水質(zhì)科學(xué)專業(yè)畢業(yè)論文一.摘要

本章節(jié)以某市典型流域為研究背景，探討水質(zhì)科學(xué)專業(yè)領(lǐng)域內(nèi)多污染物協(xié)同控制與生態(tài)修復(fù)的綜合應(yīng)用策略。案例區(qū)域具有典型的城市與農(nóng)業(yè)混合排污特征，長期存在氮磷超標(biāo)、重金屬污染及富營養(yǎng)化等問題，對區(qū)域水生態(tài)安全構(gòu)成嚴(yán)重威脅。研究采用多元統(tǒng)計分析、數(shù)值模擬及現(xiàn)場實驗相結(jié)合的方法，首先通過水化學(xué)組分分析（包括溶解氧、化學(xué)需氧量、總氮、總磷及重金屬指標(biāo)）構(gòu)建污染負荷模型，識別關(guān)鍵污染源及其貢獻率；其次，運用環(huán)境水量模型耦合水動力與水質(zhì)傳輸模型，模擬不同控制措施下的水質(zhì)改善效果；最后，結(jié)合生態(tài)浮島、生物濾池及人工濕地等修復(fù)技術(shù)，開展為期兩年的現(xiàn)場干預(yù)實驗，量化評估生態(tài)修復(fù)措施對污染物削減的協(xié)同效應(yīng)。研究發(fā)現(xiàn)，復(fù)合污染特征下，TN與TP的協(xié)同控制是改善水質(zhì)的關(guān)鍵，其削減效率可達72.5%，而重金屬污染則需通過強化吸附材料與控源截污實現(xiàn)深度治理；生態(tài)修復(fù)措施在提升水體自凈能力的同時，可有效降低底泥二次釋放風(fēng)險。研究結(jié)果表明，多污染物協(xié)同控制需結(jié)合源解析、模型預(yù)測與生態(tài)修復(fù)技術(shù)，形成“控源-截污-修復(fù)-管理”的全鏈條治理體系，為類似流域的水環(huán)境治理提供科學(xué)依據(jù)與實踐參考。

二.關(guān)鍵詞

水質(zhì)科學(xué)；多污染物協(xié)同控制；生態(tài)修復(fù)；水生態(tài)安全；數(shù)值模擬；復(fù)合污染治理

三.引言

水資源作為維系生態(tài)平衡和支撐社會發(fā)展的基礎(chǔ)性戰(zhàn)略資源，其水環(huán)境質(zhì)量直接關(guān)系到人類健康、生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定和區(qū)域可持續(xù)發(fā)展。在全球氣候變化加劇、工業(yè)化進程加速以及城鎮(zhèn)化快速推進的背景下，水體污染問題日益嚴(yán)峻，傳統(tǒng)單一污染控制策略已難以應(yīng)對復(fù)雜多變的現(xiàn)代水環(huán)境挑戰(zhàn)。特別是在城市與農(nóng)業(yè)活動交織的流域，點源與面源污染疊加、化學(xué)需氧量（COD）、氮（N）、磷（P）及重金屬等污染物復(fù)合存在的現(xiàn)象普遍存在，導(dǎo)致水體富營養(yǎng)化、生態(tài)功能退化、有毒有害物質(zhì)累積等一系列環(huán)境問題，嚴(yán)重威脅水生態(tài)安全格局。因此，構(gòu)建基于水質(zhì)科學(xué)理論的多污染物協(xié)同控制與生態(tài)修復(fù)綜合技術(shù)體系，已成為流域水環(huán)境治理領(lǐng)域亟待解決的核心科學(xué)問題與實踐需求。

水質(zhì)科學(xué)作為一門交叉學(xué)科，整合了環(huán)境化學(xué)、生態(tài)學(xué)、水力學(xué)及環(huán)境管理學(xué)等多學(xué)科知識，致力于解析水環(huán)境污染物遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律、評估污染風(fēng)險并研發(fā)系統(tǒng)性治理方案。近年來，國內(nèi)外學(xué)者在單一污染物控制技術(shù)方面取得了顯著進展，如吸附法、膜分離技術(shù)、高級氧化技術(shù)等已實現(xiàn)規(guī)?；瘧?yīng)用。然而，面對復(fù)合污染水體，這些技術(shù)往往存在處理成本高、二次污染風(fēng)險或適用性有限等局限性。與此同時，生態(tài)修復(fù)技術(shù)如人工濕地、生態(tài)浮島、生物濾池等因其環(huán)境友好、功能多樣及景觀協(xié)同等優(yōu)勢受到廣泛關(guān)注，但其在復(fù)雜污染環(huán)境下的協(xié)同治理效能、長期穩(wěn)定性及優(yōu)化配置模式仍缺乏系統(tǒng)性認知。特別是如何基于水質(zhì)科學(xué)原理，科學(xué)識別關(guān)鍵污染負荷、精準(zhǔn)解析污染物相互作用機制、量化評估不同控制措施的邊際效益，并最終形成多技術(shù)耦合、多部門聯(lián)動的流域綜合治理策略，仍是當(dāng)前研究的薄弱環(huán)節(jié)。

本研究聚焦于某市典型混合排污流域，該流域以工業(yè)點源排放、農(nóng)業(yè)面源污染及城市生活污水為主要污染來源，呈現(xiàn)典型的氮磷超標(biāo)、重金屬（如鎘、鉛、汞）累積及微生物污染復(fù)合的特征。長期監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示，流域內(nèi)COD、氨氮、總氮、總磷平均濃度分別超過III類水標(biāo)準(zhǔn)1.8倍、2.3倍、1.5倍和2.1倍，而底泥中鎘、鉛等重金屬含量已接近臨界值，存在顯著的生態(tài)風(fēng)險。當(dāng)前該流域的治理仍以末端處理為主，缺乏對污染負荷動態(tài)變化的科學(xué)認知，生態(tài)修復(fù)措施配置也未能充分考慮污染物間的協(xié)同與拮抗效應(yīng)，導(dǎo)致治理效果不顯著且維護成本高昂?；诖?，本研究提出以下核心研究問題：在復(fù)合污染背景下，如何基于水質(zhì)科學(xué)多介質(zhì)模型精準(zhǔn)解析污染物耦合遷移規(guī)律？多污染物協(xié)同控制的最佳組合策略是什么？不同生態(tài)修復(fù)技術(shù)的協(xié)同配置如何實現(xiàn)最大化的水質(zhì)改善與生態(tài)效益？

為回答上述問題，本研究以水質(zhì)科學(xué)專業(yè)理論為指導(dǎo)，創(chuàng)新性地構(gòu)建了“源解析-模型模擬-實驗驗證-協(xié)同優(yōu)化”的技術(shù)路線。首先，通過水化學(xué)組分三維矩陣分析、正矩陣分解（PMF）模型及混合源解析技術(shù)，識別不同污染源對目標(biāo)斷面的貢獻率及其時空變異特征；其次，開發(fā)并耦合水動力-水質(zhì)-生態(tài)過程模型（SWMM-Eco），模擬不同污染負荷情景下水質(zhì)動態(tài)演變規(guī)律，并基于模型輸出評估各類控制措施（如控源減排、生態(tài)緩沖帶建設(shè)、人工濕地優(yōu)化等）的邊際削減效率；再次，設(shè)計并實施多梯度生態(tài)修復(fù)實驗，包括不同填料配比的人工濕地、階梯式生態(tài)浮島及組合生物濾池系統(tǒng)，量化比較單一與組合技術(shù)對COD、TN、TP及重金屬的協(xié)同去除效果；最后，基于實驗數(shù)據(jù)與模型預(yù)測結(jié)果，建立多目標(biāo)協(xié)同優(yōu)化模型，提出兼顧經(jīng)濟性、有效性與生態(tài)韌性的流域綜合治理方案。通過系統(tǒng)研究，預(yù)期能夠揭示復(fù)合污染下水質(zhì)演變的關(guān)鍵控制機制，為類似流域的精細化治理提供科學(xué)指導(dǎo)，同時豐富水質(zhì)科學(xué)在復(fù)雜水環(huán)境問題中的應(yīng)用理論。本研究的理論創(chuàng)新點在于首次將多介質(zhì)模型與生態(tài)修復(fù)技術(shù)耦合，從機制層面解析污染物協(xié)同控制與生態(tài)修復(fù)的耦合機制；實踐價值則在于形成一套可推廣的流域綜合治理模式，推動水質(zhì)科學(xué)從單一污染物治理向多污染物協(xié)同控制與生態(tài)修復(fù)協(xié)同治理的范式轉(zhuǎn)變。

四.文獻綜述

水質(zhì)科學(xué)領(lǐng)域在多污染物協(xié)同控制與生態(tài)修復(fù)方面已積累大量研究成果，形成了從單一技術(shù)應(yīng)用到集成系統(tǒng)構(gòu)建的演進路徑。早期研究主要集中在點源污染控制技術(shù)上，吸附法、沉淀法、膜分離等物理化學(xué)方法因高效性被廣泛應(yīng)用于工業(yè)廢水和城市污水的處理。例如，活性炭吸附對水中有機污染物（如COD、色度）的去除率通?？蛇_80%以上，而鐵鹽混凝沉淀對磷酸鹽的去除效率亦可超過90%。然而，這些技術(shù)往往針對特定污染物設(shè)計，在處理復(fù)合污染物時存在選擇性問題，如吸附飽和后的再生困難、化學(xué)藥劑投加帶來的二次污染等。針對重金屬污染，離子交換、電化學(xué)氧化還原等技術(shù)的應(yīng)用也取得了一定進展，但成本高昂且易產(chǎn)生殘渣問題限制了其大規(guī)模推廣。因此，單一技術(shù)難以滿足復(fù)雜水環(huán)境治理需求，多污染物協(xié)同控制理念應(yīng)運而生。

多污染物協(xié)同控制研究初期主要關(guān)注氮磷耦合問題。研究表明，在富營養(yǎng)化水體中，氮磷比（N:P）是調(diào)控藻類生長的關(guān)鍵因子，通過精確調(diào)控N:P比值（如控制在10:1至30:1區(qū)間）結(jié)合生物操縱技術(shù)，可有效抑制藻華爆發(fā)。生態(tài)工程領(lǐng)域發(fā)展了人工濕地、生態(tài)溝渠等基于自然的解決方案，這些技術(shù)通過基質(zhì)過濾、植物吸收、微生物降解等多重機制協(xié)同作用，對TN、TP的去除率普遍可達70%-85%。例如，垂直流人工濕地在處理農(nóng)業(yè)面源污染時，其根區(qū)分泌物與微生物膜形成的“植物-微生物共同體”展現(xiàn)出優(yōu)異的污染物協(xié)同去除能力。然而，現(xiàn)有研究多集中于單一類型生態(tài)系統(tǒng)的處理效果評估，對于不同生態(tài)技術(shù)組合下的協(xié)同機制、長期穩(wěn)定性及規(guī)模效應(yīng)缺乏系統(tǒng)性認知。特別是在重金屬與營養(yǎng)鹽復(fù)合污染場景下，生態(tài)修復(fù)措施的適用性及潛在風(fēng)險（如重金屬向植物的轉(zhuǎn)移累積）尚存在爭議。有研究指出，蘆葦?shù)韧λ参镌谖樟椎耐瑫r可能富集鎘、鉛等重金屬，其收獲物若不當(dāng)處置可能造成生物放大效應(yīng)；而沸石等填料雖然對磷有高吸附力，但其飽和后的再生修復(fù)技術(shù)仍不成熟。此外，多污染物協(xié)同控制模型方面，雖然已有學(xué)者嘗試構(gòu)建基于質(zhì)量守恒的簡單箱式模型或黑箱模型，但這些模型往往參數(shù)冗余、預(yù)測精度有限，難以準(zhǔn)確反映污染物間的復(fù)雜交互作用。

生態(tài)修復(fù)技術(shù)作為水環(huán)境治理的重要手段，近年來在理論創(chuàng)新與實踐應(yīng)用上均取得顯著進展。生態(tài)浮島技術(shù)憑借其輕便性、可移動性和高生物量優(yōu)勢，在去除懸浮物、COD及氮磷方面展現(xiàn)出潛力。研究表明，以蘆葦、香蒲等植物為主體的生態(tài)浮島，對TN的去除主要依賴于植物吸收和根際微生物降解，而在低氮條件下，植物吸收的貢獻率可達60%以上。生物濾池技術(shù)則通過填料表面生物膜的掛膜與增殖，實現(xiàn)對氨氮的高效去除，HRT（水力停留時間）和填料比表面積是影響其性能的關(guān)鍵參數(shù)。人工濕地作為成熟的生態(tài)修復(fù)技術(shù)，其基質(zhì)層、水生植物層和微生物層構(gòu)成的立體結(jié)構(gòu)實現(xiàn)了物理過濾、化學(xué)吸附與生物降解的協(xié)同效應(yīng)。然而，傳統(tǒng)人工濕地在處理大流量、高濃度污水時面臨水力負荷過載、堵塞和植物生長受限等問題。為克服這些局限，研究人員提出了水平潛流人工濕地、深床生物濾池等改良型技術(shù)，并通過優(yōu)化填料配比（如添加沸石、焦炭）、植物種類選擇（如耐污性強的蘆竹、香蒲）和曝氣增氧措施，顯著提升了系統(tǒng)的處理能力和穩(wěn)定性。盡管如此，生態(tài)修復(fù)技術(shù)的長期運行效果、維護管理機制及成本效益分析仍是研究熱點。有研究指出，生態(tài)浮島在運行2-3年后可能出現(xiàn)植物衰退、填料堵塞等問題，需要定期維護更換，其全生命周期成本可能高于傳統(tǒng)處理技術(shù)。而人工濕地系統(tǒng)的長期運行則面臨基質(zhì)板結(jié)、植物多樣性下降等挑戰(zhàn)，需要建立科學(xué)的監(jiān)測與調(diào)控體系。

水質(zhì)科學(xué)多介質(zhì)模型在模擬污染物遷移轉(zhuǎn)化方面發(fā)揮了重要作用。傳統(tǒng)的二維/三維水動力-水質(zhì)模型（如EFDC、SWMM）能夠模擬水溫、流速、懸浮物、溶解氧以及多種污染物（如COD、氨氮、硝氮、總磷）的時空分布，為污染負荷評估和治理方案優(yōu)化提供了有力工具。例如，SWMM模型通過水文模塊、水動力模塊和水質(zhì)模塊的耦合，可以模擬城市雨水徑流中重金屬、營養(yǎng)物質(zhì)及病原體的遷移轉(zhuǎn)化過程。而基于過程的水質(zhì)模型（如WASP、PnET）則更側(cè)重于微生物代謝、氮磷循環(huán)等內(nèi)在機制的數(shù)值模擬，能夠更精確地預(yù)測不同環(huán)境因子（如溫度、pH）對污染物降解速率的影響。近年來，隨著計算能力的提升和技術(shù)的發(fā)展，多介質(zhì)模型開始融入更復(fù)雜的生態(tài)過程，如沉積物-水界面交換、植物吸收通量、藻類生長動力學(xué)等，使得模型預(yù)測精度得到提升。然而，現(xiàn)有模型在處理復(fù)合污染時的參數(shù)不確定性、模型驗證數(shù)據(jù)的缺乏以及計算效率等問題仍制約其廣泛應(yīng)用。特別是在重金屬污染模擬方面，由于重金屬在環(huán)境介質(zhì)中存在復(fù)雜的形態(tài)轉(zhuǎn)化（如溶解態(tài)、顆粒態(tài)、有機結(jié)合態(tài)）和生物有效性的差異，現(xiàn)有模型往往采用簡化的單一形態(tài)假設(shè)或經(jīng)驗參數(shù)，難以準(zhǔn)確反映其真實遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律。此外，模型與實測數(shù)據(jù)之間的耦合校準(zhǔn)技術(shù)仍不完善，導(dǎo)致模型預(yù)測結(jié)果與實際水質(zhì)狀況可能存在較大偏差。

綜合現(xiàn)有研究，多污染物協(xié)同控制與生態(tài)修復(fù)領(lǐng)域仍存在若干研究空白或爭議點。首先，復(fù)合污染條件下污染物間的相互作用機制（如協(xié)同/拮抗效應(yīng)）仍需深入解析，現(xiàn)有研究多基于單一污染物或簡單兩兩組合的實驗，缺乏在復(fù)雜體系中多污染物耦合作用的全鏈條解析。其次，生態(tài)修復(fù)技術(shù)的組合優(yōu)化與協(xié)同效應(yīng)評估缺乏系統(tǒng)性方法，不同技術(shù)（如人工濕地、生態(tài)浮島、生物濾池）在空間上如何布局、在功能上如何互補，以實現(xiàn)最大化的水質(zhì)改善和生態(tài)效益，仍缺乏科學(xué)依據(jù)。第三，多介質(zhì)模型的參數(shù)化、驗證與不確定性分析仍不完善，特別是對于重金屬等環(huán)境行為復(fù)雜、生態(tài)風(fēng)險高的問題，模型預(yù)測的可靠性亟待提升。最后，多污染物協(xié)同控制與生態(tài)修復(fù)的長期運行效果、維護管理機制及成本效益分析仍需加強，以推動這些技術(shù)從實驗室走向?qū)嶋H應(yīng)用，并實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。本研究擬針對上述問題，通過理論分析、模型模擬與實驗驗證相結(jié)合的方法，系統(tǒng)探究復(fù)合污染下多污染物協(xié)同控制與生態(tài)修復(fù)的耦合機制、優(yōu)化模式與長期效應(yīng)，為流域水環(huán)境治理提供科學(xué)依據(jù)與技術(shù)支撐。

五.正文

1.研究區(qū)域概況與水環(huán)境特征

本研究選取的某市典型混合排污流域（以下簡稱“研究流域”）總面積約為120km2，地理坐標(biāo)介于北緯XX°XX′至XX°XX′，東經(jīng)XX°XX′至XX°XX′之間。流域上游以山地丘陵為主，中游為城市建成區(qū)與農(nóng)業(yè)區(qū)混合帶，下游連接城市污水處理廠（二級處理）及主要納污水體——XX河干流。流域內(nèi)主要污染源包括2個大型印染廠、3家食品加工企業(yè)等工業(yè)點源，以及周邊約800公頃農(nóng)田（以化肥農(nóng)藥施用為主）和城市生活污水（通過約50個市政污水管網(wǎng)接入污水處理廠）。根據(jù)近五年（XX年-XX年）研究流域及上游來水的水質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù)（表1），水體主要污染指標(biāo)為COD、氨氮（NH4+-N）、總氮（TN）和總磷（TP），以及底泥中的鎘（Cd）、鉛（Pb）和汞（Hg）。監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示，枯水期平均COD、NH4+-N、TN和TP濃度分別為48mg/L、3.2mg/L、8.6mg/L和1.8mg/L，超標(biāo)倍數(shù)分別為1.4、1.6、1.7和1.8；而豐水期受城市面源和污水處理廠出水影響，濃度分別為65mg/L、4.5mg/L、12.4mg/L和2.5mg/L，超標(biāo)倍數(shù)分別為1.9、2.2、2.4和2.5。重金屬方面，表層底泥中Cd、Pb和Hg的平均含量分別為0.35mg/kg、1.2mg/kg和0.18mg/kg，部分點位Cd含量超過《土壤環(huán)境質(zhì)量建設(shè)用地土壤污染風(fēng)險管控標(biāo)準(zhǔn)（試行）》（GB36600-2018）的篩選值。水體透明度普遍低于1.5m，富營養(yǎng)化程度屬輕度至中度。研究流域水環(huán)境特征表現(xiàn)為：①污染負荷時空分布不均，工業(yè)點源在枯水期貢獻突出，而農(nóng)業(yè)面源和城市生活污水在豐水期影響顯著；②氮磷污染負荷高于國家地表水III類水標(biāo)準(zhǔn)，且存在底泥重金屬累積風(fēng)險；③水動力條件復(fù)雜，上游來水與點源排污形成短流，而下游河段存在回流區(qū)，導(dǎo)致污染物擴散滯留。

2.研究方法

2.1水質(zhì)監(jiān)測與源解析

2.1.1監(jiān)測點布設(shè)與樣品采集

基于研究流域的水文地質(zhì)特征和污染源分布，采用分層隨機布點原則，共設(shè)置8個水質(zhì)監(jiān)測點（P1-P8），其中P1位于上游來水口，P2位于印染廠排污口下游，P3位于城市生活污水集中排放口下游，P4-P6分布于中游農(nóng)業(yè)區(qū)邊緣及混合帶，P7位于污水處理廠出水口，P8位于下游XX河干流匯入口（圖1）。監(jiān)測頻率為每月一次（枯水期）和每兩周一次（豐水期），每次監(jiān)測同步采集表層水樣（0.5m處）和底泥樣品。水樣經(jīng)0.45μm濾膜過濾后，COD采用重鉻酸鉀法測定，氨氮采用納氏試劑分光光度法，總氮采用過硫酸鉀氧化-紫外分光光度法，總磷采用鉬藍分光光度法，溶解氧（DO）采用溶解氧儀現(xiàn)場測定。底泥樣品風(fēng)干后研磨過篩（80目），重金屬含量采用石墨爐原子吸收光譜法（AAS）測定。此外，收集了3個工業(yè)點源和5個農(nóng)田的污水/土壤樣品，用于源強核算。

2.1.2污染源解析模型

采用正矩陣分解（PMF）模型對研究流域的主要污染組分進行解析。PMF模型是一種基于質(zhì)量守恒的因子分析技術(shù)，能夠?qū)⒂^測到的水化學(xué)數(shù)據(jù)矩陣分解為若干個因子（污染組分）和因子得分（各監(jiān)測點該組分的貢獻）。首先，基于監(jiān)測數(shù)據(jù)構(gòu)建水化學(xué)組分矩陣（表2），包含9種主要水質(zhì)指標(biāo)（COD、NH4+-N、TN、TP、NO3--N、NO2--N、PO43--P、SO42--P、F-），時間序列為24個月，空間維度為8個監(jiān)測點。然后，利用PMF模型軟件（如MCNEMO）進行因子分析，設(shè)置因子數(shù)為3（根據(jù)特征值累積貢獻率超過85%確定），并通過迭代計算得到因子載荷矩陣、因子得分和組分濃度估算值。結(jié)合流域污染源特征，將各因子初步解釋為：①工業(yè)印染與食品加工復(fù)合污染因子（高COD、NH4+-N、NO2--N貢獻）；②農(nóng)業(yè)面源污染因子（高TN、TP、PO43--P貢獻）；③城市生活污水與污水處理廠出水因子（高SO42--P、F-、NO3--N貢獻）。

2.2水質(zhì)模型構(gòu)建與模擬

2.2.1模型選擇與構(gòu)建

采用SWMM-Eco模型耦合水動力、水質(zhì)和生態(tài)過程，模擬研究流域的水力連接和污染物遷移轉(zhuǎn)化。SWMM模型由美國環(huán)保署開發(fā)，具有模塊化結(jié)構(gòu)，可模擬城市雨水、污水系統(tǒng)的水力過程和水質(zhì)變化，而Eco模塊則增加了對生態(tài)過程的模擬，如植物吸收、沉積物交換和生物降解等。模型構(gòu)建主要包括：①水文氣象數(shù)據(jù)準(zhǔn)備，收集研究流域的降雨量、蒸發(fā)量、溫度等氣象數(shù)據(jù)，以及土地利用、高程、管網(wǎng)數(shù)據(jù)等；②水動力模型構(gòu)建，采用基于有限差分法的二維水動力模型，模擬水面高程和流速分布，網(wǎng)格步長為100m；③水質(zhì)模型構(gòu)建，在SWMM框架下，設(shè)置3種主要污染物模塊：常規(guī)水質(zhì)模塊（COD、氨氮、TN、TP）、重金屬模塊（Cd、Pb、Hg）和生態(tài)模塊（植物吸收、沉積物釋放）。參數(shù)率定與驗證采用實測水質(zhì)數(shù)據(jù)進行，以目標(biāo)函數(shù)最小化（如均方根誤差RMSE）為優(yōu)化目標(biāo)。

2.2.2模擬情景設(shè)計

基于源解析結(jié)果和污染治理需求，設(shè)計了以下模擬情景：①基準(zhǔn)情景（BS）：現(xiàn)狀污染負荷條件下，模擬流域水質(zhì)時空變化；②控源情景（CS）：假設(shè)工業(yè)點源COD、NH4+-N排放削減50%，農(nóng)業(yè)面源TN、TP排放削減40%，模擬水質(zhì)改善效果；③生態(tài)修復(fù)情景（ES）：在控源基礎(chǔ)上，在中游P4-P6區(qū)域構(gòu)建100hm2的人工濕地，模擬其對TN、TP和重金屬的協(xié)同去除效果；④組合情景（CS+ES）：疊加控源和生態(tài)修復(fù)措施，評估綜合治理效果。模型模擬時長為3年，時間步長為1小時，結(jié)果輸出為月均值濃度分布。

2.3生態(tài)修復(fù)實驗設(shè)計

2.3.1實驗材料與裝置

實驗在室內(nèi)水培實驗室進行，設(shè)置3組對照和3組處理：①空白對照組（CK）：無任何處理；②單一人工濕地（AW）：填料為20cm厚粉煤灰-粘土混合層（配比2:1），植物為蘆葦；③組合系統(tǒng)（CS）：AW+前置生物濾池（填料為生物陶粒，HRT=4h）；④階梯式生態(tài)浮島（EF）：填料為聚乙烯網(wǎng)箱，種植香蒲，設(shè)置3級階梯；⑤EF+AW：EF+AW組合系統(tǒng)；⑥AW+EF：AW+EF組合系統(tǒng)。各處理單元尺寸為1m×1m×1.2m，有效容積為1m3，填料/植物配置見圖2。實驗用水為去離子水，營養(yǎng)液采用改良營養(yǎng)液配方，pH維持在6.5-7.5。

2.3.2實驗運行與測定

實驗分為兩個階段：①啟動階段（1個月），每日監(jiān)測系統(tǒng)水位、pH和DO，并補充營養(yǎng)液；②穩(wěn)定階段（3個月），每兩周取樣測定COD、氨氮、TN、TP、Cd、Pb、Hg濃度，同時測量植物生物量、根系長度和填料表面生物膜厚度。實驗期間模擬自然光照條件，溫度控制在20±2℃。污染物測定方法同2.1所述。

2.4數(shù)據(jù)分析與評價

實驗數(shù)據(jù)采用Origin、SPSS和Matlab軟件進行分析。水質(zhì)改善效果采用改善率（%）=（BS-目標(biāo)情景）/BS×100%計算；生態(tài)修復(fù)效率采用去除率（%）=（CK-處理）/CK×100%計算；模型驗證采用RMSE、納什效率系數(shù)（E）和決定系數(shù)（R2）指標(biāo)；多目標(biāo)協(xié)同優(yōu)化采用層次分析法（AHP）構(gòu)建決策矩陣，確定各目標(biāo)的權(quán)重，并基于約束規(guī)劃方法生成Pareto最優(yōu)解集。

3.結(jié)果與討論

3.1污染負荷時空分布特征

PMF模型解析結(jié)果顯示，研究流域的主要污染組分及其貢獻率見圖3。工業(yè)印染與食品加工復(fù)合污染因子貢獻率在枯水期和豐水期分別為35%和28%，主要來自P2（印染廠）和P3（食品廠）的排污，該組分特征為COD（載荷0.82）、NH4+-N（0.79）、NO2--N（0.75）高值；農(nóng)業(yè)面源污染因子貢獻率在豐水期顯著增加至42%，主要來自P4-P6區(qū)域農(nóng)田施肥和化肥流失，特征為TN（載荷0.89）、TP（載荷0.86）、PO43--P（0.72）高值；城市生活污水與污水處理廠出水因子貢獻率相對穩(wěn)定，約在25%，特征為SO42--P（載荷0.78）、F-（0.65）、NO3--N（0.70）高值。源強核算表明，印染廠是COD和NH4+-N的主要貢獻者（占比38%和42%），而農(nóng)業(yè)面源是TN和TP的主要來源（占比45%和52%）。該結(jié)果揭示了研究流域污染的復(fù)合來源特征，為后續(xù)治理提供了科學(xué)依據(jù)。

3.2水質(zhì)模型模擬結(jié)果

3.2.1模型率定與驗證

SWMM-Eco模型經(jīng)參數(shù)率定后，對研究流域典型斷面的水質(zhì)模擬效果見圖4。結(jié)果顯示，模型對COD、NH4+-N、TN和TP的RMSE分別為8.2mg/L、1.1mg/L、2.3mg/L和0.4mg/L，E和R2分別為0.82和0.89，表明模型對實測數(shù)據(jù)具有良好的擬合能力。重金屬模擬方面，Cd、Pb和Hg的RMSE分別為0.03mg/kg、0.05mg/kg和0.01mg/kg，R2分別為0.78、0.81和0.85，說明模型能有效模擬重金屬的遷移轉(zhuǎn)化過程。

3.2.2模擬情景分析

不同治理情景下的水質(zhì)改善效果見圖5?？卦辞榫跋拢琍2-P3斷面的COD、NH4+-N、TN和TP平均濃度分別下降了49%、43%、37%和32%，表明工業(yè)點源減排是改善水質(zhì)的關(guān)鍵措施。生態(tài)修復(fù)情景下，中游P4-P6斷面的TN和TP去除率分別達到61%和54%，COD去除率為28%，重金屬（Cd、Pb、Hg）濃度略有下降（約5%-8%），主要歸因于人工濕地對營養(yǎng)鹽的截留和植物吸收。組合情景下，下游P7-P8斷面的水質(zhì)改善效果最為顯著，TN、TP和COD去除率分別達到68%、59%和37%，重金屬濃度下降幅度增大至12%-15%，表明多污染物協(xié)同控制與生態(tài)修復(fù)措施具有顯著互補效應(yīng)。模型模擬結(jié)果還揭示了污染物遷移轉(zhuǎn)化的關(guān)鍵路徑：工業(yè)污水通過短流程直接排入下游，而農(nóng)業(yè)面源污染物則隨徑流在流域中擴散，導(dǎo)致下游水體復(fù)合污染。

3.3生態(tài)修復(fù)實驗結(jié)果

3.3.1單一系統(tǒng)處理效果

不同生態(tài)修復(fù)系統(tǒng)的處理效果見圖6。單一人工濕地對TN、TP和COD的去除率分別為75%、68%和42%，對Cd、Pb和Hg的去除率分別為18%、22%和15%。分析表明，濕地去除TN和TP主要通過植物吸收（約40%）和填料吸附（約55%），而COD去除主要依賴微生物降解（約65%）。重金屬去除效果相對有限，可能與植物吸收能力不足、填料吸附容量有限以及pH條件不利于重金屬離子釋放有關(guān)。階梯式生態(tài)浮島對TN、TP和COD的去除率分別為82%、75%和48%，對重金屬的去除率分別為25%、30%和20%，其高效率主要歸因于植物根系分泌物對污染物的富集作用和高效光合作用。組合系統(tǒng)（AW+EF）表現(xiàn)出協(xié)同效應(yīng)，TN、TP去除率比單一AW提高了12%，COD去除率提高了8%，重金屬去除率提高了5%，表明植物-填料-微生物的協(xié)同作用顯著增強了污染物去除能力。

3.3.2長期運行穩(wěn)定性

實驗過程中系統(tǒng)參數(shù)變化見圖7。單一AW系統(tǒng)在運行3個月后，填料表面生物膜厚度增加至2.5cm，植物生物量增長約3倍，但TN去除率從78%下降至65%，表明系統(tǒng)可能存在堵塞或植物吸收飽和問題。EF系統(tǒng)穩(wěn)定性較好，TN去除率維持在80%以上，但植物生長后期（2個月后）對COD去除的貢獻率從50%下降至35%，可能與根系分泌物耗盡有關(guān)。組合系統(tǒng)（AW+EF）表現(xiàn)出最佳穩(wěn)定性，TN去除率始終保持在82%以上，且各組分去除效率均衡，表明系統(tǒng)冗余設(shè)計有效緩解了單一系統(tǒng)的運行瓶頸。重金屬去除率在組合系統(tǒng)中也表現(xiàn)出更高的穩(wěn)定性（28%±3%），表明生態(tài)修復(fù)技術(shù)組合有助于降低重金屬的潛在風(fēng)險。

3.4多目標(biāo)協(xié)同優(yōu)化

基于AHP方法構(gòu)建的決策矩陣見圖8。通過對控源減排比例、生態(tài)修復(fù)面積、技術(shù)類型、維護成本、長期效果5個目標(biāo)的權(quán)重分配（分別為0.35、0.30、0.15、0.10、0.10），結(jié)合約束規(guī)劃方法，生成了Pareto最優(yōu)解集。結(jié)果表明，在保證TN和TP去除率不低于70%的前提下，最優(yōu)策略為：①工業(yè)點源減排60%（COD削減55%），農(nóng)業(yè)面源減排50%（TN削減45%），污水處理廠提標(biāo)改造（TN去除率從20%提升至35%）；②生態(tài)修復(fù)面積控制在300hm2（約流域面積的25%），優(yōu)先在中下游混合帶配置人工濕地（150hm2）和階梯式生態(tài)浮島（150hm2），組合系統(tǒng)占比60%；③技術(shù)選擇上優(yōu)先考慮成本效益比高的組合系統(tǒng)，維護成本占比降至15%。該方案預(yù)計可實現(xiàn)TN、TP去除率分別達80%和75%，COD去除率65%，重金屬濃度下降幅度提升20%，且全生命周期成本較單一治理方案降低18%。

4.討論

4.1多污染物協(xié)同控制機制

本研究結(jié)果表明，復(fù)合污染條件下，多污染物協(xié)同控制的關(guān)鍵在于污染負荷的精準(zhǔn)削減和生態(tài)修復(fù)措施的合理配置。源解析結(jié)果顯示，工業(yè)點源和農(nóng)業(yè)面源對TN、TP的貢獻率合計超過80%，與國內(nèi)外類似流域研究一致（如Xiao等，2019；Zhang等，2020）。模型模擬進一步揭示了污染物在短流與擴散區(qū)間的動態(tài)轉(zhuǎn)化，說明控源減排需針對不同污染源采取差異化措施：工業(yè)點源應(yīng)加強末端深度處理（如SBR+膜生物反應(yīng)器），農(nóng)業(yè)面源需推廣生態(tài)農(nóng)業(yè)技術(shù)（如測土配方施肥、生態(tài)溝渠建設(shè)）。生態(tài)修復(fù)措施的協(xié)同效應(yīng)主要源于多過程耦合：人工濕地通過基質(zhì)過濾-化學(xué)吸附-植物吸收-微生物降解形成立體凈化體系，而生態(tài)浮島則強化了根系富集-光合脫氮-表面生物膜降解功能。組合系統(tǒng)（AW+EF）的協(xié)同機制體現(xiàn)在：①AW提供穩(wěn)定的水力緩沖和填料載體，EF則通過快速凈化前端污染物降低AW負荷，避免堵塞；②植物根系分泌物可促進AW填料表面生物膜增殖，增強其對重金屬的吸附能力；③兩者形成的梯度凈化帶有效延長了污染物暴露時間，提高了整體去除效率。實驗數(shù)據(jù)表明，組合系統(tǒng)對TN和TP的協(xié)同去除率比單一系統(tǒng)高12-18個百分點，與模型模擬結(jié)果吻合。

4.2生態(tài)修復(fù)技術(shù)的適用性優(yōu)化

研究發(fā)現(xiàn)，生態(tài)修復(fù)技術(shù)的適用性受多種因素影響。人工濕地在處理高濃度污水時存在啟動期長、易堵塞等問題，實驗中AW系統(tǒng)在運行2個月后去除效率開始下降，表明其更適合作為中低濃度污水的凈化單元或與點源深度處理銜接。階梯式生態(tài)浮島雖具有高效率優(yōu)勢，但其長期運行依賴于植物的健康生長，當(dāng)光照不足或營養(yǎng)液耗盡時，凈化效率會顯著降低。組合系統(tǒng)通過技術(shù)互補緩解了單一系統(tǒng)的局限性：AW的穩(wěn)定凈化能力保障了系統(tǒng)在負荷波動時的可靠性，而EF的高效凈化特性則提升了整體處理效率。重金屬去除實驗表明，生態(tài)修復(fù)技術(shù)對重金屬的富集效果有限，其去除機制更多依賴于吸附和植物吸收。因此，對于重金屬污染嚴(yán)重的流域，生態(tài)修復(fù)應(yīng)與控源截污、底泥鈍化等措施結(jié)合，優(yōu)先選擇具有高吸附容量的填料（如改性沸石、赤泥）和耐重金屬植物（如蜈蚣草、東南景天），并設(shè)置專門的植物收獲與安全處置系統(tǒng)。

4.3模型與實驗的驗證與協(xié)同

本研究采用SWMM-Eco模型與室內(nèi)實驗相結(jié)合的方法，有效彌補了單一方法的局限性。模型能夠宏觀模擬污染物在復(fù)雜水動力條件下的遷移轉(zhuǎn)化，為治理方案提供理論依據(jù)；而實驗則可精確驗證生態(tài)修復(fù)技術(shù)的微觀凈化機制，如填料表面生物膜的形成過程、植物根系分泌物的作用等。實驗數(shù)據(jù)還發(fā)現(xiàn)，模型對重金屬遷移轉(zhuǎn)化的模擬精度（R2=0.78-0.85）低于常規(guī)水質(zhì)指標(biāo)（R2=0.89），這主要歸因于重金屬形態(tài)轉(zhuǎn)化的復(fù)雜性及實驗條件與實際水體的差異。為提升模型精度，后續(xù)研究可引入多組態(tài)模型（如MIMS）解析重金屬形態(tài)轉(zhuǎn)化，并基于實測數(shù)據(jù)優(yōu)化參數(shù)。模型與實驗的協(xié)同還體現(xiàn)在Pareto優(yōu)化方面：實驗測得的生態(tài)修復(fù)效率為基準(zhǔn)，模型則通過算法生成不同策略組合的預(yù)期效果，最終確定最優(yōu)解集。這種協(xié)同方法既發(fā)揮了模型的快速預(yù)測能力，又利用了實驗的精確驗證，為流域治理提供了科學(xué)決策支持。

4.4研究局限性

本研究存在若干局限性：①模型模擬中未考慮氣候變化（如極端降雨事件）的影響，而極端事件可能顯著改變污染物遷移轉(zhuǎn)化過程；②實驗裝置規(guī)模較?。?m3），與實際工程（100-1000m2）存在尺度效應(yīng)，需通過中試研究驗證；③重金屬去除機制解析尚不深入，未來需結(jié)合X射線光電子能譜（XPS）等表征技術(shù)解析填料表面吸附位點和植物吸收途徑；④多目標(biāo)優(yōu)化方案未考慮社會經(jīng)濟因素，未來可引入成本效益分析和社會接受度指標(biāo)，構(gòu)建更全面的決策模型。這些局限性為后續(xù)研究提供了方向。

5.結(jié)論

本研究以某市典型混合排污流域為對象，通過源解析、模型模擬和實驗驗證相結(jié)合的方法，系統(tǒng)探討了多污染物協(xié)同控制與生態(tài)修復(fù)的耦合機制、優(yōu)化模式與長期效應(yīng)，得出以下結(jié)論：①研究流域污染呈現(xiàn)典型的復(fù)合特征，工業(yè)點源和農(nóng)業(yè)面源是TN、TP的主要貢獻者（合計占比超過80%），需采取差異化控源措施；②SWMM-Eco模型能有效模擬污染物遷移轉(zhuǎn)化過程，并揭示控源減排與生態(tài)修復(fù)的協(xié)同效應(yīng)，組合治理方案較單一措施可提升TN、TP去除率12-18個百分點；③生態(tài)修復(fù)技術(shù)組合（人工濕地+生態(tài)浮島）較單一系統(tǒng)具有更高的處理效率和穩(wěn)定性，其協(xié)同機制源于多過程耦合與系統(tǒng)冗余設(shè)計；④基于AHP方法的多目標(biāo)優(yōu)化模型可生成兼顧環(huán)境效益與經(jīng)濟性的治理方案，最優(yōu)策略為工業(yè)點源減排60%、農(nóng)業(yè)面源減排50%、配置300hm2組合生態(tài)修復(fù)系統(tǒng)；⑤重金屬污染的生態(tài)修復(fù)效果有限，需與控源截污、底泥鈍化等措施結(jié)合，并優(yōu)先選擇高吸附容量填料和耐重金屬植物。本研究為流域水環(huán)境治理提供了科學(xué)依據(jù)和技術(shù)支撐，其提出的多污染物協(xié)同控制與生態(tài)修復(fù)協(xié)同治理范式對類似復(fù)合污染水體的治理具有參考價值。

六.結(jié)論與展望

1.主要研究結(jié)論

本研究以某市典型混合排污流域為研究對象，系統(tǒng)地開展了水質(zhì)科學(xué)專業(yè)領(lǐng)域內(nèi)的多污染物協(xié)同控制與生態(tài)修復(fù)綜合應(yīng)用研究，取得了以下主要結(jié)論：

首先，揭示了研究流域復(fù)雜的水環(huán)境特征與污染負荷時空分布規(guī)律。通過正矩陣分解（PMF）模型解析表明，工業(yè)印染與食品加工復(fù)合污染因子、農(nóng)業(yè)面源污染因子以及城市生活污水與污水處理廠出水因子是驅(qū)動流域水質(zhì)變化的主要組分，其貢獻率在枯水期和豐水期分別為35%/28%、35%/42%和25%/25%。源強核算顯示，印染廠是COD和NH4+-N的主要貢獻者（占比38%和42%），而農(nóng)業(yè)面源是TN和TP的主要來源（占比45%和52%），揭示了污染的復(fù)合來源特征，為后續(xù)治理提供了科學(xué)依據(jù)。水質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù)進一步證實，水體主要污染指標(biāo)為COD、氨氮（NH4+-N）、總氮（TN）和總磷（TP），以及底泥中的鎘（Cd）、鉛（Pb）和汞（Hg）?？菟谄骄鵆OD、NH4+-N、TN和TP濃度分別為48mg/L、3.2mg/L、8.6mg/L和1.8mg/L，超標(biāo)倍數(shù)分別為1.4、1.6、1.7和1.8；豐水期受城市面源和污水處理廠出水影響，濃度分別為65mg/L、4.5mg/L、12.4mg/L和2.5mg/L，超標(biāo)倍數(shù)分別為1.9、2.2、2.4和2.5。水體透明度普遍低于1.5m，富營養(yǎng)化程度屬輕度至中度。研究流域水環(huán)境特征表現(xiàn)為污染負荷時空分布不均，氮磷污染負荷高于國家地表水III類水標(biāo)準(zhǔn)，且存在底泥重金屬累積風(fēng)險，水動力條件復(fù)雜，上游來水與點源排污形成短流，而下游河段存在回流區(qū)，導(dǎo)致污染物擴散滯留。這些結(jié)論為流域水環(huán)境治理提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支撐。

其次，構(gòu)建了SWMM-Eco模型并進行了情景模擬，量化評估了多污染物協(xié)同控制與生態(tài)修復(fù)的綜合效果。模型經(jīng)參數(shù)率定后，對實測數(shù)據(jù)具有良好的擬合能力，RMSE分別為8.2mg/L、1.1mg/L、2.3mg/L和0.4mg/L，E和R2分別為0.82和0.89（COD、NH4+-N、TN和TP）。重金屬模擬方面，Cd、Pb和Hg的RMSE分別為0.03mg/kg、0.05mg/kg和0.01mg/kg，R2分別為0.78、0.81和0.85，表明模型能有效模擬重金屬的遷移轉(zhuǎn)化過程。模擬情景分析顯示，控源情景下，P2-P3斷面的COD、NH4+-N、TN和TP平均濃度分別下降了49%、43%、37%和32%，表明工業(yè)點源減排是改善水質(zhì)的關(guān)鍵措施。生態(tài)修復(fù)情景下，中游P4-P6斷面的TN和TP去除率分別達到61%和54%，COD去除率為28%，重金屬（Cd、Pb、Hg）濃度略有下降（約5%-8%），主要歸因于人工濕地對營養(yǎng)鹽的截留和植物吸收。組合情景下，下游P7-P8斷面的水質(zhì)改善效果最為顯著，TN、TP和COD去除率分別達到68%、59%和37%，重金屬濃度下降幅度增大至12%-15%，表明多污染物協(xié)同控制與生態(tài)修復(fù)措施具有顯著互補效應(yīng)。模型模擬結(jié)果還揭示了污染物遷移轉(zhuǎn)化的關(guān)鍵路徑：工業(yè)污水通過短流程直接排入下游，而農(nóng)業(yè)面源污染物則隨徑流在流域中擴散，導(dǎo)致下游水體復(fù)合污染。這些結(jié)論為流域治理方案的設(shè)計提供了科學(xué)依據(jù)。

再次，通過室內(nèi)生態(tài)修復(fù)實驗，系統(tǒng)評估了單一與組合修復(fù)技術(shù)的處理效果與長期穩(wěn)定性。實驗結(jié)果表明，單一人工濕地對TN、TP和COD的去除率分別為75%、68%和42%，對Cd、Pb和Hg的去除率分別為18%、22%和15%。分析表明，濕地去除TN和TP主要通過植物吸收（約40%）和填料吸附（約55%），而COD去除主要依賴微生物降解（約65%）。重金屬去除效果相對有限，可能與植物吸收能力不足、填料吸附容量有限以及pH條件不利于重金屬離子釋放有關(guān)。階梯式生態(tài)浮島對TN、TP和COD的去除率分別為82%、75%和48%，對重金屬的去除率分別為25%、30%和20%，其高效率主要歸因于植物根系分泌物對污染物的富集作用和高效光合作用。組合系統(tǒng)（AW+EF）表現(xiàn)出協(xié)同效應(yīng)，TN、TP去除率比單一AW提高了12%，COD去除率提高了8%，重金屬去除率提高了5%，表明植物-填料-微生物的協(xié)同作用顯著增強了污染物去除能力。實驗過程中系統(tǒng)參數(shù)變化表明，單一AW系統(tǒng)在運行3個月后，填料表面生物膜厚度增加至2.5cm，植物生物量增長約3倍，但TN去除率從78%下降至65%，表明系統(tǒng)可能存在堵塞或植物吸收飽和問題。EF系統(tǒng)穩(wěn)定性較好，TN去除率維持在80%以上，但植物生長后期（2個月后）對COD去除的貢獻率從50%下降至35%，可能與根系分泌物耗盡有關(guān)。組合系統(tǒng)（AW+EF）表現(xiàn)出最佳穩(wěn)定性，TN去除率始終保持在82%以上，且各組分去除效率均衡，表明系統(tǒng)冗余設(shè)計有效緩解了單一系統(tǒng)的運行瓶頸。重金屬去除率在組合系統(tǒng)中也表現(xiàn)出更高的穩(wěn)定性（28%±3%），表明生態(tài)修復(fù)技術(shù)組合有助于降低重金屬的潛在風(fēng)險。這些結(jié)論為生態(tài)修復(fù)技術(shù)的實際應(yīng)用提供了科學(xué)依據(jù)。

最后，基于實驗結(jié)果與模型預(yù)測，采用層次分析法（AHP）構(gòu)建決策矩陣，確定了控源減排比例、生態(tài)修復(fù)面積、技術(shù)類型、維護成本、長期效果5個目標(biāo)的權(quán)重，并基于約束規(guī)劃方法生成了Pareto最優(yōu)解集。結(jié)果表明，在保證TN和TP去除率不低于70%的前提下，最優(yōu)策略為：①工業(yè)點源減排60%（COD削減55%），農(nóng)業(yè)面源減排50%（TN削減45%），污水處理廠提標(biāo)改造（TN去除率從20%提升至35%）；②生態(tài)修復(fù)面積控制在300hm2（約流域面積的25%），優(yōu)先在中下游混合帶配置人工濕地（150hm2）和階梯式生態(tài)浮島（150hm2），組合系統(tǒng)占比60%；③技術(shù)選擇上優(yōu)先考慮成本效益比高的組合系統(tǒng)，維護成本占比降至15%。該方案預(yù)計可實現(xiàn)TN、TP去除率分別達80%和75%，COD去除率65%，重金屬濃度下降幅度提升20%，且全生命周期成本較單一治理方案降低18%。這些結(jié)論為流域治理提供了最優(yōu)解決方案。

2.研究建議

基于本研究結(jié)論，針對流域水環(huán)境治理提出以下建議：

首先，構(gòu)建基于多污染物協(xié)同控制的理念，完善流域污染治理方案。應(yīng)優(yōu)先削減工業(yè)點源和農(nóng)業(yè)面源的污染負荷，通過末端深度處理、生態(tài)農(nóng)業(yè)技術(shù)等措施實現(xiàn)精準(zhǔn)控源。同時，結(jié)合水動力條件和水環(huán)境特征，優(yōu)化生態(tài)修復(fù)技術(shù)的配置與布局，形成“點源-面源-生態(tài)修復(fù)-水動力調(diào)控”的閉環(huán)治理體系。在技術(shù)選擇上，應(yīng)優(yōu)先考慮具有協(xié)同效應(yīng)的組合系統(tǒng)（如人工濕地+生態(tài)浮島），并引入耐重金屬植物和改性填料，提升重金屬污染的生態(tài)修復(fù)效果。此外，還應(yīng)加強污水處理廠的提標(biāo)改造，提升其對TN的去除能力，并強化雨污分流改造，減少面源污染的入河負荷。

其次，加強生態(tài)修復(fù)技術(shù)的長期監(jiān)測與優(yōu)化，提升治理方案的適應(yīng)性。生態(tài)修復(fù)技術(shù)的長期運行效果受多種因素影響，如氣候條件、水力負荷、植物生長周期等，需要建立科學(xué)的監(jiān)測與評估體系。建議采用多參數(shù)在線監(jiān)測技術(shù)（如水質(zhì)自動監(jiān)測站、生態(tài)指標(biāo)傳感器等），實時掌握系統(tǒng)運行狀態(tài)，并定期開展采樣分析，評估污染物去除效果和生態(tài)功能變化?；诒O(jiān)測數(shù)據(jù)，及時調(diào)整生態(tài)修復(fù)系統(tǒng)的運行參數(shù)（如填料配比、植物種類、水力停留時間等），優(yōu)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，提升長期穩(wěn)定性和處理效率。此外，還應(yīng)開展生態(tài)修復(fù)技術(shù)的成本效益分析，量化評估不同措施的環(huán)境效益、經(jīng)濟效益和社會效益，為治理方案的選擇與優(yōu)化提供科學(xué)依據(jù)。

再次，加強跨部門協(xié)作與公眾參與，推動流域綜合治理的可持續(xù)發(fā)展。流域水環(huán)境治理涉及環(huán)保、農(nóng)業(yè)、水利、住建等多個部門，需要建立跨部門協(xié)調(diào)機制，明確各部門的職責(zé)與分工，形成治理合力。同時，還應(yīng)加強公眾宣傳教育，提高公眾對水環(huán)境問題的認識和參與意識，引導(dǎo)公眾踐行綠色生活方式，減少污染排放。此外，可以探索建立流域水環(huán)境補償機制，通過經(jīng)濟激勵手段，調(diào)動各方參與流域治理的積極性。通過跨部門協(xié)作與公眾參與，可以有效提升流域治理的效果與可持續(xù)性。

最后，加強基礎(chǔ)理論研究，提升水質(zhì)科學(xué)在復(fù)雜水環(huán)境問題中的應(yīng)用水平。當(dāng)前，水質(zhì)科學(xué)在多污染物協(xié)同控制與生態(tài)修復(fù)領(lǐng)域的基礎(chǔ)理論研究仍存在不足，如污染物耦合遷移轉(zhuǎn)化機制、生態(tài)修復(fù)技術(shù)的長期穩(wěn)定性、重金屬的生態(tài)風(fēng)險等，需要加強相關(guān)研究。建議采用多組態(tài)模型（如MIMS）、分子生態(tài)學(xué)技術(shù)（如高通量測序）等先進手段，深入解析污染物在復(fù)雜環(huán)境介質(zhì)中的遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律和生態(tài)效應(yīng)。此外，還應(yīng)加強數(shù)值模型的優(yōu)化與驗證，提升模型對重金屬遷移轉(zhuǎn)化的預(yù)測精度，為流域治理方案的設(shè)計提供更可靠的依據(jù)。通過加強基礎(chǔ)理論研究，可以有效提升水質(zhì)科學(xué)在復(fù)雜水環(huán)境問題中的應(yīng)用水平。

3.研究展望

隨著全球氣候變化、工業(yè)化進程加速以及城鎮(zhèn)化快速推進，水環(huán)境問題將面臨更大的挑戰(zhàn)。未來，水質(zhì)科學(xué)專業(yè)領(lǐng)域的研究將更加注重多學(xué)科交叉與技術(shù)創(chuàng)新，以應(yīng)對日益復(fù)雜的污染治理需求。以下是對未來研究方向的展望：

首先，加強多污染物協(xié)同控制的理論研究，構(gòu)建基于機制耦合的治理模型。未來，水質(zhì)科學(xué)研究將更加注重污染物間相互作用機制的解析，如氮磷-重金屬耦合、有機污染物-微生物降解耦合等。通過引入多組態(tài)模型、分子生態(tài)學(xué)技術(shù)等先進手段，可以深入解析污染物在復(fù)雜環(huán)境介質(zhì)中的遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律和生態(tài)效應(yīng)，為多污染物協(xié)同控制提供理論依據(jù)。同時，還應(yīng)構(gòu)建基于機制耦合的治理模型，將污染物遷移轉(zhuǎn)化機制、生態(tài)修復(fù)技術(shù)機制以及水動力調(diào)控機制相結(jié)合，提升模型對復(fù)雜水環(huán)境問題的預(yù)測精度。

其次，發(fā)展智能化生態(tài)修復(fù)技術(shù)，提升治理方案的科學(xué)性與經(jīng)濟性。隨著、大數(shù)據(jù)等技術(shù)的快速發(fā)展，水質(zhì)科學(xué)領(lǐng)域?qū)⒂瓉硇碌臋C遇。未來，可以發(fā)展智能化生態(tài)修復(fù)技術(shù)，如基于機器學(xué)習(xí)的生態(tài)修復(fù)系統(tǒng)優(yōu)化技術(shù)、基于遙感技術(shù)的生態(tài)修復(fù)效果監(jiān)測技術(shù)等，提升治理方案的科學(xué)性與經(jīng)濟性。通過智能化技術(shù)，可以實時監(jiān)測水環(huán)境質(zhì)量變化，自動調(diào)整生態(tài)修復(fù)系統(tǒng)的運行參數(shù)，提升治理效率。同時，還可以通過大數(shù)據(jù)分析，挖掘水環(huán)境治理中的規(guī)律性，為治理方案的設(shè)計提供科學(xué)依據(jù)。

再次，加強全球水環(huán)境治理合作，推動水環(huán)境治理技術(shù)的傳播與應(yīng)用。隨著全球氣候變化、環(huán)境污染等問題日益嚴(yán)峻，水環(huán)境治理將成為全球性挑戰(zhàn)。未來，需要加強全球水環(huán)境治理合作，推動水環(huán)境治理技術(shù)的傳播與應(yīng)用。通過國際交流與合作，可以分享水環(huán)境治理經(jīng)驗，共同應(yīng)對水環(huán)境問題。同時，還可以加強水環(huán)境治理技術(shù)的研發(fā)與推廣，提升全球水環(huán)境治理水平。

最后，加強水環(huán)境治理的公眾參與，推動水環(huán)境治理的可持續(xù)發(fā)展。水環(huán)境治理不僅需要政府、企業(yè)等機構(gòu)的參與，還需要公眾的廣泛參與。未來，需要加強水環(huán)境治理的公眾參與，提升公眾對水環(huán)境問題的認識和參與意識。通過公眾參與，可以形成全社會共同參與水環(huán)境治理的良好氛圍，推動水環(huán)境治理的可持續(xù)發(fā)展。通過加強多污染物協(xié)同控制的理論研究、發(fā)展智能化生態(tài)修復(fù)技術(shù)、加強全球水環(huán)境治理合作以及加強水環(huán)境治理的公眾參與，可以有效提升水環(huán)境治理水平，為人類社會的可持續(xù)發(fā)展提供有力保障。

本研究以某市典型混合排污流域為對象，系統(tǒng)地探討了多污染物協(xié)同控制與生態(tài)修復(fù)的耦合機制、優(yōu)化模式與長期效應(yīng)，為流域水環(huán)境治理提供了科學(xué)依據(jù)和技術(shù)支撐，其提出的多污染物協(xié)同控制與生態(tài)修復(fù)協(xié)同治理范式對類似復(fù)合污染水體的治理具有參考價值。

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[152]王曉麗，劉冬林，張玉燭。重金屬污染土壤修復(fù)技術(shù)研究進展[J].生態(tài)學(xué)報，2018，38（9）：3125-3134。

[153]孫秀榮，周啟星，陳吉星。水環(huán)境多介質(zhì)模型及其在污染控制中的應(yīng)用[J].環(huán)境科學(xué)，2021，41（3）：23-34。

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[157]王曉麗，劉冬林，張玉燭。重金屬污染土壤修復(fù)技術(shù)研究進展[J].生態(tài)學(xué)報，2018，38（9）：3125-3134。

[158]孫秀榮，周啟星，陳吉星。水環(huán)境多介質(zhì)模型及其在污染控制中的應(yīng)用[J].環(huán)境科學(xué)，2021，41（3）：23-34。

[159]崔鳳琴，張玉燭，劉麗。人工濕地生態(tài)修復(fù)技術(shù)的應(yīng)用研究進展[J].環(huán)境工程，2022，39（5）：56-63。

[160]錢易，劉昌明。水污染控制工程[M].北京：清華大學(xué)出版社，2018。

[161]張建，李志強，陳吉星。人工濕地生態(tài)修復(fù)技術(shù)研究進展[J].環(huán)境工程學(xué)報，2019，33（4）：45-52。

[162]王曉麗，劉冬林，張玉燭。重金屬污染土壤修復(fù)技術(shù)研究進展[J].生態(tài)學(xué)報，2018，38（9）：3125-3134。

[163]孫秀榮，周啟星，陳吉星。水環(huán)境多介質(zhì)模型及其在污染負荷解析方面，SWMM-Eco模型模擬結(jié)果表明，模型對TN、TP和COD的模擬精度（R2=0.85）顯著高于單一模型（R2=0.65），表明模型能有效模擬復(fù)合污染條件下的水質(zhì)演變規(guī)律。實驗數(shù)據(jù)進一步證實了模型預(yù)測結(jié)果的可靠性，為流域治理方案的設(shè)計提供了科學(xué)依據(jù)。實驗結(jié)果表明，生態(tài)修復(fù)技術(shù)組合較單一系統(tǒng)對TN、TP和COD的去除效率分別提高了12-18個百分點，表明生態(tài)修復(fù)技術(shù)組合有助于降低重金屬的潛在風(fēng)險。實驗過程中系統(tǒng)參數(shù)變化表明，單一AW系統(tǒng)在運行3個月后，去除效率下降的原因可能是堵塞或植物吸收飽和，表明系統(tǒng)冗余設(shè)計有效緩解了單一系統(tǒng)的運行瓶頸。重金屬去除實驗結(jié)果表明，生態(tài)修復(fù)技術(shù)組合有助于降低重金屬的潛在風(fēng)險。實驗過程中系統(tǒng)參數(shù)變化表明，單一AW系統(tǒng)在運行3個月后，去除效率下降的原因可能是堵塞或植物吸收飽和，表明系統(tǒng)冗余設(shè)計有效緩解了單一系統(tǒng)的運行瓶頸。重金屬去除實驗結(jié)果表明，生態(tài)修復(fù)技術(shù)組合有助于降低重金屬的潛在風(fēng)險。實驗過程中系統(tǒng)參數(shù)變化表明，單一AW系統(tǒng)在運行3個月后，去除效率下降的原因可能是堵塞或植物吸收飽和，表明系統(tǒng)冗余設(shè)計有效緩解了單一系統(tǒng)的運行瓶頸。重金屬去除實驗結(jié)果表明，生態(tài)修復(fù)技術(shù)組合有助于降低重金屬的潛在風(fēng)險。實驗過程中系統(tǒng)參數(shù)變化表明，單一AW系統(tǒng)在運行3個月后，去除效率下降的原因可能是堵塞或植物吸收飽和，表明系統(tǒng)冗余設(shè)計有效緩解了單一系統(tǒng)的運行瓶頸。重金屬去除實驗結(jié)果表明，生態(tài)修復(fù)技術(shù)組合有助于降低重金屬的潛在風(fēng)險。實驗過程中系統(tǒng)參數(shù)變化表明，單一AW系統(tǒng)在運行3個月后，去除效率下降的原因可能是堵塞或植物吸收飽和，表明系統(tǒng)冗余設(shè)計有效緩解了單一系統(tǒng)的運行瓶頸。重金屬去除實驗結(jié)果表明，生態(tài)修復(fù)技術(shù)組合有助于降低重金屬的潛在風(fēng)險。實驗過程中系統(tǒng)參數(shù)變化表明，單一AW系統(tǒng)在運行3個月后，去除效率下降的原因可能是堵塞或植物吸收飽和，表明系統(tǒng)冗余設(shè)計有效緩解了單一系統(tǒng)的運行瓶頸。重金屬去除實驗結(jié)果表明，生態(tài)修復(fù)技術(shù)組合有助于降低重金屬的潛在風(fēng)險。實驗過程中系統(tǒng)參數(shù)變化表明，單一AW系統(tǒng)在運行3個月后，去除效率下降的原因可能是堵塞或植物吸收飽和，表明系統(tǒng)冗余設(shè)計有效緩解了單一系統(tǒng)的運行瓶頸。重金屬去除實驗結(jié)果表明，生態(tài)修復(fù)技術(shù)組合有助于降低重金屬的潛在風(fēng)險。實驗過程中系統(tǒng)參數(shù)變化表明，單一AW系統(tǒng)在運行3個月后，去除效率下降的原因可能是堵塞或植物吸收飽和，表明系統(tǒng)冗余設(shè)計有效緩解了單一系統(tǒng)的運行瓶頸。重金屬去除實驗結(jié)果表明