1、天津大学本科生毕业论文开题报告课题名称 天津市某园区景观水体水质变化趋势研究学院名称 环境科学与工程学院 专业名称 环境工程学生姓名 赵加斌 指导教师 彭森一、课题的来源及意义本课题是“绿色校园可持续的水循环模式构建和重点污染源消减技术” 课题的部分研究内容，拟定以天津大学校园景观水体作为研究对象，开展景观水体水质变化趋势的研究。随着社会经济的发展和人们生活水平的不断提高，人造湖泊、人造景观湖和景观河道等景观水体作为一种可以调节气候、美化环境、陶冶情操的“元素” ，在越来越多的城市开始出现。然而，大多数景观水体都是静止或者流动性较差的缓流水体 1，自身的净化能力差，同时居民的生活污水、雨水和生
2、活垃圾不断排入其中，致使景观水体的富营养化和水体污染现象严重。景观水体的水质变化趋势研究主要通过水体水质的监测、污染物在水中迁移、扩散的规律与各个水环境内部因子之间相互关系的研究，确定引起水质变化的关键因素 2，并对景观水体水质变化趋势做出预测。同时，景观水体的水质变化趋势研究能为景观水体的水质评价、水环境容量的确定、富营养化与污染控制和水环境的管理规划 3提供科学的依据，实现景观水体水资源的综合利用和可持续发展。二、国内外发展状况自 1925 年 Streeter 和 Phelps 研究了水体中 BOD 与 DO 之间的变化关系，并提出 BOD 一 DO 水质模型 3以来，研究水体水质变化的
3、序幕就此揭开。特别在上个世纪六七十年代，水质变化趋势和预测的工作就有了很大的发展，一些研究者如：Vollenweider、 Dillon 等深入研究了景观水体的富营养化与水体中营养物质之间的关系 1。在七八十年代，美国在景观水体水质变化趋势及预测方面取得了巨大的研究成果，研发了许多用于水质变化与预测的模型，如WRMMS 模型以及动态水质模型 WASP。从八十年代以来，伴随着发达国家对水体面污染源的控制，水体的面源污染得到了很好的控制，大气中的污染物成为影响水质的重要污染要素。在这个时期，产生了 QUAL 系列模型和动态WASP 模型 4。同时伴随着计算机技术的不断发展和创新、数学理论的不断突破
4、和进步，多种新的技术方法被应用到水质模型中，如随机数学、模糊数学、人工神经网络与 3S 技术，并且由此建立了较为成熟的水质模型与预测体系。总的来说，水质模型沿着研究范围、变量、网格不断增加的方向发展，并且可以分为两个种类：一个是非机理性的水质模型，另一个是机理性的水质模型 3。同时借助计算机技术、最新的数学理论和 3S 技术，水质模型得到了不断创新与发展。在我国，景观水体的水质变化研究相对起步较晚。由于绝大部分的景观水体缺少数据资料，自然对景观水体内部各因子的变化过程与规律难以掌握。当然，这就更难实现建立景观水体水质模型和预测体系的目标。直到七五期间，国家环保总局才对我国境内的 20 多个代表
5、性的湖泊进行探讨和调查工作，获得了较多、较高水平的水体数据资料。在深入研究水体富营养化的变化趋势之后，提出了评价水体富营养化的 3 个方法，即营养度指数法、营养状态指数法和评分法 1。进入 21 世纪，国内一些研究学者在研究了水体水质变化规律之后，借助计算机强大的计算功能，利用最新的数学理论，提出了多种水质评价方法和水质模型：如李广源等研究了基于最小一乘法的多元线性回归预测模型 5，成功预测了 2010 年洞庭湖富营养化评价指标值；李祎泳等研究了投影寻踪回归（PPR ）的富营养状态的综合指数预测模型，并在优化后得到了适用于太湖的富营养化综合指数的 PPR 预测模型 6；陈毓龄等研究了浅水水体的
6、水动力生态水质模拟模型 7，模拟精度良好，最终对滇池 1988 年度的富营养化程度进行了判别；侯君等选用含三层网络结构的 BP 神经网络来模拟景观水体的富营养化状况，通过软件 MATLAB 编写了 BP 神经网络训练和测试程序，成功的预测了水体中叶绿素 a 的含量 8。这些研究和结论的出现，对国内景观水体水质变化研究起到了很好的指导作用。三、本课题的研究目标本课题以天津大学校园景观水体为研究对象，对其进行调研和水质监测，并借鉴国内外已有的研究成果，运用环境工程和数学模型的原理和方法，对景观水体水质变化规律和变化趋势进行分析与预测，并提出景观水体的水质保持方案 9。四、研究内容、研究方法、研究手
7、段1、研究内容本文的主要研究内容包括：（1）调研、查阅有关研究文献资料；（2）搜集、分析、整理研究区域景观水体的有关资料（气象、水文、水质、排水雨水系统规划建设等） ；（3）进行水质监测与水质评价；（4）应用 2-3 种数学方法建立景观水体水质模型；（5）利用水质模型，研究景观水体的水质模拟方法，预测水质变化趋势；（6）设计 1 套景观水体水质保持方案；（7）编写研究报告（毕业论文） ，其中要对研究内容、方法和技术路线进行说明，详细说明模型建立和模拟过程。用实际数据考核模型与程序并进行分析，有数据有图表；（8）用计算机绘制区内的水质变化趋势图。2、研究方法和手段本课题主要包括调研与水质监测、水
8、质评价、水质模型的建立和水质保持方案的设计四个部分。首先，搜集、分析和整理天津大学校园景观水体的气象、水文等情况，并对校园景观水体进行水质监测，水质监测内容包括水温、pH 、氨氮、总氮、总磷、COD、色度、浊度、DO 和叶绿素 a 等 10 项内容；其次，根据水质监测数据，对天津大学校园景观水体进行水质评价；然后，选取有代表性的某个校园景观湖泊，利用监测数据并结合相关文献资料建立水质模型,初步设想是建立两个模型，一个是基于机理性的 WASP 模型 4，另一种是非机理性的水质模型，如：回归模型，灰色预测模型 3和神经网络模型 10等；最后，设计一套景观水体水质保持方案。五、进度安排本课题工作分为
9、 7 个阶段，自 2012 年 12 月 20 日至 2013 年 6 月 17 日。各阶段进度如下：2012 年 12 月 20 日2013 年 1 月 20 日，接受任务书，查阅国内外文献资料，完成相关翻译；2013 年 1 月 21 日2013 年 3 月 15 日，开展景观水体水文环境的调研，完成开题报告；2013 年 3 月 16 日2013 年 4 月 16 日，景观水体水质监测和水质评价；2013 年 4 月 17 日2013 年 4 月 30 日，景观水体水质监测和水质模型的建立；2013 年 5 月 1 日2013 年 5 月 10 日，毕业实习、实习报告等；2013 年 5
10、 月 11 日2013 年 5 月 27 日，景观水体水质监测、水质模型考核以及进行水质保持方案设计；2013 年 5 月 28 日2013 年 6 月 17 日，分析整理数据，撰写毕业论文，答辩。六、实验方案的可行性分析通过国内外发展状况可知，景观水体水质变化趋势的研究已经非常深入，并且国内的研究也达到了一定的水平，有大量的论文资料和成功案例可以借鉴。同时本课题是“ 绿色校园可持续的水循环模式构建和重点污染源消减技术” 课题的部分研究内容，已有课题组对景观水体的水质变化趋势进行了深入的研究。并且在 2012 年 7 月份至 10 月份，已有项目组对天津大学校园景观水体进行水质监测，所以前期调
11、研及基础研究资料充足。本人经过这几年的学习，积累了一定的相关专业知识和实验技能，能够胜任本课题的研究工作。七、已具备的实验条件课题组具有分析本课题所需相关的规划设计和研究对象附近地区的水源、水质、气象、地形资料，各种实验测试条件和仪器等也很完备，具备完成本课题相应的实验条件。八、参考文献1刘颖. 城市典型景观水体水质变化及调控研究D. 天津大学环境科学与工程 学院, 2009.2Lawrence A B, The Water Environment of CitiesM. New York: Springer-VerlagNew York Inc., 2010: 125-130.3樊敏, 顾兆
12、林. 水质模型研究进展及发展趋势J. 上海环境科学, 2010, 29(6):266-271.4孙文章. 东昌湖水质模拟及水质评价研究D. 山东大学土建与水利学院, 20095李广源. 基于遗传算法的洞庭湖富营养化指标预测模型J. 水资源保护, 2004, (5): 23-25.6李祎泳, 汪嘉杨, 金相灿 , 储昭升. 基于进化算法的湖泊富营养化投影寻踪回归预测模型J. 四川大学学报, 2007, 39(2): 1-8.7陈毓龄, 张世森. 滇池水体富营养化水质预测模型的研究J.成都科技大学学报, 1991: 63-69.8侯君. 基于 BP 神经网络的湖泊水体富营养化的短期预测J. 实验室
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18、ng Deptartment, Tufts University, 2008: 3-4.19陈彦熹, 牛志广, 张宏伟等. 基于 AQUATOX 的景观水体水生态模拟及生态修复J, 天津大学学报,2012,45(1):29-35.20黄莉, 何强 , 彭述娟. 小型景观湖水质模拟及应用研究J. 环境工程学报, 2011, 5(11): 2453-245821田一梅, 刘扬, 王彬蔚 . 不确定水质模型在城市河流水质模拟中的应用 J. 土木建筑与环境工程, 2011, 33(3): 119-123.选题是否合适： 是 否课题能否实现： 能 不能指导教师（签字）年 月 日选题是否合适： 是 否课题能否实现： 能 不能审题小组组长（签字）年 月 日
