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《烏梁素海營養(yǎng)元素及其存在形態(tài)的數(shù)值模擬分析》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在學(xué)術(shù)論文-天天文庫。
1、內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)博士學(xué)位論文烏梁素海營養(yǎng)元素及其存在形態(tài)的數(shù)值模擬分析姓名：史小紅申請(qǐng)學(xué)位級(jí)別：博士專業(yè)：農(nóng)業(yè)水土工程指導(dǎo)教師：李暢游20070401摘要湖泊富營養(yǎng)化是全球普遍關(guān)注的環(huán)境問題之一，在富營養(yǎng)化湖泊的恢復(fù)與治理研究中，氮、磷污染是研究的焦點(diǎn)，因此，關(guān)于富營養(yǎng)化研究最多的就是營養(yǎng)元素一氮、磷的內(nèi)容。對(duì)于一般事物進(jìn)行其特性研究時(shí)，都要從。量”與“質(zhì)”兩方面進(jìn)行，營養(yǎng)元素一氮、磷的研究也不例外。目前國內(nèi)外關(guān)于氮、磷的研究主要集中在數(shù)量上，表現(xiàn)在：富營養(yǎng)模型的建立、營養(yǎng)物質(zhì)的遷移、循環(huán)、沉積與釋放等，并取得了大量的研究成果。然而這些研究基
2、本是摸清營養(yǎng)元素?cái)?shù)量后就是關(guān)于營養(yǎng)元素研究的結(jié)束，都忽略了營養(yǎng)元素存在形態(tài)的研究。有單方面進(jìn)行營養(yǎng)元素存在形態(tài)的研究也都集中在以大量實(shí)驗(yàn)分析為基礎(chǔ)，進(jìn)行湖底沉積物中氮、磷形態(tài)的分析。本文以烏梁素海為研究對(duì)象，在掌握湖泊水質(zhì)中氮、磷數(shù)量信息的基礎(chǔ)上，利用地球化學(xué)的理論、知識(shí)，進(jìn)一步對(duì)水中營養(yǎng)元素—氮、磷的存在形態(tài)進(jìn)行了模擬分析。首先對(duì)烏梁素海的污染機(jī)理及污染現(xiàn)狀進(jìn)行了研究分析。將實(shí)測(cè)的湖泊水質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)與空間數(shù)據(jù)結(jié)合，采用基于因子分析的主成分方法將烏梁素海的水質(zhì)參數(shù)概括為7個(gè)主成分，進(jìn)一步分析討論各主成分的科學(xué)內(nèi)涵以及結(jié)合地區(qū)特征的湖泊污染機(jī)理
3、，得到了在干旱半干旱地區(qū)典型的草型淺水湖泊其污染機(jī)理不同于濕潤半濕潤地區(qū)湖泊的特殊原因。在進(jìn)行營養(yǎng)營養(yǎng)元素?cái)?shù)量研究而建立湖泊富營養(yǎng)模型時(shí)，首先對(duì)營養(yǎng)元素在湖泊的空間分布進(jìn)行定量研究，分別采用反距離加權(quán)插值法、克里金插值法和最小曲率法進(jìn)行湖泊總氮、總磷濃度的空間估值與變異性分析，通過計(jì)算結(jié)果對(duì)比及實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的驗(yàn)證，選擇克里金方法是最適合烏梁素海水體中營養(yǎng)元素的空間分布的計(jì)算方法。并通過2005年對(duì)于烏梁素海各項(xiàng)指標(biāo)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)、整理、內(nèi)插，分析了湖泊的污染現(xiàn)狀。其次，在了解了烏梁素海污染機(jī)理及污染現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，關(guān)于營養(yǎng)元素?cái)?shù)量研究進(jìn)行了模型的
4、建立與應(yīng)用。以湖泊水平二維水動(dòng)力學(xué)模型為基礎(chǔ)，考慮干旱區(qū)特殊的水文氣象因素，將蒸發(fā)、風(fēng)力考慮進(jìn)模型中，建立適合干旱區(qū)湖泊水動(dòng)力學(xué)的模型。在水動(dòng)力學(xué)模型的基礎(chǔ)上選擇水平二維、動(dòng)態(tài)、確定型模型對(duì)于旱區(qū)非均勻混合型湖泊水質(zhì)營養(yǎng)元素總氮、總磷濃度進(jìn)行模擬。并針對(duì)干旱區(qū)湖泊所在地域的特點(diǎn)，率定了模型中的參數(shù)。利用湖泊水質(zhì)中總氮、總磷濃度的實(shí)測(cè)值進(jìn)行了模型的應(yīng)用與驗(yàn)證。進(jìn)行流場(chǎng)模擬時(shí)，在數(shù)值計(jì)算過程中將蒸發(fā)強(qiáng)度系數(shù)和風(fēng)速采用逐日數(shù)據(jù)分別輸入模型進(jìn)行計(jì)算，避免了因忽略實(shí)際過程中蒸發(fā)與風(fēng)的隨機(jī)性而引起的誤差，提高了模擬結(jié)果的精確度，能夠更準(zhǔn)確地描述該地區(qū)中
5、湖泊的水動(dòng)力過程。結(jié)果顯示蒸發(fā)和風(fēng)因素對(duì)湖泊水深影響可忽略，但對(duì)湖泊流場(chǎng)影響較大，強(qiáng)烈的蒸發(fā)使水流流速增大，風(fēng)對(duì)流速的影響取決于風(fēng)速大小和方向兩個(gè)因素，因此在干旱半干旱地區(qū)進(jìn)行湖泊水環(huán)·國家自然科學(xué)摹金項(xiàng)目(50569002)．國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(50669004)聯(lián)合資助境研究時(shí)應(yīng)考慮蒸發(fā)和風(fēng)因素對(duì)湖泊流場(chǎng)的影響，從而影響到不同污染物濃度分布變化。在模擬湖泊水質(zhì)中總氮、總磷的濃度場(chǎng)時(shí)，考慮湖泊水質(zhì)隨季節(jié)變化大而進(jìn)行參數(shù)率定以提高其準(zhǔn)確度，經(jīng)過模型的計(jì)算得出了總氮、總磷的濃度場(chǎng)，根據(jù)總氮、總磷的初始濃度場(chǎng)與模擬濃度場(chǎng)比較與分析，得出引起總
6、氮、總磷濃度變化的主要原因。通過對(duì)烏梁素海建模區(qū)的應(yīng)用與檢驗(yàn)證明了所建模型的正確合理性與精確度。模型對(duì)于定量描述地處干旱半干旱地區(qū)的烏梁素海湖泊水動(dòng)力學(xué)及營養(yǎng)元素濃度場(chǎng)的變化是非常適用的，這樣對(duì)合理制定湖泊富營養(yǎng)化治理措施提供科學(xué)依據(jù)具有重要意義。最后對(duì)富營養(yǎng)元素存在形態(tài)進(jìn)行了進(jìn)一步的模擬研究。在摸清烏梁素海湖泊中營養(yǎng)元素一氮、磷的數(shù)量特征的基礎(chǔ)上，研究嘗試用地球化學(xué)中的理論、觀點(diǎn)、知識(shí)去研究湖泊水體中富營養(yǎng)元素—氮、磷的存在形態(tài)。氮元素中的無機(jī)氮和磷元素中的正磷酸磷中不同形態(tài)的相互轉(zhuǎn)化實(shí)質(zhì)是電子和氫離子得失的過程，并伴隨著熱量的轉(zhuǎn)化，研究
7、選擇利用地球化學(xué)軟件—PI弧,EEQC，進(jìn)行了湖泊水環(huán)境在不同pH值、溫度、pe值條件下對(duì)無機(jī)氮中應(yīng)存在的形態(tài)氮和可溶性正磷酸鹽中應(yīng)存在的形態(tài)磷進(jìn)行了模擬，實(shí)現(xiàn)了湖泊物理、化學(xué)指標(biāo)在不同狀態(tài)下與富營養(yǎng)元素的存在數(shù)量與形態(tài)的耦合模擬，并用大量的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析驗(yàn)證，結(jié)果說明PHREEQC可用于湖泊營養(yǎng)元素各種形態(tài)的模擬。同時(shí)也是PHREEQC在湖泊水環(huán)境中對(duì)物質(zhì)存在形態(tài)應(yīng)用研究的初步嘗試，筆者認(rèn)為將地球化學(xué)學(xué)科知識(shí)應(yīng)用到湖泊水環(huán)境的研究是非常必要的，并且具有廣闊的研究前景。之后結(jié)合湖泊中營養(yǎng)元素的“量”與“質(zhì)”的特征，給出了烏梁素海富營養(yǎng)化治
8、理的建議。以烏梁素海水體中營養(yǎng)元素一氦、磷為主要研究指標(biāo)，摸清其數(shù)量及存在形態(tài)，不僅對(duì)于控制烏梁素海水污染和富營養(yǎng)化有重要作用，也是對(duì)干旱半干旱地區(qū)湖泊水環(huán)境治理的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)的積
