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随着城市化的发展和人类活动的加剧,污染物过量排放,水体富营养化加剧,水生态系统受到严重的冲击,水环境问题成为全球性难题。解决水环境污染问题最根本的办法就是限制点源和面源污染的输入。因此,有必要对污染物进行源解析,即定性和定量评估点源和面源污染的贡献,为水体污染治理提供基础数据并明确治理重点。目前常用的源解析方法存在测试成本高、数据需求量大等问题,且大多数方法不能定量评估污染源,这给污染物的源解析造成了一定的困难。本研究选取丹江口水库及其入库河流为研究对象,分析研究区域水质指标、水化学离子及溶解性有机物(DOM)的时空变化规律以明确水质基本情况,并以硝酸盐氮氧双稳定同位素技术的源解析结果为标准,探究如何运用水化学特征分析方法和DOM三维荧光光谱特征分析方法监测水质变化并定性和定量评估点源和面源污染,从而为水环境管理提供参考依据。本研究的主要结论如下:
(1)本研究区域水体呈弱碱性。上游流域中总氮(TN)和硝氮(NO3--N)在枯水期浓度最高,总磷(TP)和氨氮(NH3-N)在丰水期浓度最高,Mg2+、Na+、SO42-和Cl-在丰水期浓度最低,K+在平水期浓度最高,Si在丰水期浓度最高,HCO3-和Ca2+季节变化不大。库区各个水质指标及主要离子浓度较低且季节变化不大。
(2)本研究区域的DOM含六种组分。C1为来自于污水的类蛋白质类物质。C2和C3分别为来自陆源的UVC和UVA类腐殖酸类物质。C4和C6分别为来源于微生物降解的类色氨酸类物质和类酪氨酸类物质。C5为藻类代谢产生的类色氨酸类物质。DR流域全年DOM总含量最高,SWR流域最低,大部分流域在丰水期DOM含量最低。
(3)本研究建立了特征离子/TN的定量分析方法。选取Cl-/TN、SO42-/TN和Na+/TN作为点源污染溯源指标,K+/TN、Ca2+/TN和Si/TN作为面源污染溯源指标,并通过Cl-/TN、Na+/TN和Si/TN计算出TN面源贡献率,根据TN浓度和河流流量计算出TN负荷,得出入库河流在枯水期、平水期和丰水期TN面源贡献率平均值分别为79%、83%和93%,TN负荷平均值分别为1419.2ta?1、696.6ta?1和2007.8ta?1。
(4)本研究发现类腐殖酸类物质越多,面源污染贡献越大,而类蛋白质类物质越多,点源污染贡献越大。荧光指数(FI)越大,点源污染贡献越大,面源污染贡献越小。特定的紫外吸光度值(SUVA254)越大,点源污染贡献越大。还发现FI、腐殖化指数(HIX)和斜率比(SR)与硝酸盐的氮稳定同位素(δ15N)和氧稳定同位素(δ18O)存在定量关系。因此,可以通过测定DOM三维荧光光谱特征定性和定量分析污染源。
(5)本研究建立了DOM三维荧光光谱特征与水质指标和面源污染物浓度之间的定量关系,实现了利用DOM三维荧光光谱特征定量评估污染源贡献率和负荷的目的。
(1)本研究区域水体呈弱碱性。上游流域中总氮(TN)和硝氮(NO3--N)在枯水期浓度最高,总磷(TP)和氨氮(NH3-N)在丰水期浓度最高,Mg2+、Na+、SO42-和Cl-在丰水期浓度最低,K+在平水期浓度最高,Si在丰水期浓度最高,HCO3-和Ca2+季节变化不大。库区各个水质指标及主要离子浓度较低且季节变化不大。
(2)本研究区域的DOM含六种组分。C1为来自于污水的类蛋白质类物质。C2和C3分别为来自陆源的UVC和UVA类腐殖酸类物质。C4和C6分别为来源于微生物降解的类色氨酸类物质和类酪氨酸类物质。C5为藻类代谢产生的类色氨酸类物质。DR流域全年DOM总含量最高,SWR流域最低,大部分流域在丰水期DOM含量最低。
(3)本研究建立了特征离子/TN的定量分析方法。选取Cl-/TN、SO42-/TN和Na+/TN作为点源污染溯源指标,K+/TN、Ca2+/TN和Si/TN作为面源污染溯源指标,并通过Cl-/TN、Na+/TN和Si/TN计算出TN面源贡献率,根据TN浓度和河流流量计算出TN负荷,得出入库河流在枯水期、平水期和丰水期TN面源贡献率平均值分别为79%、83%和93%,TN负荷平均值分别为1419.2ta?1、696.6ta?1和2007.8ta?1。
(4)本研究发现类腐殖酸类物质越多,面源污染贡献越大,而类蛋白质类物质越多,点源污染贡献越大。荧光指数(FI)越大,点源污染贡献越大,面源污染贡献越小。特定的紫外吸光度值(SUVA254)越大,点源污染贡献越大。还发现FI、腐殖化指数(HIX)和斜率比(SR)与硝酸盐的氮稳定同位素(δ15N)和氧稳定同位素(δ18O)存在定量关系。因此,可以通过测定DOM三维荧光光谱特征定性和定量分析污染源。
(5)本研究建立了DOM三维荧光光谱特征与水质指标和面源污染物浓度之间的定量关系,实现了利用DOM三维荧光光谱特征定量评估污染源贡献率和负荷的目的。