基于SWAT模型的南四湖流域非點源氮磷污染模擬及湖泊沉積的響應(yīng)研究.pdf

1、南四湖是我國華北地區(qū)最大的淡水湖,是南水北調(diào)東線工程重要的輸水通道和調(diào)蓄湖泊.南四湖流域地處34°24′~35°59′N,114°52′~117°42′E之間,是淮河流域的重要組成部分,流域以南四湖為中心,流域內(nèi)有53條大大小小的河流,從四面八方呈輻射狀匯入南四湖.上世紀80年代,流域內(nèi)工農(nóng)業(yè)快速發(fā)展,大量污水未經(jīng)處理隨意排放,使得南四湖流域的水環(huán)境遭到了嚴重破壞.隨著南水北調(diào)東線工程的推進和南四湖流域各地市生產(chǎn)、生活用水量的增加,南四

2、湖流域水體污染已成為黃淮地區(qū)一個不可忽視的問題.
　　大量研究表明,近幾年來,南四湖流域在點源污染得到有效的控制之后,非點源污染已經(jīng)成為目前南四湖流域水體污染的主要原因.因此,對南四湖流域非點源污染進行模擬研究,不僅為全面認識南四湖流域水體非點源污染的影響和分布提供科學(xué)依據(jù),同時研究方法和所得結(jié)果亦可為類似的其它流域非點源污染研究提供借鑒與參考.
　　本研究采用野外采樣、室內(nèi)分析和數(shù)值模擬等多種研究手段相結(jié)合的綜合研究的技術(shù)

3、路線,嘗試利用SWAT模型對南四湖流域非點源污染進行定量模擬,分析南四湖流域非點源污染物的時空分布特征,并探索性地分析檢驗了南四湖湖區(qū)沉積物所含氮、磷元素的空間和時間分布對南四湖流域非點源氮、磷負荷的響應(yīng).
　　本研究共分為五大部分,包括七章,第一部分即第一章,主要介紹了選題背景、意義、非點源污染的研究綜述及國內(nèi)外研究進展.第二部分包括第二章和第三章,主要介紹了研究區(qū)概況,并詳述了SWAT模型模擬前的數(shù)據(jù)準備過程.第三部分包括第四

4、章和第五章,主要論述了典型小流域 SWAT模型的構(gòu)建、校準、驗證,南四湖流域非點源污染的模擬及評價.第四部分為第六章,主要分析了南四湖沉積物中氮、磷元素含量在空間分布和時間分布上對南四湖水體非點源氮、磷負荷的響應(yīng).第五部分也即第七章,歸納研究結(jié)論及未來研究展望.
　　本研究得出主要結(jié)論如下:
　　1、SWAT模型應(yīng)用于南四湖流域非點源污染的模擬精度較高,且湖東地區(qū)模擬效果好于湖西地區(qū).
　　考慮到南四湖流域湖東和湖西兩

5、個區(qū)域的差異性及SWAT模型的數(shù)據(jù)要求, 在湖東和湖西各取泗河流域和東魚河流域作為典型小流域,進行非點源污染模擬,并將模型參數(shù)的校準方法用于流域內(nèi)其它河流流域的估算,得到了南四湖流域非點源污染的空間分布,取得良好效果.通過對比,湖東地區(qū)的模擬效果好于湖西地區(qū),這從一定程度上說明 SWAT模型在地形起伏較大的地區(qū)模擬精度更高.
　　2、南四湖流域非點源氮、磷污染嚴重,湖東地區(qū)非點源氮、磷負荷大于湖西地區(qū).
　　通過模

6、擬結(jié)果可以看出,南四湖流域土壤侵蝕較輕,大部分地區(qū)屬于微度土壤侵蝕.流域內(nèi)非點源氮負荷嚴重超標,大部分地區(qū)氮負荷大于2mg/L,屬于氮污染關(guān)鍵區(qū).流域內(nèi)非點源磷負荷大于0.4mg/L的地區(qū)約占總流域面積的40％,這些地區(qū)屬于磷污染關(guān)鍵區(qū).總體來看,南四湖湖東地區(qū)的非點源氮、磷污染較湖西地區(qū)嚴重,其中位于湖東的洸府河流域是南四湖流域非點源氮、磷負荷的最大貢獻者.
　　3、禽畜養(yǎng)殖和化肥流失是南四湖流域非點源氮、磷污染的主要污染源.<

7、br>　　通過對南四湖流域非點源氮、磷污染的主要污染源進行調(diào)查、統(tǒng)計、分析,得到環(huán)境背景因素(氣候、土壤、地形、土地利用類型等)、化肥流失、農(nóng)村生活污水、禽畜養(yǎng)殖各因素的貢獻率.研究結(jié)果表明,除環(huán)境背景因素的影響外,禽畜養(yǎng)殖是湖東地區(qū)各河流流域非點源氮、磷污染的主要污染來源,化肥流失在湖西地區(qū)各河流流域非點源氮、磷污染中占據(jù)主要地位.
　　4、非點源氮負荷以溶解態(tài)為主,非點源磷負荷以吸附態(tài)為主.
　　通過SWAT模型的模擬及

8、ArcGIS制圖,得到流域內(nèi)各河流流域354個子流域為單位的產(chǎn)流、產(chǎn)沙、坡度、降水、非點源氮負荷、非點源磷負荷的空間分布圖.為了進一步探究它們之間的相互關(guān)系,對其進行了相關(guān)分析.結(jié)果顯示(1)對產(chǎn)流影響:坡度>降水;(2)對產(chǎn)沙影響:產(chǎn)流>降水>坡度;(3)對非點源氮負荷影響:產(chǎn)流>產(chǎn)沙,因此流域內(nèi)非點源氮負荷主要為溶解態(tài);(4)對非點源磷負荷影響:產(chǎn)沙>產(chǎn)流,因此流域內(nèi)非點源磷負荷主要為吸附態(tài).
　　5、湖泊沉積物中非點源氮、磷

9、含量對湖泊水體非點源氮、磷負荷有良好的響應(yīng)效應(yīng).
　　通過將 SWAT模型模擬的入湖口非點源氮、磷含量,與南四湖水質(zhì)、表層和柱狀底泥樣點監(jiān)測分析結(jié)果,結(jié)合湖泊底泥測年分析數(shù)據(jù)做對照,分析了湖泊沉積物中氮、磷含量在空間分布和時間分布上對水體中非點源氮、磷負荷的響應(yīng).經(jīng)分析,在空間分布上,湖泊沉積物中的磷含量對湖泊水中非點源磷負荷的有很好的響應(yīng)效應(yīng);在時間分布上,湖泊沉積物中氮、磷含量對湖泊水中氮、磷負荷均有很好的響應(yīng),但在時間上稍有

10、滯后.
　　本研究主要的貢獻與創(chuàng)新點如下:
　?、偈状卫米顬榻咏乇砹魇倪^程的SWAT模型,對南四湖全流域進行了徑流量、泥沙負荷、非點源氮負荷和非點源磷負荷的模擬、計算,為進一步掌握南四湖流域水文過程、非點源污染分布等提供數(shù)據(jù)參考.
　　②研究了2001～2010年年均南四湖流域非點源污染空間分布,確定了土壤侵蝕關(guān)鍵區(qū)和營養(yǎng)物質(zhì)流失關(guān)鍵區(qū),為流域內(nèi)非點源污染治理和水環(huán)境保護措施的制定提供了理論依據(jù).
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11、選取典型小流域進行模擬,并將模型參數(shù)的校準方法應(yīng)用于整個流域的模擬,提高了模擬效率,為SWAT模型模擬類似于南四湖流域的其它流域的非點源污染提供了切實可行的模擬方法.
　?、芊治瞿纤暮练e物所含氮、磷對水體非點源氮、磷負荷在時間和空間上的響應(yīng),在一定程度上檢驗說明了南四湖底泥中氮、磷元素的來源,為南四湖底泥中污染物與營養(yǎng)元素的去除治理工作提供科學(xué)依據(jù).
　?、葺^系統(tǒng)地構(gòu)建了南四湖流域基礎(chǔ)地理信息系統(tǒng)與水文、水質(zhì)污染數(shù)據(jù)庫,為