基于系统动力学的星云湖水体富营养化归因

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水体富营养化是世界面临的重要环境问题和研究热点之一。星云湖为云南省九大高原湖泊之一,对玉溪市农业、工业、旅游业等行业的发展发挥着重要作用。但自上世纪八十年代以来,星云湖水质质量急剧下降,水体富营养化问题突出。本文基于星云湖流域的水质观测、统计及调研资料,通过综合营养状态指数法评价星云湖的营养状态,探讨了水体富营养化的演变趋势和特征;基于系统动力学方法构建了“星云湖富营养化”的系统动力学模型,分析造成星云湖富营养化的主要驱动因素及其贡献,并在此基础上提出了对策建议。(1)星云湖的营养状态相关指标存在向富营养化方向发展的趋势,总磷浓度增加最为显著,是星云湖富营养化过程中的重要指示指标;星云湖综合营养状态指数呈上升趋势,仅在1996-1998年、2013-2017年出现短期降低。在2002年和2008年之后,综合营养状态指数都进入阶段性高速增加状态。各项营养状态指数的变化趋势大致与综合营养状态指数相同,在整体上表现为增长的状态。其中,总磷在1994-2008年的变化趋势与营养状态指数具有较强的一致性,2008年以后,叶绿素a的变化趋势与营养状态指数的一致性更为明显。(2)以湖泊富营养化的形成过程为基础,以Vensim DSS 6.4e为平台,构建了“星云湖富营养化”系统动力学模型,以及TN(总氮)、TP(总磷)、CODMn(高锰酸盐指数)、SD(透明度)和Chl.a(叶绿素a)五个子系统模型。该模型系统描绘“星云湖富营养化”因果回路和系统流,经1994-2011年数据检验,模拟结果的相对误差小于10%,能够比较准确地反映星云湖富营养化的实际情况。(3)工业污水排放量、城镇生活污水排放量、畜禽养殖污染排放量和污水处理厂去除量、在1997年突变,导致星云湖的综合营养状态指数在1997年大幅增加。星云湖在2000年后成为富营养化湖泊,与农村生活污水排放量和旅游业污水排放量在2000年后增加趋势显著有关。农村生活垃圾污染排放量和农业固废污染排放量的变化趋势在2002年发生突变,使得星云湖营养状态在2002年后出现较长时间的波动。(4)在营养状态相关指标和星云湖富营养化系统中,面源污染的贡献度高于点源污染的贡献度,是星云湖星云湖富营养化的主要原因。就驱动因素的贡献度的变化而言,在“星云湖富营养化”系统中,面源污染的贡献度有所增加。从子系统中驱动因素的贡献度的变化来看,TP、SD和Chl.a子系统中,驱动因素的贡献度明显增强,使得星云湖富营养化加重。
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