天津于橋水庫流域不透水面擴(kuò)展變化及其對流域氮磷負(fù)荷分布的影響.pdf

1、不透水面是衡量流域城鎮(zhèn)化發(fā)展?fàn)顩r的一個(gè)重要指標(biāo)，其擴(kuò)展對流域生態(tài)水文過程產(chǎn)生影響。由氮、磷污染物等造成的非點(diǎn)源污染導(dǎo)致流域水質(zhì)的惡化。城鎮(zhèn)化進(jìn)程的加快，造成流域不透水面逐年增加，從而也嚴(yán)重影響著流域的水環(huán)境。因此隨著不透水面的不斷擴(kuò)張勢必會增加流域的氮磷污染。本文以天津于橋水庫流域?yàn)槔?，首先，在ENVI5.1軟件支持下，利用遙感影像獲取1984-2013年4個(gè)時(shí)相的不透水面信息，采用修正后的歸一化水體指數(shù)剔除水體信息，排除水體對不透水面

2、提取精度的影響，運(yùn)用線性光譜混合分析法生成流域不透水表面指數(shù)(ISA)，并對其時(shí)空演變格局進(jìn)行分析。其次基于SCS-CN模型，通過不透水面數(shù)據(jù)計(jì)算出的CN值調(diào)入SWAT模型后再進(jìn)行模擬研究，分析于橋水庫流域不透水面擴(kuò)展對非點(diǎn)源氮磷負(fù)荷分布的影響。本文的研究成果可以更好的探索流域水文水質(zhì)管理模式，其研究成果對整個(gè)于橋水庫流域的水資源保護(hù)具有重要的意義。主要研究結(jié)論如下:
　　(1)通過ENVI構(gòu)建的LSMA模型，通過剔除水體的影響，

3、以及最小噪音變換(MNF)和純凈像元指數(shù)(PPI)對混合像元的剔除。模型均方根誤差(RMSE)為0.005，像元精度為85.4％，實(shí)驗(yàn)結(jié)果準(zhǔn)確可靠。于橋水庫不透水表面指數(shù)(ISA)平均值逐年增長，1984-2013年間，流域不透水面覆蓋度從低等級覆蓋逐漸向高等級覆蓋轉(zhuǎn)化。流域內(nèi)不透水面覆蓋度大多集中在1～5級，占流域面積的90％，2013年全流域范圍內(nèi)不透水面面積比1984年增加4.9％。
　　(2)不透水面的景觀格局特征為:不透

4、水面覆蓋度為中等等級的斑塊形狀不規(guī)則，破碎化程度最高。研究期間，整個(gè)流域景觀破碎化程度、多樣性均逐年增高，說明流域景觀連續(xù)性逐年降低。不透水面表指數(shù)的空間擴(kuò)展趨勢表現(xiàn)為:在城鎮(zhèn)中心區(qū)域，4個(gè)時(shí)相的不透水面指數(shù)均呈現(xiàn)正的空間自相關(guān)，1984年不透水表面伴隨著“輻射式”增長，至2013年形成了以城鎮(zhèn)區(qū)域?yàn)橹行牡木奂?984-2013年，不透水面面積隨路網(wǎng)密度的增長而遞增;路網(wǎng)密度等級高的其子流域不透水面增長面積大。
　　(3)用SC

5、S-CN模型構(gòu)建新方法計(jì)算CN值的組成，利用V-I-S原理，將不透水面分量、植被分量(NDVI)和土壤類型線性組合?？臻g分布圖中CN值被分為8組，研究表明CN值大于等于77的土地覆蓋對徑流的影響顯著。2013年全流域CN平均值為65，1984年全流域CN平均值為45，2013年比1984年平均CN值高了20。說明流域內(nèi)由于不透水面的擴(kuò)張，導(dǎo)致地表的下滲性能降低，使得流域徑流量增加。隨著降雨量的升高，不透水面的增加也導(dǎo)致了徑流系數(shù)逐漸增大

6、，產(chǎn)流能力顯著增強(qiáng)。
　　(4) SWAT模擬結(jié)果表明:確定系數(shù)R2和Nash-Sutcliffe系數(shù)分別為0.78和0.77，相對誤差為-1.96％，SWAT模型調(diào)用說明運(yùn)用SCS-CN修正后的CN值提高了原有的模型精度，檢驗(yàn)結(jié)果理想，表明SWAT模型在本流域具有適應(yīng)性。SWAT模型模擬氮磷在分布表現(xiàn)為研究區(qū)中部地區(qū)較高，沙河子流域的氮磷負(fù)荷最大。不透水面對流域氮磷負(fù)荷的影響主要表現(xiàn)在:氮磷輸出負(fù)荷較高的子流域分布與不透水面指數(shù)

7、值(ISA)的分布相吻合;不透水表面通過對地表徑流的作用而影響流域氮磷負(fù)荷。2004-2013年研究區(qū)內(nèi)氮、磷污染負(fù)荷明顯大于1984-1994年的氮、磷污染負(fù)荷，在遵化市和于橋水庫下游子流域最為明顯。豐水情境中，2013年總氮負(fù)荷量比1984年增多了8.08km/hm2、總磷增多了1.67km/hm2;枯水情境中，2013年總氮負(fù)荷量比1984年增多了3.24km/hm2、總磷增多了1.02km/hm2;無論豐水還是枯水情景，總體氮磷