城市内湖藻源污染及生态风险控制研究.pdf

西 安 工 程 大 学 学 报J o u r n a l o f X ia n P o l y t e c h n i c U n i v e r s i t y 第3 8卷第2期(总1 8 6期)2 0 2 4年4月V o l.3 8,N o.2(S u m.N o.1 8 6)引文格式:高婷婷,蔡传尊,陈洋洋,等.城市内湖藻源污染及生态风险控制研究J.西安工程大学学报,2 0 2 4,3 8(2):5 2-6 0.GAO T i n g t i n g,C A I C h u a n z u n,CHE N Y a n g y a n g,e t a l.S t u d y o n a l g a e s o u r c e p o l l u t i o n a n d e c o l o g i c a l r i s k c o n-t r o l i n u r b a n i n n e r l a k e sJ.J o u r n a l o f X ia n P o l y t e c h n i c U n i v e r s i t y,2 0 2 4,3 8(2):5 2-6 0.收稿日期:2 0 2 3-0 6-1 4 修回日期:2 0 2 3-0 9-1 4 基金项目:陕西省自然科学基础研究计划(2 0 2 1 J Q-6 8 4);陕西省教育厅专项科研计划项目(2 1 J K 0 6 6 5)通信作者:高婷婷(1 9 8 9),女,讲师,博士,研究方向为污水再生回用健康风险评价及疾病负担。E-m a i l:3 5 8 9 6 4 6 1 4q q.c o m城市内湖藻源污染及生态风险控制研究高婷婷1,蔡传尊1,陈洋洋2,刘成国2,敖 冬1(1.西安工程大学 环境与化学工程学院,陕西 西安 7 1 0 0 4 8;2.中化学城市投资有限公司,陕西 西安 7 1 0 0 5 4)摘要 针对城市内湖富营养化频发,导致水体生态安全遭到严重危害的问题,以西安市汉城湖为例,通过水动力和富营养化模型,借助边界条件的情景模拟,分析水质恶化原因并提出水质改善方案。结果表明:参数率定后模型拟合度高于0.8,较好地模拟了湖体水质的演变规律,湖体藻类生长受外界环境和营养物质影响,且无机磷对其生长起到重要作用;对水质改善措施效果较好的分别为净化补水水质、加大补水量、增加大型植物种植和浮游动物对藻类的捕获。结合实际情况,可通过调节补水水量、采取引水渠道的生态净化措施和生物操纵组合方案,保障汉城湖水质目标。当补水量不充足时,可将其水力停留时间控制在3 5 d为最优。关键词 城市内湖;藻类生长;生态风险;M I K E 3模型开放科学(资源服务)标识码(O S I D)中图分类号:X 5 2 4 文献标志码:AD O I:1 0.1 3 3 3 8/j.i s s n.1 6 7 4-6 4 9 x.2 0 2 4.0 2.0 0 7S t u d y o n a l g a e s o u r c e p o l l u t i o n a n d e c o l o g i c a l r i s k c o n t r o l i n u r b a n i n n e r l a k e sG A O T i n g t i n g1,C A I C h u a n z u n1,CHEN Y a n g y a n g2,L I U C h e n g g u o2,A O D o n g1(1.S c h o o l o f E n v i r o n m e n t a l a n d C h e m i c a l E n g i n e e r i n g,X ia n P o l y t e c h n i c U n i v e r s i t y,X ia n 7 1 0 0 4 8,C h i n a;2.C h i n a N a t i o n a l C h e m i c a l U r b a n I n v e s t m e n t C o.L t d.,X ia n 7 1 0 0 5 4,C h i n a)A b s t r a c t A i m i n g a t t h e p r o b l e m o f f r e q u e n t l y o c c u r r e d e u t r o p h i c a t i o n i n u r b a n i n n e r l a k e s a n d t h e s e r i o u s h a r m t o t h e i r e c o l o g i c a l s e c u r i t y,w e t o o k H a n c h e n g L a k e i n X i a n a s t h e r e s e a r c h o b-j e c t,u s e d h y d r o d y n a m i c a n d e u t r o p h i c a t i o n m o d e l s,a n d s c e n a r i o s i m u l a t i o n a n a l y s i s o f b o u n d a r y c o n d i t i o n s t o a n a l y z e t h e c a u s e s o f w a t e r q u a l i t y d e t e r i o r a t i o n a n d p r o p o s e d w a t e r q u a l i t y i m-p r o v e m e n t p l a n s.T h e r e s u l t s i n d i c a t e t h a t t h e m o d e l h a s a g o o d f i t w i t h a c o e f f i c i e n t h i g h e r t h a n 0.8 a f t e r p a r a m e t e r c a l i b r a t i o n,a n d c a n e f f e c t i v e l y s i m u l a t e t h e e v o l u t i o n o f t h e w a t e r q u a l i t y.T h e s c e n a r i o s i m u l a t i o n s r e v e a l t h a t a l g a l g r o w t h i s i n f l u e n c e d b y b o t h e x t e r n a l e n v i r o n m e n t a l f a c t o r s a n d n u t r i e n t s u b s t a n c e s,w i t h n u t r i e n t s u b s t a n c e s(p a r t i c u l a r l y i n o r g a n i c p h o s p h o r u s)h a v i n g a g r e a t e r i m p a c t.T h e m o s t e f f e c t i v e m e a s u r e s f o r w a t e r q u a l i t y i m p r o v e m e n t i n c l u d e p u-r i f y i n g w a t e r q u a l i t y i n s o u r c e w a t e r,a n d i n c r e a s i n g t h e a m o u n t o f w a t e r r e p l e n i s h m e n t,m a c r o-p h y t e c u l t i v a t i o n a n d t h e c a p t u r e o f a l g a e b y z o o p l a n k t o n.G i v e n t h e a c t u a l s i t u a t i o n,a c o m b i n a-t i o n o f a d j u s t i n g t h e a m o u n t o f w a t e r r e p l e n i s h m e n t,a d o p t i n g e c o-p u r i f i c a t i o n m e a s u r e s t h r o u g h w a t e r d i v e r s i o n c h a n n e l s,a n d i m p l e m e n t i n g b i o l o g i c a l m a n i p u l a t i o n c a n g u a r a n t e e t h e w a t e r q u a l i t y o f H a n c h e n g L a k e.M o r e o v e r,w h e n t h e w a t e r r e p l e n i s h m e n t i s i n s u f f i c i e n t,t h e o p t i m a l h y d r a u l i c r e s i d e n c e t i m e s h o u l d b e c o n t r o l l e d a t 3 5 d a y s.K e y w o r d s u r b a n i n n e r l a k e s;a l g a e g r o w t h;e c o l o g i c a l r i s k;M I K E 3 m o d e l0 引 言 城市内湖因受人为活动因素干扰较多,其水体环境较差,尤其是藻类大量繁殖,使得水生动植物生存受到影响,严重危害水体生态安全1-2,生态风险受到极大考验,因此,藻源污染的原因和治理措施非常重要。目前,国内外关于水体藻类大量繁殖和生态风险解析与控制的研究较多,但大多针对太湖、巢湖和延河等自然湖泊和河流3-5,对小型城市内湖的研究较少6-7。城市内湖藻类生长受较多因素影响,包括换水周期、营养物质输入和底泥情况等因素5,8-1 0,因此,找出其藻类繁殖及水质恶化的主要原因对水体水质治理非常重要。而通过室内实验无法获取准确的信息,需采用数值模型的方法,模拟不同情景下水体水质的演变规律1,1 1,这种模拟方法已广泛应用于各种水体的研究7,1 1-1 3。本文选取M I K E 3水质模型,以西安市的汉城湖为例,通过不同情景分析,通过改变模型补水量、补水水质、水温、光照、降雨量和干沉降等的输入条件,模拟不同边界条件下藻类生长情况,分析城市内湖水质恶化的原因,为水质的改善提供意见和城市内湖治理提供借鉴作用。1 材料与方法1.1 研究对象汉城湖是西安市政府“八水润西安”战略的重点项目,位于汉城湖公园内,水面面积41 05 m2,水深3.95.7 m,蓄水量保持在1 3万m3,年降雨量为5 5 0 mm,年均气温1 8。汉城湖的补水口只有1个,补水来源于沣河,随着地表渠道和地下管道输入,出水通过闸门进行人为控制,进水和出水口位置如图1所示。图 1 汉城湖计算网格及相关站位布设F i g.1 T h e g i r d a n d r e l a t e d s t a t i o n s i n s i m u l a t i o n o f H a n c h e n g L a k e水位和水温观测点为靠近出水口的点,水质取样点为3个。水位观测频率为每日1次,水温和水质(溶解氧、氨氮、硝氮、无机磷、叶绿素a等)监测频率每月1次。1.2 M I K E 3模型建立M I K E 3在三维水动力模型基础上,将相关生化过程方程组嵌入水质模型1 4,并耦合水动力模型,形成富营养化模型,即ct+ucx+vcy+wcz=dx2cx2+dY2cy2+dz2cz2+Sc+Pc(1)式中:c为富营养化状态变量质量浓度,m g/L;u、v、w分别为x、y、z方向的流速,m/s;dx、dY和dz分别为3个方向的扩散系数;Sc为源汇项,即外部污染值,Pc为富营养化过程组。35第2期 高婷婷,等:城市内湖藻源污染及生态风险控制研究Pc=dcdt=ni=1Pi (2)式中:n为状态变量的过程数;t为计算时间,d。本次选取的水质富营养化模型为E c o l a b 2,涉及到水中溶解氧状态、营养物质循环、浮游动植物、根系植物及藻类的生长活动等复杂的生物过程,具体过程见文献1 4,涉及主要指标有硝氮、氨氮、无机磷、溶解氧、浮游植物量等,共包含9 0多个需要率定的参数。1.2.1 创建计算网格选取汉城湖全水域进行模拟,从汉城湖改造设计方案和现场测量定位确认湖岸位置,并对边界节点重新分布和边界光滑处理。考虑到汉城湖的地形,采用不规则网格对湖体进行网格概化,在弯曲和狭窄处采用三角网格,在直线和宽阔处采用矩形网格,以提高模型的精度和节省模型的计算时间;在垂直分层,采用S i g a m a方式分为3层,出水闸门通过人工构筑物方式进行处理。1.2.2 初始条件模拟时间从2 0 1 3年1 0月2 0 1 5年9月。以2 0 1 3年1 0月1日观测的水位值为初始条件,湖体水流速度为0;水温以1 0月1日实测水温作为初始水温。以2 0 1 3年1 0月1日实测的3个取样点水质质量浓度为基础,对全湖水质质量浓度进行插值处理后得到的湖体水质质量浓度作为初始条件。1.2.3 边界条件水动力模型边界条件:进水量取自实测进水流量的日均值,出水流量由出水闸门的开启度和开启时间控制,其余数据由市气象局提供,包括降雨量、风气温、压强、湿度、晴朗度和太阳光照强度等。水质模块的边界条件:点源污染数据来自于湖体补水的实测水质数据,面源污染包括干沉降及由降雨带来的地表径流两个部分,污染物为氮磷营养物质。其中干沉降污染负荷以西安市降尘量和降尘中氮磷污染物质量浓度进行估算1 5,各月内的日变化系数看作0;降雨径流产生的污染负荷由根据径流量和径流污染物质量浓度得出,并通过湿沉降的方式进入湖体,径流污染物氨氮、硝氮和无机磷的质量浓度分别为2.5、4.0、0.6 4 m g/L。1.2.4 模型模拟计算、率定和验证依据汉城湖的概化网格数及空间步长,其计算时间步长设置为3 0 m i n。将实测数据的前2/3时段用来模型参数的率定,剩余时段验证模型参数。用模拟值和测量值的标准误差(公式记为R)和拟合度(公式记为N)评估其精确度和准确度,即R=ni=1(Yi-yi)2/n(3)N=1-ni=1(Yi-yi)2ni=1(Yi-Y)2(4)式中:Yi为实测值;yi为模拟值;n为模拟次数;Y为实测值的平均值;R值越小,说明模型的精密度越好;N取值在-1之间,N值越大,说明模型准确度越高。2 结果和讨论2.1 水动力模型率定与验证利用水位和水温的实测数据作为水动力模型的率定和验证资料,水动力模型的率定和验证结果如图2所示。(a)水位(b)水温图 2 汉城湖水位和水温模拟值和实测值F i g.2 S i m u l a t e d a n d m e a s u r e d v a l u e s o f w a t e r l e v e l a n d t e m p e r a t u r e i n H a n c h e n g L a k e经计算,水位的标准误差小于0.0 3 m,拟合度高于0.8 9;水温的标准误差小于1.5 7,拟合度高于0.9 1。其拟合度均高于0.7,说明该模型可以较好地模拟湖体水动力和水温变化的过程,为水质模45 西安工程大学学报 第3 8卷型的率定和验证提供很好的基础。水质模型、水动力模型率定参数见表1。表 1 水质模型、水动力模型率定参数T a b.1 C a l i b r a t i o n p a r a m e t e r s o f w a t e r q u a l i t y m o d e l a n d h y d r o d y n a m i c m o d e l水质模型率定值水动力模型率定值浮游植物生长速率/d-1 3.2床底糙率0.0 3浮游植物死亡速率/d-10.0 8涡黏系数0.2 5浮游植物生长的温度系数1.1 4光折射系数0.3浮游植物对磷最大吸收量/(m gd-1)2 0 0浮渣态碳矿化速率/d-10.0 3 5氮吸收的半饱和系数/(m gL-1)0.0 5磷吸收半饱和系数/(m gL-1)0.0 0 72.2 水质模型率定与验证利用3个取样点的实测数据作为模型的率定和验证资料。通过参数敏感性提高模型参数的率定效率,优先选择较敏感的率定参数进行赋值率定1 4,水质变量对应率定参数的敏感性系数见表2。表 2 对应率定参数的敏感性系数T a b.2 S e n s i t i v i t y c o e f f i c i e n t o f c o r r e s p o n d i n g c a l i b r a t i o n p a r a m e t e r s水质变量模型率定参数的敏感性系数叶绿素a浮游植物生长速率(0.7 0);浮游动物对浮游植物的捕获速率(0.6 3);浮游植物死亡速率(0.4 0);浮游植物生长温度系数(0.3 6);浮渣矿化速率(0.3 4);大型植物对磷的吸收速率(0.3 3);磷吸收的半饱和系数(0.3 3)氨氮、硝氮硝化速率(0.6 7);浮渣矿化速率(0.5 2);硝化氮半饱和质量浓度(0.3 8)无机磷浮游植物生长速率(0.6 8);浮渣矿化速率(0.4 9);浮游植物死亡速率(0.3 5)注:括号内值为敏感性系数。经过模型参数的反复调整,确定水质模型率定主要参数取值,最终模型的率定和验证结果如图3所示。(a)取样点1(b)取样点255第2期 高婷婷,等:城市内湖藻源污染及生态风险控制研究(c)取样点3图 3 不同取样点的水质模拟和实测值对比F i g.3 C o m p a r i s o n o f s i m u l a t e d a n d m e a s u r e d w a t e r q u a l i t y v a l u e s a t d i f f e r e n t s a m p l i n g p o i n t s 可以看出:叶绿素a、氨氮、硝氮和无机磷的标准误差分别小于0.0 0 4、0.4 3、0.6 0 0、0.0 3 m g/L,拟合度分别达到0.8 2、0.8 1、0.8 1和0.8 3以上,其模型计算模拟的准确度比文献3-4 高,这可能与小型湖泊不确定性因素少有关。2.3 水体水质变化分析在2 0 1 5年期间,湖体水质较2 0 1 5年之前差很多,在2 0 1 5年之前,湖体叶绿素a最大质量浓度不超过0.0 4 0 m g/L,但在2 0 1 5年夏季,其质量浓度最大值达到0.0 8 0 m g/L。为分析叶绿素质量浓度大幅增加,把2 0 1 3年1 0月到2 0 1 5年1 0月对应分为2个阶段,分别是A阶段和B阶段(A阶段,2 0 1 3年1 0月至2 0 1 4年9月;B阶段,2 0 1 4年1 0月至2 0 1 5年9月)。B阶段相对于A阶段各月边界条件的变化见表3。表 3 B阶段相对于A阶段各月边界条件的变化 T a b.3 C h a n g e s i n m o n t h l y b o u n d a r y c o n d i t i o n s o f S t a g e B r e l a t i v e t o S t a g e A 单位:%指标月份1 01 11 2123456789氨氮 7 9.9-3 4.41 6 4.03 1 9.51 4 0.6 8.2 7.9-3 7.8-2 8.4 8 4.41 1 8.5-1 0.9硝氮 8 5 0.08 2 3.8 4 5.52 1 6.9-2 4.1-2 7.2-7 2.0-3 6.2-5 7.9-6 7.3-7 6.21 3 6.4无机磷3 8 7.26 7 1.86 3 6.87 4 8.81 0 0 3.11 6 1.4 8 9.9 1 6.7 2 1.21 8 8.12 9 5.83 8 7.2水温 8.3 1 8.6 4 5.4 2 3.2-1 8.1-4 0.3-2 2.2-5.7 1.3 1.0-1 3.5 3.7光照-1 0.0-1 2.5-2 4.4 2 0.01 2 6.7-7 3.8 2 0.0-6 7.4-8 3.4-2 1.5-4 8.5 1 1.1补水量 8.3 1 7.1 8 2.5-3 5.6-3 4.5 2 4.5-4.2-1 0.0 2 3.0 8 8.1 7 4.11 0 0.2降雨量-4 1.4-3 6.3 0.0-2 7.6 9 3.2 7 8.6-4 2.4-4 8.42 1 8.2-8 4.2 5 5.3-4 6.5 注:各月边界条件变化率的最大和最小值用粗体标出。通过对A阶段和B阶段对应各月份的边界条件变 化 率 发 现,从 补 水 水 质 看,氨 氮 平 均 值 由0.7 5 m g/L增加到1.8 4 m g/L,硝氮由2.9 9 m g/L增加到4.9 9 m g/L,无机磷则由0.0 5 m g/L增加到0.2 1 m g/L;且氨氮、硝氮和无机磷月变化率都较大,分别在-3 7%3 1 9%,-7 6%8 5 0%和1 6%1 0 0 3%之间变化;水温最大月变化率达到4 5%,与此同时,光照的月变化率为-8 3.4%到1 2 6%;再者,补水量和降雨量月均变化率都接近3 0%(其变化范围分别为-3 5%1 0 0%,-8 4%2 1 8%);由于上述各因素都会对藻类的生长造成影响1,1 6-1 7,则需要通过不同情景下的模拟计算,分析B阶段汉城湖藻类快速繁殖及水质恶化的原因,对降低其生态风险非常必要。3 模型情景模拟与分析影响水体生态风险的因素很多,但对于城市内湖而言,其风险与藻类大量繁殖息息相关,因此以叶绿素a作为研究指标。在模型经过率定和验证后,通过模型对不同情景下模拟计算的湖体叶绿素a质量浓度,分析各情景对湖体叶绿素a质量浓度的影响,以及确定为达到湖体水质治理目标应采取的治65 西安工程大学学报 第3 8卷理措施。3.1 汉城湖水质恶化的原因为找出B阶段汉城湖叶绿素a大幅增加的原因,设置不同的情景模拟,即以A阶段为基准,用B阶段的边界条件逐一替代A阶段中的边界条件,情景设置分类见表4。表 4 情景设置分类T a b.4 T h e c l a s s i f i c a t i o n s o f s c e n a r i o分类具体设置水温 A阶段边界条件,除水温为B阶段边界条件光照 A阶段边界条件,除光照为B阶段边界条件补水量 A阶段边界条件,除补水量为B阶段边界条件降雨量 A阶段边界条件,除降雨量为B阶段边界条件分类具体设置补水水质A阶段边界条件,除补水水质为B阶段边界条件氨氮 A阶段边界条件,除氨氮为B阶段边界条件硝氮 A阶段边界条件,除硝氮为B阶段边界条件无机磷 A阶段边界条件,除无机磷为B阶段边界条件 不同情景模拟下模型计算的叶绿素a质量浓度如图4所示。(a)水温和光照 (b)补水量和降雨量 (c)补水水质 (d)氨氮 (e)硝氮 (f)无机磷图 4 不同情景模拟下计算的叶绿素a质量浓度F i g.4 C h l o r o p h y l l a m a s s c o n c e n t r a t i o n c a l c u l a t e d u n d e r d i f f e r e n t s c e n a r i o s i m u l a t i o n s 通过对模型模拟计算的叶绿素a质量浓度与A阶段相对比,可得出叶绿素a质量浓度增加的原因。从图4(a)(b)可以看出:水温、光照、降雨量、进水量的变化对湖体叶绿素a质量浓度的影响较小,说明在低质量浓度营养物质下,藻类生长受外界环境因素的影响小;而由于补水水质的改变,湖体叶绿素a质量浓度大幅增加,最大值从0.0 3 2 m g/L增加到0.0 6 0 m g/L,但并未达到B阶段的0.0 8 0 m g/L,说明藻类增长受外界环境和营养物质的共同作用,但是营养物质对藻类生长起到类似“导火索”的重要作用。从图4(c)(f)可以看出:补水水质中无机磷对藻类生长影响最大;这与很多研究结果类似1 0,1 6,1 8,即磷是大部分湖泊藻类生长的限制因子。根据模型敏感性参数数据得知,底泥释放和干降尘的量对湖体叶绿素a质量浓度的敏感性系数小于5%,说明上述2个因素对藻类生长的影响可以忽略不计,这和一些大型湖泊受底泥内源污染和面源污染影响较重的研究不同6,8,1 9,主要是因为汉城湖刚清淤清理,其底泥较少造成的。相比而言,城市景观水体相对封闭,且硬地面较少,产生的径流污染少;而且湖体水域面积小,干降尘污染物负荷相对于补水污染物负荷较小。75第2期 高婷婷,等:城市内湖藻源污染及生态风险控制研究3.2 汉城湖水体水质改善措施的选择叶绿素a与边界条件的相对变化率的比值V,即V=(Ys-Yi)/Yi(Xs-Xi)/Xi(5)式中:Ys表示改变外界条件后模型计算的叶绿素a质量浓度,m g/L;Yi表示A阶段叶绿素a的质量浓度,m g/L;Xs表示改变后外界条件的值;Xi表示A阶段外界条件的值。V值越大,说明叶绿素a质量浓度受该外界条件影响的敏感性越强。叶绿素a与边界条件相对变化率的比值,如图5所示。图 5 叶绿素a与边界条件相对变化率的比值F i g.5 T h e r a t i o o f r e l a t i v e v a r i a t i o n r a t e o f c h l o r o p h y l l a a n d b o u n d a r y c o n d i t i o n根据敏感性分析结果,叶绿素a质量浓度受进水水质影响的敏感性最大,特别是在春夏季节,春季藻类对氨氮和无机磷质量浓度影响敏感,而在夏季,藻类生长只受无机磷质量浓度的影响最大;水温对藻类生长的敏感性较大,且在夏季呈负相关关系,夏季过高的水温会对藻类生长起到抑制作用;除夏季外补水量对藻类生长影响敏感,补水量在夏季对藻类生长影响较小的原因可能是由于水体进水中高质量浓度的营养物质;降雨造成的水量变化和其产生的面源污染对藻类生长的影响有限。另外,通过底泥释放和干沉降带来的营养物质对湖体叶绿素a质量浓度的影响较小,即常用的控制底泥内源污染措施不适用于该湖体,如曝气等;同时,从模型敏感性参数得出,大型植物对磷的吸收速率(0.3 3)、浮游动物对浮游植物捕获速率(0.6 3)对汉城湖水体叶绿素a质量浓度的影响也很大1 8,2 0-2 1,说明水体水质和浮游动物对水体的藻类生长的抑制作用明显。综上所述,选择净化补水水质、加大补水量、通过增加大型植物种植和提高浮游动物对藻类的捕获速率改善湖体水质。3.3 汉城湖水体水质改善管理方案以一 年 内 汉 城 湖 叶 绿 素a质 量 浓 度 超 过0.0 4 0 m g/L的天数少于3 5 d为湖体水质治理目标,由于藻类生长以夏秋季节最快,本次管理方案以夏秋季节为模拟时段。汉城湖有龙舟、皮划艇等娱乐设施,所以增加大型植物种植的措施不予考虑,并且考虑到实际情况和经济因素,补水水量在水力停留时间(HR T)在74 0 d之间变化,补水水质的净化率和浮游动物对浮游植物的捕获速率的提高率在05 0%之间;由于河水的水质和水量随季节变化,所以本次采用的数据是在B阶段各月水质和水量的基础上同等比例调整变化。另外,考虑到汉城湖形态为长条形,其水流以推流流动形式为主,因此未考虑其水量引起流态变化对湖体水质的影响。不同HR T下达到湖体水质目标控制方案如图6所示。(a)短水力停留时间(b)长水力停留时间图 6 不同HR T下湖体水质目标控制方案F i g.6 T a r g e t c o n t r o l s c h e m e s f o r l a k e w a t e r q u a l i t y u n d e r d i f f e r e n t H R T s图6中不同颜色区域的多边形代表满足汉城湖水质目标可采取的治理措施,横坐标和纵坐标分别是指在B阶段补水水质和浮游动物对藻类捕获速率下的水质净化率和捕获速率增加率。不同HR T对应不同的多边形,从图6多边形的面积可以看出,85 西安工程大学学报 第3 8卷随着HR T的延长,即补水量的降低,多边形的面积越来越小,表明补水水质营养物质质量浓度更低以及浮游动物对藻类的捕获速率更高,才能满足汉城湖水质目标。因此,在情况允许的条件下,应尽可能地提高补水量。与此同时,也应考虑对补水水源的水质进行净化,如在运输管渠中通过浮床、沉水植物,采用人工湿地等技术,从而进一步提高湖体水质。可通过控制鱼类数量等生物操作方法,恢复大型浮游动物的种类和高效牧藻能力等,提高湖体牧食藻类作用,增强湖体自净能力2 2。从多边形面积与HR T相对变化可以看出,在HR T为2 53 5 d时,多边形的面积变化最小,当水质净化率为0时,当HR T从2 5 d延长到3 5 d时,其捕获速率增加率只需 增 加3%(从4 7%提 高 到5 0%),说 明 在 此HR T范围,为满足叶绿素a质量浓度的治理目标,所需采取的水质净化率和捕获速率增加率较低。即当沣河水位较低时,对汉城湖的补给水量不充足时,可将其补水的HR T控制在3 5 d;也可以理解为HR T在此范围内外界环境对水体叶绿素a的影响不明显。而在此期间外,多边形的面积大小随HR T变化敏感,认识这点对湖体水质的改善和补水量的调节非常重要。这种组合治理措施,使得管理者可根据现场实际情况灵活处理,包括调节沣河补水水量,采取引水渠道的生态净化措施和通过湖体生物操纵的方法,保证湖体的水质。4 结 论1)城市内湖受外界环境影响因素较多,由汉城湖建立的水质模型,经参数率定后其拟合度均高于0.8,可较好地模拟湖体水质演变规律,说明城市内湖可以通过水质模型对水体水质进行分析。2)通过水质模型情景分析,城市内湖水质不但与外界的补水水量和水质有关,还受城市水体自身生态系统的修复能力的影响,如水生植物和浮游动物。3)城市内湖水质需要从多方位组合治理,包括净化补水水质、调节补水水量、生物操纵等。表明情景模拟分析可以用来分析污染源和提出保障策略,为城市内湖水体生态风险控制起到借鉴作用。参考文献(R e f e r e n c e s)1 武春芳,徐明德,李璐,等.太原市迎泽湖富营养化控制的模型研究J.中国环境科学,2 0 1 4,3 4(2):4 8 5-4 9 1.WU C F,XU M D,L I L,e t a l.M o d e l s t u d y o n e u t r o p h-i c a t i o n c o n t r o l i n Y i n g z e L a k e o f T a i y u a n c i t yJ.C h i-n a E n v i r o n m-e n t a l S c i e n c e,2 0 1 4,3 4(2):4 8 5-4 9 1.(i n C h i n e s e)2 孙斌,刘钊,谭志海.西安市公园景观用水C O D与吸光度分析J.西安工程大学学报,2 0 1 5,2 9(2):2 2 4-2 2 8.S UN B,L I U Z,T AN Z H.C O D a n d a b s o r b a n c e d a t a a-n a l y s i s o f X ia n P a r k l a n d s c a p e w a t e rJ.J o u r n a l o f X ia n P o l y t e c h n i c U n i v e r s i t y,2 0 1 5,2 9(2):2 2 4-2 2 8.(i n C h i n e s e)3 MAO J Q,CHE N Q W,CHE N Y C.T h r e e-d i m e n s i o n-a l e u t r o p h i c a t i o n m o d e l a n d a p p l i c a t i o n t o T a i h u L a k e,C h i n aJ.J o u r n a l o f E n v i r o n m e n t a l S c i e n c e s,2 0 0 8,2 0(3):2 7 8-2 8 4.4 谢兴勇,钱新,张玉超,等.引江济巢对巢湖的水环境影响分析J.环境科学研究,2 0 0 9,2 2(8):8 9 7-9 0 1.X I E X Y,Q I AN X,Z HANG Y C,e t a l.E f f e c t o n C h a o-h u L a k e w a t e r e n v i r o n m e n t o f w a t e r t r a n s f e r f r o m Y a n g t z e R i v e r t o C h a o h u L a k eJ.R e s e a r c h o f E n v i-r o n m e n t a l S c i e n c e s,2 0 0 9,2 2(8):8 9 7-9 0 1.(i n C h i n e s e)5 王理明,崔双虎,邵瑞华,等.延河底泥的重金属分布特征和生态风险评价J.西安工程大学学报,2 0 2 3,3 7(2):4 7-5 3.WAN G L M,C U I S H,S HAO R H,e t a l.D i s t r i b u t i o n c h a r a c t e r i s t i c s a n d i t s e c o l o g i c a l r i s k a s s e s s m e n t o f h e a v y m e t a l s i n r i v e r s e d i m e n t s f r o m Y a n h e R i v e rJ.J o u r n a l o f X ia n P o l y t e c h n i c U n i v e r s i t y,2 0 2 3,3 7(2):4 7-5 3.(i n C h i n e s e)6 李颖,曹文志,张玉珍,等.九龙江流域上游浅水湖泊富营养化机制J.中国环境科学,2 0 1 2,3 2(5):9 0 6-9 1 1.L I Y,C AO W Z,Z HAN G Y Z,e t a l.A S t u d y o n t h e m e c h a n i s m s o f e u t r o p h i c a t i o n o f a s h a l l o w u p s t r e a m l a k e i n t h e J i u l o n g R i v e r C a t c h m e n tJ.C h i n a E n v i-r o n m e n t a l S c i e n c e,2 0 1 2,3 2(5):9 0 6-9 1 1.(i n C h i n e s e)7 黄莉,何强,彭述娟.小型景观湖水质模拟及应用研究J.环境工程学报,2 0 1 1,5(1 1):2 4 5