寒旱区典型气候和下垫面条件下湖泊面源污染及其效应研究

面源污染是寒旱区湖泊重要的污染源之一。本项目以乌梁素海流域为研究对象，从寒旱区典型气候条件和农牧业交错区典型的下垫面条件着手，运用野外监测和室内实验结合的方法，研究降雪、积雪、融雪过程水和富营养物质的耦合运移机制；通过分析沙尘携带物的理化性质，追踪富营养化物质的运移动态，研究浮尘、扬沙、沙尘暴过程泥沙和富营养物质的耦合运移机制；从富营养物质的存在形态入手，结合不同下垫面条件下水文过程的特殊性，进行富营养物质污染负荷的计算，建立典型农牧交错区域湖泊面源污染计算的综合模型，进而对降雪、积雪、融雪过程和浮尘、扬沙、沙尘暴过程中的特殊面源污染过程进行模拟，明确特殊面源污染在湖泊生态环境恶化过程中的贡献。本项目对于更新面源污染的传统定义，扩展面源污染的研究范围具有重要意义，可为寒旱区湖泊流域生态环境的治理提供理论依据，也可为环境部门做出新的决策提供数据支持

面源污染是寒旱区湖泊重要的污染源之一。本项目以乌梁素海流域为研究对象，从寒旱区典型气候条件和农牧业交错区典型的下垫面条件着手，运用野外监测和室内实验结合的方法，调查流域内点源污染分布和面源污染分布特征并计算其污染负荷量，其中农业是最大的污染源，是唯一超过总负荷1/3的污染源，城市污水是磷的重要污染源，而工业废水是氮和COD的重要污染源。同时对入湖污染负荷经行风险分析，结果表明：总磷浓度为0.4mg/l（Ⅴ类标准值的2倍）的达标率逐年减少，总氮浓度为6mg/L（Ⅴ类标准值的3倍）的达标率有增加趋势。BOD5和COD的2倍Ⅴ类标准值的逐年平均达标率分别为82.2％、77.1％、92.8％和5.0％、50.0％、57.0％。针对北方寒冷冰封期长的气候特点，研究冰封期污染物在冰中的迁移转化机理，并分析其TDS、TN和TP的含量变化规律，结果表明：冰-水界面和水-沉积物界面TDS的迁移通量与冰生长率之间呈较好的线性正相关关系。冰下水体中TN的浓度分别是其对应冰体中的2.06倍，冰下水体中TP的浓度分别是其对应冰体中的1.50倍。在非冰封期，通过分析水体、芦苇、沉积物三个介质中氮元素的含量以及迁移规律发现，水体中氮元素浓度降低，芦苇中氮元素含量则降低，而沉积物中氮元素含量则较高，反之亦然，表明湖水和沉积物中这些消失的N则可能被水生植物有效地吸附与同化。因此，水生植物的存在可以起到减轻水体和沉积物中的营养富集，从而有效缓解水体富营养化。针对北方多风多沙天气，采用湿法收集大气沉降污染物，选取Cu、Zn、Pb、Cd、Cr、Hg、As七种重金属元素为研究对象，估算各元素通量水平依次为：Zn＞Cd＞Pb＞Cu＞Cr＞As＞Hg。大气沉降各重金属元素贡献率如下：Hg 46.04％、Zn 44.82％、Pb 14.29％、Cu 12.07％、As 8.40％、Cd 3.97％。最后结合不同下垫面条件下水文过程的特殊性，运用模型模拟流域内水量平衡，为相关输水配水决策部门提供技术支撑。