闽江感潮河段基于稳定同位素的硝酸氮污染及水团混合溯源研究

作     者：真翎 

作者单位：福建师范大学 

学位级别：硕士

导师姓名：谢蓉蓉;李家兵

授予年度：2023年

学科分类：08[工学] 0815[工学-水利工程] 

主      题：稳定同位素 感潮河段 定量溯源 模型 盐度 

摘      要：感潮河段是海洋与陆地的过渡区域,受潮汐等水动力因素影响,水文情势复杂,水体结构稳定性较差,污染物质难以扩散。闽江感潮河段上游为水口水库,中游途经福州市区,下游连接河口,不同区段河流属性存在差异,流域内污染源冗杂多变等问题使得污染溯源成为该区域水污染防治的重难点。本论文选择闽江感潮河段作为研究区域,测定不同降雨月的硝酸盐氮氧同位素(δN-NO,δO-NO)与水氢氧同位素(δD-HO,δO-HO),基于同位素模型,对研究区域进行硝酸氮污染来源及水团混合溯源研究。对于潜在硝酸盐污染源,采用硝酸盐氮氧同位素及SIAR模型进行了定量分析。对于特殊断面“河-海交界断面,构建了控制断面“三端元盐度-同位素保守混合模型,测算了不同性质来源水团的贡献比例。本研究旨在为复杂感潮区域的水环境污染防治及管理提供理论参考与数据支持。主要研究结果为:（1）研究区域稳定同位素的组成特征及分布受不同降雨月与潮汐作用影响显著。其中,δN-NO的时空分布呈现“低降雨月高降雨月中降雨月,δO-NO,δD-HO,δO-HO的时空分布具有一致性,呈现为“中降雨月高降雨月低降雨月。潮汐影响下,高、低降雨月的δO-NO表现为“落潮期涨潮期,其余同位素均表现为“落潮期高降雨月中降雨月,潮汐作用在一定程度上可改变各氮指标分布。（2）根据SIAR模型对研究区域硝酸盐进行溯源分析,发现硝酸盐主要污染源为粪污及生活污水,土壤有机氮,化学肥料和大气沉降,权重占比分别为77.96%,13.73%,6.63%和1.69%。高降雨月硝酸盐污染源的分布及排放贡献存在较为显著的空间差异,低降雨月有三期最高的粪污及生活污水贡献与最低的大气沉降,中降雨月则拥有三期最高的土壤有机氮贡献。从空间分布来看,结合土地利用类型的遥感数据发现,上游河段（R1段）土地利用类型为农田及林地,具有最大的土壤有机氮及化学肥料贡献量;中下游河段（R2～R4段）沿岸覆盖有大量的不透水面,是粪污及生活污水的主要贡献河段。（3）构建的“三端元盐度-同位素保守混合模型对控制断面不同性质来源水团溯源发现“淡水端元（51.50%）过渡带端元（36.93%）咸水端元（11.57%）。其中,高降雨月,咸水端元贡献最大,达到20.56%;淡水端元最大出现在低降雨月,为60.43%;中降雨月,淡水端元贡献（47.45%）与过渡带端元贡献（44.31%）相当。模型的不确定性分析表明,淡水端元具有较大的不确定性,而咸水端元最为稳定。水文气象条件的改变及蒸发富集作用直接影响不同端元的同位素组成特征,从而间接影响控制断面不同性质来源水团的溯源结果与模型稳定性。