發(fā)布時(shí)間：2020-07-05 07:09

【摘要】：隨著區(qū)域經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的發(fā)展,全球范圍內(nèi)與水相關(guān)的問題變得十分突出,水資源匿乏、水體污染嚴(yán)重、水災(zāi)害加劇等一系列嚴(yán)峻的問題已越來(lái)越突出,水環(huán)境作為居民生活和生產(chǎn)最基本的物質(zhì)保障,一旦出現(xiàn)問題,則牽涉面廣、影響大、負(fù)面效應(yīng)持續(xù)時(shí)間長(zhǎng),同時(shí)對(duì)區(qū)域水生態(tài)系統(tǒng)安全帶來(lái)嚴(yán)重威脅,成為區(qū)域社會(huì)經(jīng)濟(jì)健康發(fā)展、環(huán)境系統(tǒng)良性循環(huán)的巨大障礙。近年來(lái),流域水環(huán)境和水生態(tài)系統(tǒng)安全問題日益受到學(xué)界的關(guān)注,國(guó)內(nèi)外在水環(huán)境變化和水生態(tài)系統(tǒng)安全理論和實(shí)踐方面已經(jīng)取得了眾多進(jìn)展,大量研究表明,水生態(tài)系統(tǒng)遭受著嚴(yán)重破壞主要源于水環(huán)境的變化,它們影響了生物圈維持生命的能力。本文的研究突破了以往單純的水環(huán)境變化或水生態(tài)系統(tǒng)安全評(píng)價(jià)研究,選取了研究區(qū)水環(huán)境代表性因子,篩選出能充分說明水生態(tài)系統(tǒng)特征的指標(biāo),改進(jìn)傳統(tǒng)的研究方法,建立數(shù)學(xué)模型,在時(shí)間和空間尺度上深入分析水環(huán)境變化對(duì)水生態(tài)系統(tǒng)安全的影響。本文研究成果可以為改善區(qū)域水環(huán)境和保護(hù)區(qū)域水生態(tài)系統(tǒng)提供技術(shù)支撐和理論依據(jù)。同時(shí),可以為松花江流域的水資源可持續(xù)開發(fā)利用、水環(huán)境治理、水生態(tài)系統(tǒng)的保護(hù)提供科學(xué)依據(jù)和實(shí)踐參考。本文選取松花江流域哈爾濱段(起點(diǎn)三家子至終點(diǎn)大亮子)為研究區(qū),選取研究區(qū)范圍內(nèi)的松花江流域哈爾濱水文站(老頭灣站)2005-2014年的逐日流量監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù),采用線性傾向估計(jì)模型、累計(jì)距平法、Mann-Kendall非參數(shù)檢驗(yàn)等方法,分析流域年內(nèi)、年際水量變化特征;選取工農(nóng)業(yè)、生活污水中較常出現(xiàn)的溶解氧、高錳酸鹽指數(shù)、化學(xué)需氧量、五日生化需氧量、氨氮及糞大腸菌群六項(xiàng)指標(biāo),應(yīng)用線性傾向估計(jì)模型、Spearman秩次相關(guān)檢驗(yàn)分析法、Mann-Kendall非參數(shù)檢驗(yàn)法探究松花江流域哈爾濱段兩個(gè)水功能區(qū)域內(nèi)近十年來(lái)水質(zhì)變化規(guī)律;采用主成分分析法及因子分析法對(duì)研究區(qū)各水質(zhì)指標(biāo)含量監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析,以確定研究區(qū)水環(huán)境特征污染物;應(yīng)用河流數(shù)學(xué)模型對(duì)二水源及水泥廠所代表的松花江流域哈爾濱市景觀娛樂用水區(qū)及哈爾濱市東江橋排污控制區(qū)兩個(gè)二級(jí)水功能區(qū)的特征污染物水域納污能力進(jìn)行計(jì)算分析;以2005-2014年市區(qū)人口數(shù)量、人均收入、GDP、第一產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值、第二產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值、第三產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值等社會(huì)經(jīng)濟(jì)因子作為驅(qū)動(dòng)力,采用相關(guān)分析法,對(duì)研究區(qū)水環(huán)境各因子的變化做驅(qū)動(dòng)力分析;應(yīng)用時(shí)間序列分析法,對(duì)研究區(qū)未來(lái)5年(2015-2019年)的水環(huán)境因子變化做趨勢(shì)預(yù)測(cè)分析;選取松花江流域哈爾濱水文站2005-2014年的水位指標(biāo)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù),進(jìn)行時(shí)間維度的水文變化趨勢(shì)分析;針對(duì)研究區(qū)地域的差異性,篩選出能夠充分反映研究區(qū)水文、水質(zhì)、生物、流域地貌特征、人類干擾五項(xiàng)指標(biāo);依據(jù)改進(jìn)的AHP法,計(jì)算水文、水質(zhì)、生物、生境、人類活動(dòng)各個(gè)指標(biāo)的權(quán)重;結(jié)合研究區(qū)的現(xiàn)狀,采用模糊數(shù)學(xué)法對(duì)研究區(qū)2005-2014年的水生態(tài)系統(tǒng)的安全狀態(tài)進(jìn)行評(píng)價(jià);選取水深、流速、溶解氧、高錳酸鹽指數(shù)、化學(xué)需氧量、五日生化需氧量、氨氮、糞大腸菌群等指標(biāo)作為水環(huán)境因子,選取具有水生態(tài)系統(tǒng)變化指示作用的浮游植物和浮游動(dòng)物的物種群落結(jié)構(gòu)指標(biāo)作為水生態(tài)因子,應(yīng)用Spearman秩相關(guān)系數(shù)尋找水環(huán)境變化與水生態(tài)變化的相關(guān)性,定性定量分析水量、水質(zhì)、納污能力對(duì)水生態(tài)系統(tǒng)的影響;采用一元回歸分析法分析特征污染物與浮游植物及浮游動(dòng)物群落結(jié)構(gòu)的關(guān)系,探析其對(duì)生態(tài)系統(tǒng)安全的影響;依據(jù)研究區(qū)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù),對(duì)水生態(tài)系統(tǒng)采用層次模糊綜合評(píng)價(jià)法進(jìn)行綜合狀態(tài)預(yù)警。本文基于對(duì)研究區(qū)水環(huán)境變化特征規(guī)律和研究區(qū)水生態(tài)系統(tǒng)安全特征的研究,深入剖析了研究區(qū)水環(huán)境變化對(duì)水生態(tài)系統(tǒng)安全的影響,針對(duì)研究區(qū)水環(huán)境和水生態(tài)系統(tǒng)的現(xiàn)狀,提出了研究區(qū)水環(huán)境治理和水生態(tài)系統(tǒng)保護(hù)的具體措施。通過上述研究,得出以下結(jié)論:(1)研究區(qū)水量分析結(jié)果表明:2005-2014年研究區(qū)流域不均勻系數(shù)、完全調(diào)節(jié)系數(shù)和集中度3個(gè)指標(biāo)之間具有較大的相關(guān)關(guān)系,研究區(qū)近十年來(lái)各季季均流量在整體上都呈增加趨勢(shì),變幅最大的是秋季,其次是夏季,研究區(qū)河流來(lái)水量主要為夏秋季節(jié)流量增加的貢獻(xiàn),2005-2008年屬于枯水期;2009-2011年屬于平水期;2012-2014年屬于豐水期;2005-2014年研究區(qū)年均水量整體上呈增加趨勢(shì),預(yù)測(cè)在2015-2019年水量將呈下降趨勢(shì)。(2)研究區(qū)水質(zhì)分析結(jié)果表明:2005-2014年近十年間,二水源監(jiān)測(cè)站化學(xué)需氧量呈顯著下降趨勢(shì);氨氮含量呈極顯著下降趨勢(shì),水泥廠斷面處化學(xué)需氧量及氨氮指標(biāo)在整體上呈極顯著下降趨勢(shì)。預(yù)測(cè)水質(zhì)將在2015-2019年內(nèi),二水源及水泥廠兩監(jiān)測(cè)斷面處,溶解氧含量在整體上均呈增加趨勢(shì),且增加較為明顯。其余各指標(biāo)含量在兩監(jiān)測(cè)斷面處從整體來(lái)看,均呈下降趨勢(shì),其中高錳酸鹽指數(shù)、糞大腸菌群含量下降較為明顯。(3)研究區(qū)特征污染物分析結(jié)果表明:二水源及水泥廠兩個(gè)監(jiān)測(cè)斷面處的水質(zhì)特征污染物均為五日生化需氧量及糞大腸菌群,與五日生需氧量顯著相關(guān)的污染指標(biāo)為高錳酸鹽指數(shù)、化學(xué)需氧量,與糞大腸菌群顯著相關(guān)的污染指標(biāo)為氨氮、溶解氧。(4)研究區(qū)納污能力和驅(qū)動(dòng)力分析結(jié)果表明:研究區(qū)在保持自身正常水質(zhì)目標(biāo)時(shí),二水源監(jiān)測(cè)斷面處溶解氧與市區(qū)人口有顯著的相關(guān)性,兩監(jiān)測(cè)斷面處化學(xué)需氧量濃度和氨氮濃度均與人均收入、GDP、第一產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值、第二產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值及第三產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值具有顯著相關(guān)性,其中與第二產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值的相關(guān)性最顯著。(5)研究區(qū)水生態(tài)系統(tǒng)的水位因子和水生物因子在2005-2014年的變化特征分析結(jié)果表明:近十年來(lái)研究區(qū)年水位變化較為平緩,水生物種類、水生物量、水生物豐度的最低值均發(fā)生于2012年,最大值均發(fā)生于2013年。(6)選取水文、水質(zhì)、生物、生境、人類活動(dòng)五項(xiàng)指標(biāo)建立研究區(qū)水生態(tài)系統(tǒng)安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系,根據(jù)改進(jìn)的AHP法計(jì)算各個(gè)指標(biāo)的權(quán)重。結(jié)果表明:水文情勢(shì)對(duì)研究區(qū)水生態(tài)系統(tǒng)安全性影響極端重要,人類干擾作用對(duì)研究區(qū)水生態(tài)系統(tǒng)安全性影響非常重要。水質(zhì)、生物以及河流特征項(xiàng)指標(biāo)對(duì)研究區(qū)水生態(tài)系統(tǒng)安全性影響一般重要。(7)2005-2014年水文的安全值呈減小趨勢(shì),水質(zhì)指標(biāo)和生物指標(biāo)出現(xiàn)先減小后增大的趨勢(shì),生鏡指標(biāo)具有一定的穩(wěn)定性,指標(biāo)安全值較高;人類活動(dòng)的影響逐年加劇,尤其是2011-2014年,安全評(píng)級(jí)已經(jīng)處在了一個(gè)較危險(xiǎn)的狀態(tài)。(8)水量對(duì)水生態(tài)系統(tǒng)安全影響分析結(jié)果表明:對(duì)于浮游植物,春、夏二季影響群落結(jié)構(gòu)的主要水量因子是水深,而秋季影響群落結(jié)構(gòu)的主要水量因子是流速;對(duì)于浮游動(dòng)物,水深主要在春夏兩季,而流速在夏、秋兩季對(duì)群落結(jié)構(gòu)均有所影響。(9)水質(zhì)對(duì)水生態(tài)系統(tǒng)安全影響分析結(jié)果表明:對(duì)于浮游植物,春、夏、秋三季中影響群落結(jié)構(gòu)的主要水質(zhì)因子是化學(xué)需氧量及糞大腸菌群;對(duì)于浮游動(dòng)物,春、夏、秋三季中影響群落結(jié)構(gòu)的主要水質(zhì)因子是溶解氧、氨氮及汞離子。(10)特征污染物對(duì)水生態(tài)系統(tǒng)安全影響結(jié)果表明:松花江流域哈爾濱段水質(zhì)特征污染物五日生化需氧量及糞大腸菌群均對(duì)浮游植物與浮游動(dòng)物群落結(jié)構(gòu)指標(biāo)有顯著影響,回歸分析結(jié)果與spearman相關(guān)分析結(jié)果一致。(11)納污能力對(duì)水生態(tài)系統(tǒng)安全影響結(jié)果表明,春、夏、秋三季中影響浮游植物群落結(jié)構(gòu)指標(biāo)的是化學(xué)需氧量納污能力值,春、夏、秋三季中影響浮游動(dòng)物群落結(jié)構(gòu)指標(biāo)的是氨氮及汞離子納污能力值。(12)水生態(tài)系統(tǒng)安全預(yù)警結(jié)果表明:2005-2014年間,研究區(qū)水生態(tài)系統(tǒng)總體安全評(píng)價(jià)值介于0.49～0.65之間,研究區(qū)水生態(tài)安全等級(jí)處于一般與較好之間,研究區(qū)的預(yù)警狀態(tài)介于輕警與較安全狀態(tài)之間。2015-2019年間,研究區(qū)水生態(tài)系統(tǒng)預(yù)警判別安全評(píng)價(jià)值介于0.54～0.58之間,研究區(qū)水生態(tài)安全等級(jí)處于一般與較好之間,研究區(qū)的預(yù)警狀態(tài)介于輕警與較安全狀態(tài)之間。近年來(lái),松花江流域預(yù)警狀態(tài)下降態(tài)勢(shì)得到控制,但是研究區(qū)的水環(huán)境未恢復(fù)至安全狀態(tài),需要長(zhǎng)期地進(jìn)行水生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)和保護(hù)工作。(13)基于研究區(qū)水環(huán)境變化和水生態(tài)系統(tǒng)安全的現(xiàn)狀分析及未來(lái)趨勢(shì)預(yù)測(cè)結(jié)果,主要從污染源控制、流域清淤、曝氣復(fù)氧、生態(tài)浮床凈化作用、推進(jìn)污染防治、強(qiáng)化環(huán)境監(jiān)管等方面提出水環(huán)境改善的對(duì)策;從完善濱水綠化、河岸生態(tài)處理、恢復(fù)水生植被、建設(shè)水體生態(tài)修復(fù)方案、健全生態(tài)保護(hù)補(bǔ)償機(jī)制方面提出水生態(tài)保護(hù)措施。
【學(xué)位授予單位】：東北農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：X143
【圖文】：

圖２－１流域生態(tài)學(xué)的基本框架逡逑Ｆｉｇ．邋２－１邋Ｆｕｎｄａｍｅｎｔａｌ邋ｆｒａｍｅｗｏｒｋ邋ｏｆ邋ｗａｔｅｒｓｈｅｄ邋ｅｃｏｌｏｇｙ逡逑現(xiàn)代生態(tài)學(xué)以生態(tài)系統(tǒng)為基本研究單元，然而，更多研究卻僅關(guān)于陸地生態(tài)系統(tǒng)或水生逡逑態(tài)系統(tǒng)。水生態(tài)系統(tǒng)較為脆弱，易受岸邊環(huán)境影響，此外，水在陸地生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)扮演著重要逡逑角色，如果不進(jìn)行水的研究，則陸地生態(tài)系統(tǒng)的研究也將難以進(jìn)行［１６６］，因此，將水、陸兩類逡逑生態(tài)系統(tǒng)結(jié)合起來(lái)，進(jìn)行流域生態(tài)學(xué)研究無(wú)論在理論上還是實(shí)踐上都尤為重要。逡逑流域生態(tài)學(xué)理論對(duì)本文研究的指導(dǎo)意義如下：逡逑（１）針對(duì)流域生態(tài)學(xué)研宄熱點(diǎn)及當(dāng)今生態(tài)學(xué)的發(fā)展趨勢(shì)和主要研宄目標(biāo)，可提出流域生逡逑態(tài)學(xué)近期主要研究?jī)?nèi)容之一：生物多樣性研究。對(duì)水環(huán)境變化對(duì)水生物變化的趨勢(shì)作定量分逡逑析，把松花江哈爾濱段小流域分行為和其生態(tài)效應(yīng)作為切入點(diǎn)，推進(jìn)流域水文學(xué)，景觀生態(tài)逡逑學(xué)，自然地理學(xué)，流域生態(tài)學(xué)，水土保持學(xué)等相關(guān)學(xué)科的發(fā)展。逡逑（２）在將流域作為復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行研宄的基礎(chǔ)上，研究流域內(nèi)的水環(huán)境變化和水生態(tài)逡逑系統(tǒng)安全狀況，從而能夠更好的指導(dǎo)流域開發(fā)與治理，最終促進(jìn)流域內(nèi)協(xié)調(diào)可持續(xù)發(fā)展。逡逑２．２．１．３景觀生態(tài)學(xué)理論逡逑國(guó)際景觀生態(tài)學(xué)會(huì)對(duì)景觀生態(tài)學(xué)的定義是：對(duì)不同尺度上景觀空間變化的研究，包含景逡逑觀異質(zhì)性的生物、地理和社會(huì)的原因和系列，其特點(diǎn)是空間研究，屬宏觀尺度的空間研究范逡逑

流經(jīng)哈爾濱市區(qū)江段長(zhǎng)約７０ｋｍ，松花江干流由西南向東北穿越哈爾濱市，右岸為道里區(qū)、逡逑道外區(qū)，左岸為松北區(qū)、呼蘭區(qū)，上下游分別與雙城區(qū)和巴彥縣相連，左右岸與肇東市、阿逡逑城區(qū)和賓縣相鄰。哈爾濱市域河流均屬松花江水系見圖３－１，哈爾濱市區(qū)多年平均地表水資逡逑源量為６．２５億ｍ３，地下水資源量為５．９７億ｍ３，扣除地表水、地下水重復(fù)量１．３９億ｍ３，水逡逑資源總量為１０．８３億ｍ３。逡逑本文中的研[偳鄧苫ń閃鞴醵�，研究范围自汽R閎易又林盞憒罅磷櫻跡常玻義先ぃ保玻梗耄�，流经涤[鍇�、祫阝区、呼烙涾、阿硢跳。牙C城饔蠣婊常梗埃擔(dān)玻叮耄恚玻妓苫ㄥ義轄閃髯艸さ模保常保�。江道乞滪看夶x矗擔(dān)耄�，两涤懏紲Z慕雷苊婊擔(dān)擔(dān)常玻玻耄恚�。牙C城段у義夏謨心稀⒈繃槳�，其中牧�(xí)隊(duì)邪⑹埠�、马家箥u印⒑渭夜檔刃≈Я髯⑷�，呼兰河栽r卑蹲⑷脲義纖苫ńＤ媳繃槳兌粵偎刂葡呶紓鄢囟�、阿硢跳壹s氨魷毓芟矯婊�，属哈尔滨辶x銑鞘邢角芟椒段У慕爛婊矗玻常罰玻耄恚玻脊跏邢角苊婊模叮埃�。根臼n逗諏″義系乇硭δ芮曜肌罰ǎ模攏玻常裕罰矗埃玻埃埃常┗直曜

本文編號(hào)：2742272