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洞庭湖是我国第二大淡水湖泊,具有重要生态价值,是工业、农业、生活的重要水源,也是工业、农业、生活污水的重要受纳场所。受洞庭湖生态经济区建设、农业生产活动的影响,洞庭湖氮磷污染问题日益严峻。因此,调查洞庭湖污染源、污染输出负荷,分析湖区氮磷污染特征,建立科学的氮磷污染防控技术体系,对保障洞庭湖水环境安全具有重要作用。 研究调查并分析了洞庭湖氮磷污染源,污染空间分布状态,确定了优先控制区域;通过对不同时期入湖水系、湖体水样、底泥沉积物样品的采集与测定,分析了洞庭湖水体和沉积物氮磷污染特征,空间分布状态,确定了主要控制因子;运用3种方法评价了洞庭湖水环境质量;最后,从技术优选的角度,建立了湖区氮磷污染防控技术体系,包括点源污染、农业面源污染、水质净化与生态修复、湖泊管理与长效维护,科学提出洞庭湖氮磷污染防控对策。研究得到的主要结论如下: (1)估算了洞庭湖污染排放负荷,洞庭湖各污染源总氮、总磷和氨氮年排放量分别为156606.82t、9342.38t和42956.72t,以畜禽养殖和农业生产的氮磷排放量高;在区域分布上,以桃源县、安化县、平江县、岳阳县和汨罗市排放高,占比分别为8.29%、7.13%、6.90%、5.40%,5.30%。 (2)分析了不同时期洞庭湖入湖水系和水体氮磷污染物时空分布,入湖水系以湘江氮磷污染含量最高;洞庭湖水体总氮的浓度变化范围为0.36~3.05mg·L-1,氨氮浓度变化范围为0.07~0.87 mg·L-1,,硝酸盐氮浓度变化范围为0.09~2.11mg·L-1,总磷浓度变化范围为0.01~0.28 mg·L-1,总氮超出地表水Ⅲ类标准的1.41倍,总磷超出地表水Ⅲ类标准的1.19倍,最大值点处总氮、总磷均超过地表水Ⅴ类标准。总氮总磷在空间上分布趋势较一致,表现为东洞庭湖高、西洞庭湖次之、南洞庭湖低;由TN/TP比值知,洞庭湖水体处于磷限制性营养状态。 (3)洞庭湖沉积物总氮含量在117.00~3706.00mg/kg间变化,总磷含量在389.67mg/kg~1156.80mg/kg间变化,OM含量(质量分数)在1.56%~5.89%间变化,沉积物有机指数和有机氮评价结果表明,洞庭湖属于尚清洁状态,对于总磷评价结果表明,全湖10%的点位属于轻污染,40%的点位属于中度污染,50%点点位属于重度污染。 (4)用3种方法评价了洞庭湖水环境质量,单因子评价结果表明总氮、总磷含量均超过地表水Ⅲ类水质标准,东洞庭湖氮磷污染物含量高于西洞庭湖和南洞庭湖;水质综合评价和模糊评价结果表明,重污染点位主要集中在东洞庭湖和入湖流域附近。 (5)从技术优选的角度,建立了洞庭湖水环境污染防控技术体系,包括点源污染、农业面源污染、水质净化与生态修复、湖泊管理与长效维护4个方面,运用层次分析法建立污染控制技术评价指标体系,运用层次-灰色关联分析法评估了污染控制技术,结合文献调研、专家咨询,建立洞庭湖水环境污染防控技术集成体系,为洞庭湖污染防治示范工程提供基础支撑和参考。