扬州沿运灌区排水沟塘水质净化效果及优化途径研究

作     者：洪建权 

作者单位：扬州大学 

学位级别：硕士

导师姓名：罗纨

授予年度：2021年

学科分类：082802[工学-农业水土工程] 08[工学] 0828[工学-农业工程] 09[农学] 0815[工学-水利工程] 0903[农学-农业资源与环境] 

主      题：非点源污染 排水沟塘 QUAL2K模型 优化途径 水质评价 

摘      要：在农业生产过程中,化肥农药的大量使用已成为农业非点源污染问题日益突显的主要原因之一;国际上应对农村水环境污染问题,人工湿地成为较为推崇的一种方法。我国南方平原河网地区农业排水沟塘系统作为一种连接农田与接纳水体的天然缓冲带,具有湿地的水质净化功能,对农业排水中氮、磷污染物的去除具有重要作用。本文以京杭大运河扬州段沿运灌区两个典型排水沟塘系统为对象,根据2018-2019年水稻种植期农田排水沟塘水质监测数据,研究了氮、磷污染物在农田排水沟塘系统中的运移规律;并应用QUAL2K水质模型模拟了农田排水沟对排水中氨态氮和总磷两种污染物的削减情况,分析了调整水力联系及采用部分重点治理措施对改善整体水质净化效果的作用;最后,本文结合相关水质评价方法对研究区两年内大型沟塘水质情况进行了综合评价。论文取得的主要研究成果如下:(1)农田排水沟塘水质分析结果显示,在水稻生长期,排水农沟氮磷浓度均值都明显高于排水支沟/塘;沟塘中的NH3-N浓度变化不大,在农田施肥后和水稻生长末期有增大的趋势,但会快速降至很低的浓度;NO3-N浓度的变化和排水沟水位关联性较高,高水位下NO3-N易流失,但在整个监测过程中有减小趋势;TP浓度在田间施肥有增大的趋势但总体处于较低水平,监测期内均值为0.14 mg/L;TN监测期内浓度变化幅度较大,均值为2.60 mg/L。对2018年监测数据进行统计学分析发现,NO3-N呈中等变异性,TP在排水农沟中呈现较强的变异性,在支沟和塘中呈中等变异性,而NH3-N在大多数沟塘中表现为强变异性。(2)应用QUAL2K模型分析了农田排水沟主干段6-7个监测点的水质指标,模拟结果的相对误差均在20%左右,相关系数(R)和Nash-Sutcliffe系数(NSE)在率定期和验证期的计算值都大于0.5,符合模型精度要求。应用QUAL2K模型优化研究区农田排水沟塘水质净化效果的模拟结果显示,优化效果为截污减小排水流量调整排水沟流网系统,且对总磷的优化效果要高于氨态氮。(3)按照三级功能区划分,以达到Ⅲ类水作为研究区大型沟塘水质的目标,在整个监测过程中TN的单因子水质标识指数劣于目标水质3个等级,TP、NO3-N接近于目标水质,NH3-N优于目标水质1个等级。利用综合水质标识指数法和内梅罗污染指数法评价研究区沟塘水质在空间上的变化特征,评价结果接近于目标水质1个等级,整体上达到目标水质的要求。研究区大型沟塘水质呈现显著的季节变化,春季水质逐渐好转,水质类别在Ⅲ类以下,随着夏季降水量的增多水质状况变差,为Ⅲ类或Ⅳ类,秋冬季水质类别再回到Ⅲ类以下,基本符合目标水质要求。