化指标选取43-444.2.2水质富营养化评价标准44-454.3基于bp神经网络的水质富营养化评价45-494.3.1bp神经网络评价模型454.3.2bp神经网络学习原理45-474.3.3bp神经网络的创建、训练和评价474.3.4基于bp神经网络对水库富营养化评价的精度分析47-494.4基于t-s模糊神经网络的水质富营养化评价49-524.4.1t-s模糊神经网络模型494.4.2t-s模糊神经网络的学习原理49-504.4.3t-s模糊神经网络创建50-514.4.4基于t-s模糊神经网络对水库富营养化评价的精度分析51-524.5bp神经网络与t-s模糊神经网络结果的比较52-534.6汾河水库营养状况评价53-564.7本章小结56-57第五章汾河水库水质污染源分析57-635.1汾河水库水体污染的来源分析57-625.1.1娄烦县污染源调查分析57-585.1.2汾河水库上游流域县市的污染源调查分析58-595.1.3农业面源污染59-625.2本章小结62-63第六章汾河水库富营养化防治对策63-656.1对污染源的控制636.1.1深入治理工业废水排放636.1.2加强城市、农村生活污水治理力度636.2对非点源污染的控制63-646.2.1对农业生产污染物的控制63-646.2.2减少种植业中施用化肥646.3建立汾河水库生态工程64-656.3.1汾河水库上游段人工湿地工程646.3.2润河入库段延伸区河岸带生态工程64-65第七章结论与建议

65-677.1结论65-667.2进一步研究建议66-67参考文献67-70攻读学位期间取得的研究成果70-71致谢71-72个人简况及联系方式72-74

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第二篇：泉州山美水库水质分布特征与富营养化趋势泉州山美水库水质分布特征与富营养化趋势

来源：中国论文下载中心[06-02-1515：26：00]作者：马安成晏桂娥编辑：studa9ngns

摘要：根据近年水质监测结果，着重研究山美水库库区及进水水质分布特征，评价和预测库区富营养化程度及变化趋势。结果表明：从入库、库区至出库的表层水体，除ph之外，do、codmn和bod5浓度呈递减趋势，入库前后浓度降低尤其显著；而tn、no32–n和tp浓度除入库前后有所降低之外，其他呈递增趋势。现状水体富营养化水平为中营养；预测2010至2015年，水体富营养水平由中营养向中富营养状况过渡。关键词：山美水库水质富营养化

山美水库是泉州市一座以供水为主，兼灌溉、防洪、发电等综合功能的大型水利枢纽工程。山美水库是维系下游南安、晋江、石狮、惠安、泉港、鲤城、丰泽、和洛江等八个市、县、区450万人口生存的主要供水源地。为了深入了解区域人为活动对库区水环境质量的影响，本文根据近年山美水库水环境监测结果，着重研究库区及进出水体的水质分布特征和影响因素；探讨水体富营养化程度及变化趋势。研究结果为进一步防止山美水库环境污染提供科学依据，对水库水资源管理与保护工作具有一定的指导意义。

1水库概况与调查方法

1.1水库概况

山美水库位于泉州市晋江东溪中游的南安码头镇山美村，地理位置见图1。流域面积1023km2，正常蓄水位99m，相应库容4.72×108m3。水库来水主要是东溪上游永春县的桃溪、湖洋溪两大支流和德化县大樟溪龙门滩水库跨流域调水。东溪年平均入库径流量为9.69×108m3，龙门滩水库年均引水量4.0×108m3，山美水库年平均出库水量为8.97×108m3。

山美水库主要污染源来自桃溪中游约9km永春县城的工业和生活废水以及库区网箱养殖的污染物。据调查，2000年永春县城排放废水量960×4t、codcr2628t、nh-n366t；库区水域有500个网箱养鱼，估计每年过剩饵料约2700t（不含鱼类排泄物）。+41.2采样站位及监测方法[1]

根据水库地理环境特征，分别在入库河段、库区、出库河段布设6个采样站位，其中库区站位取0.5、

10、20m层水样，站位分布见图1。水质监测项目包括ph、溶解氧、高锰酸盐指数、五日生化需氧量、氨氮、硝酸盐氮、总氮和总磷。测定方法列于表1。

采样时间为2002年1月、6月、8月和12月。2结果与讨论2.1水质指标浓度分布特征1）表层水质指标浓度变化

表层水水质监测均值统计结果见表2和图2。

作者简介：陈婉卿（1949-）女，工程师

图1山美水库地理位置及采样站位图

fig.1themapandsamplingstationofshanmeireservoir

表1水质监测项目及分析方法tab.1thewaterqualitymeasuringitemsandtheanalysismethods

监测项目分析方法测定下限方法来源ph玻璃电极法gb6920-86

溶解氧（do）碘量法0.2mg/lgb7489-89

高锰酸盐指数（codmn）高锰酸盐法0.5mg/lgb11892-89

生化需氧量（bod5）稀释与接种法2mg/lgb7488-87

氨氮（nh4-n）纳氏试剂比色法0.05mg/lgb7479-87

硝酸盐氮（no3-n）酚二磺酸分光光度法0.02mg/lgb7480-872-+总氮（tn）碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法0.05mg/lgb11894-89

总磷（tp）钼酸铵分光光度法0.01mg/lgb11893-89

由图2可见，首先，从入库河流a、b站位至库区c站位表层水质中的do、codmn、bod5和tp浓度均有显著下降，而no32–n、tn仅略有降低。其次，在库区从c、d到e，直至出库河段f站位，表层水的do、codmn和bod5浓度均继续逐渐降低，其中do降低较为明显，但出库河段又略有回升；相反地，tn、no32–n和tp逐渐增加，其中tn增加较明显。前者说明入库河水中较高浓度的codmn、bod5和tp因库区水体的稀释作用而降低，并且库区水体do浓度由于污染物的生化降解耗氧作用而明显低于河水。后者表明库区的污染物依赖生化降解而逐渐降低，同时养殖过剩饵料及鱼类代谢物的输入，使水体的tn、no32–n和tp逐渐增加。根据gb3838-2002《地表水环境质量标准》，由表2可知，山美水库入库水中do、codmn、bod

5、tn和tp的超标率分别为33%、33%、33%、和100%，而库区水中do、tn和tp的超标率分别为33%、100%和33%。因此，入库桃溪水和库区水均达不到水质功能区应执行的gb3838-2002《地表水环境质量标准》的Ⅱ类标准要求[3]。

表2山美水库内外水质监测均值统计结果tab.2themeasuredandstatisticresultsofwaterqualityindexinshanmeireservoir’sinsideandoutside项目站

位入库桃溪站a入库湖洋溪站b出库东溪站f库区西北站c库区东北站d库区南站e库区外评价标准库区外超标率000ph无量纲7.37.37.27.47.67.46~96~900

docodmnbod5nh4-n

+no3-n

2-tntp

7.28.65.56.76.75.8≥6≥63333

5.42.21.41.51.41.4≤4≤4330

4.01.40.40.81.20.5≤3≤3330

mg/l0.460.120.05

0.720.520.69

2.271.142.021.541.452.08

0.100.040.030.020.020.03

＜0.050.51＜0.050.61＜0.050.66≤0.5≤0.500

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2）水库水质富营养化程度预测

总磷是反映营养化程度的重要指标之一，下面以库区各监测站位枯水期tp的均值作为代表值。根据山美水库上游区域社会经济发展规划，拟定三种不同状况，即a、总磷负荷维持在2002年水平；b、总磷负荷比2002年平均值增加10%；c、总磷负荷在2002年水平的基础上每年递增2%。应用迪隆模型[2]，分别预测在正常蓄水水位下2010年和2015年总磷的浓度，预测结果见表5。

（2）式中，c为预测磷的浓度（mg/l）；l为磷的负荷量（g/m2.a）；z为水库水深（m）；q/v为水力冲刷系数（1/a）；rp为滞留作用系数。从表5可见，当库区总磷负荷比2002年平均值增加10%，水库仍保持在中营养状况；当总磷负荷在2002年基础上每年递增2%，2010年呈中营养状况；2015年由中营养状况向中富营养状况过渡。

根据以上的预测结果和2.1节库区水质分布特征，可以看出水体的富营养化是山美水库潜在的主要环境问题，必须引起当地政府有关部门的重视。

表5不同负荷条件下库区tp浓度及各水平年的营养状况

tab.5concentrationsoftpandeachstandardyear’snutritionstatusinthereservoir’swaterunderdifferentloadconditions

负荷条件

abc磷负荷g/m.a预测浓度32010年

营养状况中营养中营养中营养

2015年

磷负荷g/m.a预测浓度

3营养状况中营养中营养中富营养

mg/l

0.60200.66220.7053

0.0250.02750.0293

0.60200.66220.7788

mg/l0.0250.02750.03235

3结论

1）泉州山美水库从入库、库区至出库，表层水体的do、codmn和bod5浓度呈递减趋势，入库前后浓度降低尤其显著；而tn、no32–n和tp浓度除入库前后有所降低外，其他均呈递增趋势，其中tn增加明显。

2）在库区各站垂直水体中，do和bod5浓度呈现随深度的增加而明显递减；相反地，no32–n、tn和tp除c站之外，其浓度随深度增加而递增。

3）入库前后表层水体水质指标浓度的变化与库区水体对河水的稀释作用有关，而库区水体水质指标浓度的平面与垂直变化趋势主要取决于微生物的生化降解过程。

4）预测结果表明，富营养化是山美水库潜在的主要环境问题。主要的保护对策是综合防治永春县城污水对入库河流的污染和严禁水库网箱养殖。

参考文献：

[1]方子云.水资源保护工作手册[m].南京：河海大学出版社，1988.

来源：《科技创新导报》2012年第22期

疚难≡褡芰住⒒柩趿俊⑼该鞫取⒆艿蜕锪孔魑兰鬯矢谎跹趸闹副。利用基于秩和比的可信区间法对我国青海湖、武汉东湖、杭州西湖、安徽巢湖和云南滇池水质富营养化程度进行综合评价，结果表明5个湖泊水质富营养化程度的排序为杭州西湖>武汉东湖>安徽巢湖>云南滇池>青海湖，水质富营养化问题与人类活动密切相关;多重比较表明，青海湖与云南滇池，武汉东湖与杭州西湖、安徽巢湖，安徽巢湖与云南滇池两两之间的差异无统计学意义（p>0.05）外，其他湖泊两两之间的差异均有统计学意义（p

关键词：水质富营养化综合评价秩和比法可信区间