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大型通江湖泊河-湖兩相判別及水質監測評價優化方法

包郵 大型通江湖泊河-湖兩相判別及水質監測評價優化方法

出版社:科學出版社出版時間:2022-09-01
開本: 16開 頁數: 245
本類榜單:工業技術銷量榜
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大型通江湖泊河-湖兩相判別及水質監測評價優化方法 版權信息

  • ISBN:9787030732064
  • 條形碼:9787030732064 ; 978-7-03-073206-4
  • 裝幀:一般膠版紙
  • 冊數:暫無
  • 重量:暫無
  • 所屬分類:>

大型通江湖泊河-湖兩相判別及水質監測評價優化方法 內容簡介

本書闡述大型通江湖泊河-湖兩相判別及水質監測評價優化方法,系統概括湖泊水質監測評價基本方法、鄱陽湖水文泥沙特征與水環境特征、碟形湖分布特征、數學模型構建等基本理論和技術,通過大量資料收集、野外監測、室內實驗及相應數學模型建立,對鄱陽湖河-湖兩相判別理論和技術展開研究,并對水質監測評價方法進行優化。研究成果為大型通江湖泊水環境質量評價提供重要的參考。 本書可供水利部門、環境保護部門、城市建設管理部門的管理者與決策者以及相關專業的科研人員參考閱讀。

大型通江湖泊河-湖兩相判別及水質監測評價優化方法 目錄

目錄
前言
第1章 緒論 1
1.1通江湖泊基本概念與特征 1
1.1.1通江湖泊的定義與分布 1
1.1.2通江湖泊環境特征與問題分析 2
1.1.3通江湖泊研究內容與意義 3
1.2湖泊河-湖兩相判別研究意義和方法 5
1.2.1湖泊河-湖兩相判別的意義 5
1.2.2湖泊河-湖兩相判別方法 6
1.3鄱陽湖河-湖兩相判別研究概況 7
1.3.1鄱陽湖介紹 7
1.3.2本書主要研究內容 8
1.3.3本書主要研究方法 8
1.3.4研究技術路線 9
參考文獻 10
第2章 鄱陽湖及其流域基本概況 11
2.1流域社會經濟 11
2.1.1流域人口 11
2.1.2流域經濟 12
2.1.3 能源 12
2.2流域水系特征 13
2.2.1 贛江 15
2.2.2 撫河 15
2.2.3 信江 15
2.2.4 饒河 16
2.2.5 修河 16
2.2.6 長江 16
2.3流域氣象特征 17
2.3.1日照強度 17
2.3.2氣候特征 17
2.3.3風場特征 19
2.3.4降水特征 20
2.4流域自然資源 24
2.4.1水資源 24
2.4.2濕地資源 26
2.4.3重點保護區 27
參考文獻 29
第3章 鄱陽湖水文泥沙特征研究 30
3.1鄱陽湖水文基本特征 30
3.1.1鄱陽湖水位特征 30
3.1.2鄱陽湖面積-庫容特征 37
3.1.3鄱陽湖水動力特征 40
3.2鄱陽湖泥沙基本特性 44
3.2.1上游五河來沙特征 44
3.2.2下游長江泥沙特征 48
3.2.3鄱陽湖泥沙時空分布 50
3.2.4鄱陽湖泥沙顆粒級配特征 51
3.3鄱陽湖湖底地形特征 52
3.3.1鄱陽湖基礎地理測量 52
3.3.2鄱陽湖地形總體特征 55
3.3.3鄱陽湖典型斷面地形變化特征 56
3.3.4鄱陽湖例行監測點位地形特征 59
3.4鄱陽湖碟形湖分布特征 60
3.4.1鄱陽湖碟形湖分布區域 60
3.4.2鄱陽湖碟形湖形態特征 60
3.5鄱陽湖通江水體面積波動特征 62
3.6鄱陽湖與外部江河交換機制 62
3.6.1鄱陽湖與外部江河水量交換分析 62
3.6.2鄱陽湖與外部江河水動力條件分析 63
3.6.3鄱陽湖與外部江河泥沙交換與分布特征分析 64
參考文獻 66
第4章 鄱陽湖水環境特征研究 67
4.1鄱陽湖污染負荷特征 67
4.1.1流域污染源綜合分析 67
4.1.2橫向入湖污染負荷分析 75
4.1.3鄱陽湖干濕沉降量分析 79
4.1.4鄱陽湖沉積物釋放量分析 80
4.1.5鄱陽湖污染負荷綜合分析 82
4.2鄱陽湖水質分布特征 84
4.2.1數據來源與評價方法 84
4.2.2入湖河流水質變化特征 85
4.2.3湖區水質變化特征 99
4.2.4入湖河流及湖區水質現狀分析 135
4.3鄱陽湖水體透明度分布 137
4.4鄱陽湖富營養化水平分析 138
4.4.1評價方法 138
4.4.2湖泊富營養化分析 139
4.5鄱陽湖水環境承載力分析 140
4.5.1研究背景 140
4.5.2研究方法 141
4.5.3參數確定 141
4.5.4結果分析 146
4.5.5 結論 147
參考文獻 147
第5章 鄱陽湖水環境數學模型構建 149
5.1基本控制方程 149
5.1.1水動力方程 149
5.1.2水質方程 150
5.1.3泥沙輸運方程 150
5.1.4水齡計算方程 151
5.2模型數值解法 152
5.3模型邊界條件 157
5.4模型率定驗證 159
5.4.1率定數據來源 159
5.4.2率定驗證結果 160
第6章 鄱陽湖河-湖兩相判別研究 164
6.1鄱陽湖河-湖兩相判別的總體思路 164
6.2鄱陽湖河-湖兩相判別的數學方法 165
6.3鄱陽湖河-湖兩相判別數值模擬研究 171
6.3.1典型邊界形態確定 171
6.3.2數值模擬方案確定 172
6.3.3數值模擬計算結果 173
6.4基于特定點位的河 -湖兩相判別研究 187
6.4.1判別依據確定 187
6.4.2 河-湖兩相判別結果 192
6.4.3 河-湖兩相判別結果校核 204
6.5碟形湖河-湖兩相判別研究 207
第7章 鄱陽湖水質監測評價體系優化 210
7.1鄱陽湖現有水質監測點位合理性分析 210
7.1.1湖區監測點位水質年際穩定性分析 211
7.1.2湖區相鄰監測點位相關性分析 214
7.2鄱陽湖水質監測點位優化分析 216
7.2.1湖區點位優化基本原則 216
7.2.2湖區點位優化方案 217
7.2.3湖區點位優化結果檢驗 217
7.3基于河-湖兩相判別的水質回顧性評價 221
7.3.1考慮單因子的水質回顧性評價 221
7.3.2考慮多因子的水質回顧性評價 233
第8章 結論與建議 244
8.1 結論 244
8.2 建議 245
展開全部

大型通江湖泊河-湖兩相判別及水質監測評價優化方法 節選

第1章 緒論 1.1通江湖泊基本概念與特征 水是人類及動植物賴以生存的必不可少的物質資源,同時也是工農業生產、社會經濟發展和生態環境改善不可替代的極為寶貴的自然資源。從數量上看,地球上的水量是非常豐富的,地球表面積為 5.1億 km2,水圈內部水體的總儲量約13.86億km3。海洋總面積約 3.61億 km2,占地球表面積的 70.8%;海水儲量為13.38億km3,占全球水總儲量的 96.5%。陸地總面積約為 1.49億 km2,占地球表面積的 29.2%;陸地水儲量僅為 0.48億 km3,約占全球水總儲量的 3.5%[1,2]。在地球總儲水量中,咸水約占 97.47%,淡水約 0.35億 km3(含鹽量.1g/L),占 2.53%。淡水中有 69.56%為固體狀態,大部分存在于兩極冰川與雪蓋、高山冰川和永久凍土層中,難以利用;其次為地下水,占淡水總量的 30.1%,主要分布在地面至深度 2000m的地殼中;其余為湖泊、沼澤、河流中的水 [3,4]。 全球可利用的淡水總量不到全球總儲水量的 1%,這部分淡水與人類的關系昀為密切,具有極其重要的社會、經濟和環境價值 [4,5]。水的分類方案很多,根據研究任務、目的的不同,采取的方案也有所區別,如按水的存在形式可分為氣態水、液態水和固態水,按照水中的含鹽量又可分為咸水、半咸水和淡水,按天然水所處的環境又可分為海水、大氣水及陸地水。水體是指河流、湖泊、水庫、沼澤、海洋以及地下水等水的聚積體,按類型可以分成陸地水體和海洋水體以及地表水體和地下水體。在環境學中,水體不僅包括水本身,還包括水中的懸浮物、溶解物質、膠體物質、底質和水生物等,水體是一個完整的生態系統或完整的自然綜合體。 1.1.1通江湖泊的定義與分布 通江湖泊指與河流相通、有江河水自由入湖或湖水自由入江河的湖泊。與此相對應的是阻隔湖泊,即由于大壩、堤壩、水閘等修建,湖泊與江河間的水不能自由流動的湖泊 [6]。通江湖泊可分為完全通江湖泊與部分通江湖泊,完全通江湖泊 (圖 1.1)是指江水自由入湖并自由出湖的湖泊,部分通江湖泊 (圖 1.2)是指有江水自由入湖、湖水自由入河流的湖泊或河水自由入湖、湖水自由入江的湖泊。 圖 1.1完全通江湖泊示意圖 圖 1.2部分通江湖泊示意圖 長江中游是中國湖泊昀為集中的區域之一,湖北省曾有“千湖之省”之稱。長江兩岸的絕大多數 10km2以上的湖泊為通江湖泊,數量超過 100個,其中湖南約 20個,湖北近 40個,江西、安徽約 10個[7,8]。但現在除了我國的兩大淡水湖泊鄱陽湖和洞庭湖,其他通江湖泊與長江的自然聯系幾乎已全部被切斷。 1.1.2通江湖泊環境特征與問題分析 1. 水資源特征 通江湖泊與長江相通,江水倒灌是通江湖泊的典型特征,具有調蓄長江洪水、維持湖泊水位、保障湖泊區水資源利用安全、促進洲灘濕地生態演變等功能。通江湖泊季節性水位波動的變化更趨復雜,長江中游來水對鄱陽湖水位變化起到了決定性的作用。通江湖泊具有復雜的水沙交換過程和輸移交換規律 [9,10]。 2. 水環境特征 通江湖泊內部污染物質的輸移過程和湖泊水環境容量易受長江和三峽水庫的影響,在特定的條件下可能導致通江湖泊局部水體環境質量惡化、富營養化加重和藻類水華暴發,同時這些變化又反過來影響湖泊濕地植被生長和發育,改變濕地水動力、水質凈化能力和珍稀候鳥棲息地生境等。有研究表明,洞庭湖水文情勢的改變導致枯季水環境容量上升,而洪季水環境容量則有所下降。三峽水庫蓄水期,鄱陽湖因大量湖水注入長江,湖口水位降低,湖泊水量的減少降低了水體自凈能力,導致水質下降;三峽水庫泄水期,江水對鄱陽湖湖水出流頂托加重,延長水滯留時間,增加入湖污染物滯留,可能引起水質下降。此外,長江倒灌鄱陽湖帶來的泥沙也影響了鄱陽湖水體的透明度。 3. 生態系統特征 通江湖泊孕育了大片生機勃勃的濕地,具有豐富的生物多樣性,與長江急流水域相比,通江湖泊保持了緩流或者靜止水體的環境,使一些魚類在急流中產卵,到靜水中育肥和避難,為許多洄游或半洄游性魚類提供“三場一道” (索餌場、繁殖場、育肥場和洄游通道 )。這種靜與動兼具的水環境,構成了長江中下游特有的生物多樣性。鄱陽湖和洞庭湖都是吞吐型湖泊濕地,都具有“洪水一片,枯水一線”的特點,枯季大片灘地及淺水區是國際重要的越冬候鳥棲息地,是全球生態系統重要的環節之一。通江湖泊水位的季節性漲落會影響濕地植被的類型、分布范圍及演替,同時還會影響候鳥棲息地的面積和空間分布 [11]。 4. 問題與研究難點 江湖關系變化將改變江湖水文情勢,進而直接影響江湖防洪、水資源供給、水環境及水生態的安全,維系江湖兩利的健康江湖關系是長江中游江湖關系研究的根本目的,而江湖關系健康評價指標體系的構建和指標健康閾值的確定又成為江湖關系研究的一個難題。傳統湖泊水安全評價較多考慮湖泊本身的水位、流量等特征指標,較少考慮水環境和水生態指標,更沒有涉及這些水安全指標與相關水情要素變化的關聯。就湖泊水環境和水生態安全評價方面,長江中游兩湖復雜湖泊水文水動力條件與水環境水生態的關系研究尚未開展。其他區域的研究表明,湖泊水體營養狀態指數和營養鹽滯留系數是受水文情勢和水動力學條件影響的、反映湖泊水體富營養化的重要指標。 1.1.3通江湖泊研究內容與意義 迄今為止,針對通江湖泊開展的水環境保護研究仍處于較初級階段。萬榮榮等[8]針對長江中游通江湖泊江湖關系當前研究現狀和存在的問題,提出研究江湖關系表征指標體系是正確認識江湖關系的前提,但未涉及其水環境、水生態保護方面的研究內容。王華等 [12]針對濱江水體的環境特征,對其水環境容量及生態環境需水量進行定量計算分析,雖取得了一定研究成果,但尚未提出水體生態環境保護的系統理論與措施。陳永泰等 [10]對我國湖泊流域水環境保護現狀進行調查并進行展望,但未提出湖泊水環境保護具體措施。 通江湖泊水體所面臨的水資源、水環境、生態系統及城市景觀生態等各方面的問題并不是單獨存在的,其內部相互影響、相互制約,尋找科學有效的技術方法,系統并全面地解決通江湖泊水體的系列性問題是研究的難點。通江湖泊水體與外域大江、大河的水量交換在季節上存在嚴重的不均勻性。在水質相對較好的豐水期,外域水體的水量補給有利于改善湖泊水體水質,但由于來水含沙量較高,過多的交換水量會導致湖泊水體泥沙淤積,降低水體透明度,影響城市生態景觀;而在泥沙含量相對較低的枯水期,泥沙淤積問題有所減緩,但由于交換水量較低,水環境容量不足,水體水質惡化嚴重,無法達到水質要求。所以,通江湖泊與外域大江、大河相通,是水環境改善的重要保障,需要解決的問題首先是通江湖泊水體與外域水體之間水量、水質與泥沙三者的平衡問題,使這一平衡點達到既滿足水質要求,又能昀大限度地減少泥沙淤積的目的;其次是大水位變幅條件下的生態修復問題。水質污染、泥沙淤積以及過多的人類活動干預等加劇了通江湖泊水體生態系統結構與環境功能的進一步退化。實現通江湖泊水體的生態修復,維持其健康、穩定的生態系統非常重要,而通江湖泊水體特殊的地理位置導致其水文特征尤其是水位條件復雜多變,增加了生態修復的難度。 關于通江湖泊水體水環境保護的研究尚未形成系統理論,要解決通江湖泊水體所面臨的系列性問題,今后應著重開展以下幾方面的研究:①水污染控制技術研究。工業的迅猛發展、人口數量的不斷增多,大量的生活和工業污染源排入湖泊水體,引起了水質惡化、藻類暴發、生態系統破壞等一系列問題,所以水污染控制技術研究成為通江湖泊水體研究的主要任務之一。②生態修復技術研究。由于特殊的地理位置,通江湖泊水體是一個比較脆弱的生態系統;水質惡化、泥沙淤積以及人為干預較強等使得湖泊水體生態系統受損嚴重。針對通江湖泊水體的系統特征,提出有效可行的生態修復技術方案,對退化的湖泊水體生態系統進行修復,使其回到健康正常狀態,也是通江湖泊水體研究的重要任務。③水量調控技術研究。該研究主要包括兩個方面,首先是通江湖泊水體水量、水質、泥沙平衡關系的研究。水量、水質、泥沙之間是相互影響、相互制約的,掌握三者的相互平衡關系是形成有效的工程技術并綜合解決水體各方面問題的重要理論基礎。其次是滿足平衡關系的水量調控工程技術研究。由于外域水體的水文情勢時空變化復雜,基于平衡關系形成可操作并具有一定普遍性的水量調控工程措施非常重要。④長效管理技術研究。研究所形成的工程技術措施有利于解決水體的水質污染、泥沙淤積、生態系統破壞等一系列問題,然而在這些技術措施運用后,通江湖泊水體的水資源、水環境以及生態系統等各方面特征都會有所變化,如果沒有合理科學的長效管理技術,技術措施的正面效益有可能得不到充分體現,甚至會給湖泊水體帶來一些負面影響。所以,滿足長效管理的工程技術研究,是維持濱江水體健康、可持續發展的重要保障 [13-15]。 1.2 湖泊河-湖兩相判別研究意義和方法 1.2.1湖泊河-湖兩相判別的意義 按照水文水資源學的定義,河流是由一定區域內地表水和地下水補給,經常或間歇地沿著狹長凹地流動的水流。河流昀明顯的特征是它自然地向下游流動,湖泊的流速通常比河流小得多。河口雖然與河流的流速大小相當,但是受潮汐的影響,河口處水的流動是雙向的。河流在流域中充當匯還是源的作用取決于時間與河流的位置。支流是指流入一個更大的水體的河流或者溪流,這個水體可以是河流、湖泊或者河口。流域指的是河流的干流和支流所流過的整個區域。河流及相應的支流通常只占據總流域中較小的一部分,它們像排水系統一樣向下游輸運水、營養物質、泥沙和有毒物質,通常是流向河口或者湖泊。 隨著時間推移,河流的特征隨著人類活動、氣候和水文條件的變化發生顯著的改變。其中,河流在形態、水動力與生態學特性上變化巨大,如河流坡度、寬度、深度、流量、流速、水溫、攜帶的營養物質和富營養化過程等。河流多種多樣,既有深而緩的河流 (如美國的密西西比河 ),也有淺而急的河流 (如中國臺灣的淡水河)。臺灣作為海島,地勢中部高、四周低,平原面積較小,以山地丘陵為主,河流流程短,落差大,多淺而急。 湖泊的水動力作用與海洋有些類似,主要表現為波浪和岸流作用,小型湖泊通常缺乏潮汐作用。風力的影響下,湖泊的表面可形成較強的波浪,稱為湖浪,通常湖浪基面深度不超過 20m。湖浪作為一種侵蝕和搬運的地質營力,在濱湖地區表現得較為明顯。湖浪與湖岸斜角所形成的沿岸流形成各種侵蝕地形和沉積砂體,如浪蝕湖岸、沙壩、沙嘴、堤島等 [16,17]。 湖泊與河流昀主要的區別是水流的速度不同,湖泊中水流的速度要小得多。河流的快速流動性形成了在垂向和橫向均勻混合的廓線和向下游的快速輸運,湖泊中相對較深、流速較慢的水則會有垂向分層和橫向變化。湖泊易形成季節性及年際性蓄水,上下游的雙重影響形成了湖泊獨*的水情特征,水體長時間的停留使得湖水及沉積床的內部化學生物過程顯著,這些過程在流速較快的河流中則可以忽略。湖泊和河流的水質監測評價體系是不一樣的。通江湖泊汛期高水位時,呈湖泊形態,湖面面積、庫容及水體自凈稀釋能力顯著增加,大多數監測點水質較好;枯水期低水位時,湖面縮小、在流速及形態上體現出河流特征,若仍按照湖泊水質評價標準評價該狀態水質,多數監測點水質指標會出現較差的結果,而相同點位若運用河流水質標準評價,其水質評價結果可提升 1~2個等級。部分通江湖泊枯水期湖相特征不顯著,水文特征異于一般湖泊,應用湖泊水質標準評價枯水期水質,嚴重制約了湖泊水資源管理及后續的流域環境規劃與污染負荷削減分配研究,其科學性、合理性有待研究。國內外針對通江湖泊“一湖兩標”的水質評價體系研究尚不多見,河-湖兩相判別 (圖 1.3)研究成果可為類似通江湖泊水質評價提供參考,并為建立完善的通江湖泊水環境保護理論體系奠定重要基礎。 圖 1.

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