文献综述报告DOC

1、地球科学与工程学院硕士研究生学术文献综述报告1研究背景及意义水库是一项重大的水利枢纽工程，自古至今，他承载着防洪发电，灌溉养殖， 蓄水航运，供工农业用水、生活用水，观光游览，调节生态平衡等多个任务，在 国家的江河综合治理和水资源合理开发利用以及可持续发展方面有着十分重要 的地位。一些水库是天然湖泊，一些水库是在山沟或河流的狭口处建造拦河坝形 成的人工湖泊，尤其在水系发达的南方地区,许多水库是拦河建坝发电的杰作， 举世闻名的三峡工程是有力的代表。水坝拦截河流使得原先自然河流流域的水环境发生改变，建库前河水的水质 和建库后的水质以及水库蓄水初期与正常运行时期的水质都会有一些差异，这些 变化规律是水库环境评价、规划、治理和管理的基础，是保证水库合理开发建设 的重要依据，所以对水库水质进行研究分析是水利工程的一项重要任务.由于水坝的拦截作用，水流速度变的缓慢，水面变得广阔，水体的沉淀作用 加强、交换速度变缓，稀释、温和能力较差，同时受风浪、地理条件和蓄水更新 期等其他因素的影响，使得水库地表水基于河水在水库内长期滞留的结果而出现 一系列水质现象，一些水质问题主要表现在以下几个方面： 土壤盐碱化

2、和沼泽化水库蓄水后，库区地下水水位上升，把深层土壤内的盐分带到地表，再加上 灌溉水中的盐分和化学残留物，导致土壤盐碱化.当地下水水位上升到耕作层时， 造成了土壤湿度过量，以至大多数包气带破坏，结果大片土地沼泽化.水体污染及富营养化水库蓄水后，盐碱化使土壤中的盐分及化学残留物增加，使地下水受到污染， 下游河水的含盐量增大。水面增大，蒸发加快，水体流速减慢，悬浮物沉降，浑 浊度降低，透明度提高，加之氮、磷等营养物质大量进入水体使水生植物及藻类 过度生长，造成水体溶氧量下降，发生水生物死亡、水质恶化的富营养化问题. 水库泥沙淤积严重，库区面积有不断减少的趋势拦河筑坝后抬高了水位，形成了在建筑物前近似水平、而在上游末端与天然 河流原水面线相切的水面曲线。水流进入库区后，由于水深沿流程增加，水面坡 度和流速沿流程减小，因而水流挟沙能力沿流程降低，出现泥沙在水库回水末端 至拦河建筑物之间的库区堆积，使水库的有效库容减少.库水水温分层水库内水流迟缓，库水更新期较长，水体受太阳辐射和对流混合以及热量传 输作用，使水库具有特殊水温结构。这个水温结构也作为密度结构，使水库的入 流、出流产生异重流现象，支配

3、河水在水库内的滞留状况。由于河水本身的水质 与滞留状况的关系，会产生各种各样的水质现象。水生生态环境遭到破坏水库蓄水后，由于水域面积扩大，水的蒸发量上升，会改变库区的气候环境， 河流原有生态平衡会遭到破坏。对于水生物会改变其生长环境，有时严重会使其 消失灭亡，库区淹没的自然土壤、植被、水域、矿藏等组成的自然生态环境系统 的协调程度和稳定性遭到破坏。1.2国内外研究现状1。2。1水化学相关方面水质标志着水体的物理（如色度、浊度、臭味等）、化学（无机物和有机物 的含量）和生物（细菌、微生物、浮游生物、底栖生物）的特性及其组成的状况， 水体的这些性质都是和水体中的成分分不开的，都是经过长时间的演化发展而来 的。在拦截河流的水库兴建中地面出现具有巨大水体的人工湖，它的水文水力学 特征和河道径流完全不同，在水库周边及库盆下相当大的范围内激发起强烈的水 岩作用。拦截河流建造的水库其地表水的水质成分形成是河水在径流过程、在蓄 水过程中和蓄水之后对于水库周边淹没区岩土的浸析作用、水库淹没地带的植被 腐蚀及与地下水的相互交换下共同作用完成的。因此，水化学成分记录和反应了 水体的形成条件及成因，研究和分析

4、水化学成分特征及相互关系，对分析研究水 体形成和动态，以及水环境特征具有重要的意义.地表水水化学成分的相关分析，反映水的来源、运移规律、补排关系及其与 周围环境的相互作用特征，是进行区域水资源综合开发利用和保护的前提和基础. 国外对此研究比较成熟，美国、日本、瑞典、英国等国学者对水化学特征的研究 比较多。Stumm和Morgan ch等出版的水化学沃然水体化学平衡导论，较系 统的提供了定量处理天然水环境中各种化学过程的方法；Gibbs2对亚马逊河的 水化学进行了研究分析，依托水质监测工作成果；J.P。Carbonnel对湄公河水 质的变化及化学运移进行了研究；A.H.Webb对挪威南部的某河流进行弱酸性 研究；A。Mishra 5对恒河水质进行了分析；Jill Weintraub6对麋河地表水化学和 地质学之间的关系进行了分析研究；Rothwell7：对整个英格兰西北部的河流水化 学的空间和季节性进行了评估；NeiK.Leite8：等对马德拉河的水化学和泥沙量在 年内和年际的变化进行研究；Chevychelov, A.P9对某河流及其支流的的地表水 化学进行研究分析。我国对于水化学的研

5、究始于新中国成立以后，兴于80年代后，朱颜明10： 等对长白山天池的水化学特征及成因进行了研究，发现天池湖水按化学成分属低 矿化度的重碳酸钠型；张群英11等研究了中国东南沿海地区河流中的主要化学 成分及其入海通量；乔光建12通过对朱庄水库水体中氨氮、亚硝酸盐氮、硝酸 盐氮和高锰酸盐指数变化规律分析，说明影响水库水质的主要因素及水质变化特 点，为水库水质站网规划中监测点的布设和水库水质的代表性问题提供参考依 据；张立成13：等研究恶劣湘江水系河水的一些主要水化学指标特征及其环境化 学效应，计算了河水的化学稳定性指数和化学侵蚀速率；雷世兵14:对某水电站坝 址区环境水化学特征及对工程的影响进行分析，判定地表水和地下水对混凝土 （结构）等具腐蚀性；李思悦15等对南水北调中线水源地丹江口水库水化学特 征研究分析，根据水化学特征的季节性及时间变化表明，主要离子的浓度在枯季 比在雨季大；韩志伟16以夏季乌江渡水库为例对大坝拦截对河流水溶解组分化 学组成的影响分析;吴起鑫17以三峡水库坝前水体为研究对象对其水化学及溶解 无机碳时空分布特征进行探讨;周凯慧18等以黄前水库为对象，通过对库区水质 项指标

6、的连续监测，分析评价了水库水质时空变异规律，揭示了水库主要污染物 及其产生原因；郭德伟19：等在对黄河万家寨水库及其上游黄河干流重要站点 19722005年实测水质资料调查、分析基础上，对万家寨水库及其上游水质历 史变化规律进行统计、分析，并采用数值模拟方法进行了预测研究。1.2.2水质多变量统计方面水环境系统是一个复杂的系统，在水环境系统的分析过程中,需要对多个变 量进行分析，由于变量个数众多又带有动态性，并且彼此之间存在着一定的相关 性，使得对有用水质监测数据信息的提取变得十分复杂。多元统计分析法的优势 正是对多维复杂数据集合进行科学分析。通过多元统计法对水环境系统的分析， 可以清楚的把握系统的本质特征；对高维水质监测数据集合进行最佳综合，迅速 将隐没在其中的重要信息集中提取出来；同时可以充分发掘水质监测数据中的丰 富内涵，清晰地展示系统结构，准确地认识水环境系统中元素的内在联系，以及 直观地描绘水环境系统的运动历程。对于分析方法国内外许多学者已经进行研究。在国外，1996年， M.M.JORDAN20 等曾用聚类分析方法对土壤中沉积元素的类型的分类进行了研 究，给出了分类的处理结

7、果。Dunnette2i：曾用聚类分析法对多个样本水质污染相 似性进行研究.1998年，J.W.Einax 22等将地统计分析法与多元统计分析法相结 合用于土壤污染评价，并比较了两种方法的优劣。2000年，K。Voudouris 23等 将多元统计分析方法用于土壤含水层系统中水质化学元素的研究。2001年， Irene.M.Farnham24 运用多元统计分析方法中的主成分分析法和聚类分析法及微 量化学元素分析法对地表水环境系统进行研究，并结合地理信息系统技术对研究 结果进行可视化.Sylvesters运用多元回归法在水环境质量评价领域进行研究.目前，国内的专家学者已在水环境质量分析研究领域方面作了大量的工 作.1991年，黄国和26应用多元统计分析法探索大气污染、发展与环境中诸因子 存在状态的定量关系，实现了对研究区域大气污染状况的定量化预测;许榕27借 助多元统计分析方法中的聚类分析法，对大气环境监测优化布点进行了研究。改 进了当时大气环境监测布点方法对单一污染物较合适，对于多元化污染物不够科 学的现状,如实反映了研究区域的大气污染状况。1995年,应竹青28 应用多元统计 分析中

8、的主成分分析对城市环境质量进行综合评价。杨永泰等29应用因子分析 对广东省城市生态环境的区域差异和主要类型进行分析。在水环境质量分析方面, 胡香芳30 应用主成分分析法，通过三江交汇处的三个断面从1984年到1998年的 监测资料对交汇处的水质做了分析；孙国红等31佣系统聚类分析将2000-2002年 黄河6个监测断面的90个水质样本进行分析评价；袁健、树锦32在传统算法的 基础上用改进多元回归法与神经网络对黄河干流龙门至潼关监测断面的水质进 行了预测；曾淦宁、吴国权、徐晓群33根据杭州湾调查资料，应用统计学软件 SPSS，对浮游植物、浮游动物以及水质调查结果分别进行聚类分析;周丰、郭怀 成34 提出了一种基于多元统计分析和RBFNNS的水质评价方法，其可适用于大尺 度、多断面、长时间的水质评价工作，旨在补充以往相关研究工作。运用多元统计分析方法进行系统分析方需要大量的实测数据支撑，对水质监 测数据样本容量较小情形不适用.随着在线监测技术的普及，这一问题能很好的 得到解决，且正成为多元统计分析在水环境系统分析中应用的优势。多变量统计 的内容很多，但从实际应用角度看，主要包括回归分析、判

9、别分析、因子分析、 主成分分析、聚类分析、生存分析等六个大的分支。1。2。3水库水质演变预测模型方面河流、水库水质状况的变化过程不但受降水、径流、温度等自然条件的影响， 而且人类活动等诸多因素影响，因而水环境系统的演变过程是一个具有趋势性、 季节性、阶段性甚至突变性等复杂非线性特征的动态过程.水质变化趋势预测是 维护和管理当前水质状况的重要依据,通过预测可以了解当地水域环境质量演变 趋势，从而及时发现水质恶化的原因并制定相应的治理措施。水质模型是研究水 环境、水质分析与预测的主要手段。各种水质模型及其系统的建立，为水环境的 定性与定量分析、预测及模拟提供了有力的工具。对于水质预测模型的研究已经 有很多类型。在国外，水质数学模型的研究和发展经历了四个阶段。19251960年为水质 模型发展的基础阶段。这一阶段,Streeter和Phelps 35共同研究提出了第一个一维 水质模型，仅考虑了生物化学需氧量COD和溶解氧DO含量的DO-BOD水质模 型。19601965年，在Streeter和Phelps模型的基础上有了新的发展，引进了空 间变量，物理系数和动力学系数等.温度作为状态变量也引入到一维水库模型中 36。水库模型同时考虑了空气和水表面的热交换。水力学方程、平流扩散方程 作为水质迁移过程的基本描述方程被用于水质模型。19701975年，水质数学模 型已经发展到相互作用的线性体系37。生态水质模型的研究处于初级阶段，有 限元法、有限差分法被应用于水质模型的计算。20世纪90年代以来，水库、湖 泊定量化的模型取得长足发展，伴随着对水质富营养化形成机理认识的加深，以 及计算机技术的发展，使得水库、湖泊富营养化的研究向着模型化发展对于水体的水质预测，我国的水环境水质预测方法均属于基于数学模型的预 测方法，这些预测模型的预测误差较大.影响水体水质的因素有很多，现有的基于 数学表达式的水质预测数学模型很难将所有因素都考虑进去，同时，各影响因素 以及水文条件都具有很大的随机性与不确定性，导致传统的数学模型不能发挥自 身的预测优势

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