基于SWAT模型的灌區(qū)農(nóng)田退水氮磷污染模擬及調(diào)控研究.pdf

1、寧夏引黃灌區(qū)是我國歷史最悠久的灌區(qū)之一,近年來,隨著灌區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)水平的提高,化肥投入量不斷增加,灌區(qū)的水環(huán)境日益惡化。目前,灌區(qū)化肥投入已經(jīng)處于較高水平,再加上養(yǎng)殖業(yè)、工業(yè)廢水和生活污水的點源排放,灌區(qū)各排水溝都受到了不同程度的污染,大部分排水溝的水質(zhì)為劣Ⅴ類,污染物主要包括NH4-N、TN、TP、COD和BOD5。排水溝的污染物對灌區(qū)地表水體質(zhì)量造成了嚴重影響,直接威脅到母親河黃河的水質(zhì)安全。
　　 本文以野外調(diào)查、定位監(jiān)測和

2、室內(nèi)化驗分析獲取數(shù)據(jù)為基礎(chǔ),以模型研究為手段,采用國內(nèi)外廣泛應(yīng)用的SWAT模型,開展了研究區(qū)域農(nóng)田退水主要污染負荷的評價研究,探討了SWAT模型在研究區(qū)域的適用性,模擬了不同水氮管理措施對農(nóng)田退水污染負荷的影響。取得的主要結(jié)論如下:
　　 (1)在寧夏青銅峽灌區(qū)典型排水區(qū)域——西排水溝開展了農(nóng)田退水污染監(jiān)測試驗,對退水中的氮磷變化特征進行了分析。研究表明:2010年4月至10月,西排水溝中NH4-N最高濃度為4 mg L-1,平

3、均濃度為1 mg L-1,超過《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》Ⅲ類水的準(zhǔn)限值,屬中度污染；TN平均濃度為4.6 mg L-1,遠遠超過了《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》所規(guī)定的Ⅴ類水的準(zhǔn)限值(2mgL-1),屬重度污染。
　　 (2)通過野外調(diào)查和室內(nèi)分析獲取了研究區(qū)域大量基礎(chǔ)數(shù)據(jù),利用ArcGIS建立了研究區(qū)域的空間數(shù)據(jù)庫；在對SWAT模型修正和改進的基礎(chǔ)上,構(gòu)建了灌區(qū)農(nóng)田退水污染評價模型,運用實測數(shù)據(jù)對模型參數(shù)的敏感性進行了分析,并評價了模型在

4、研究區(qū)域的適用性,研究表明:改進后的SWAT模型在研究區(qū)域有較好的適用性,校核期和驗證期的NS系數(shù)均在0.6以上,相關(guān)系數(shù)大于0.7,模擬的結(jié)果令人滿意。
　　 (3)運用SWAT模型對研究區(qū)域農(nóng)田退水污染負荷的來源以及污染負荷在空間和時間上的分布特征進行了分析,研究表明:西排水溝中氮磷污染負荷絕大部分來自于耕地,TN和TP負荷分別占總負荷的98.99％和99.23％;耕地對污染負荷的貢獻,主要來自于稻田,稻田TN和TP負荷分別

5、占總負荷的77.34％和75.65％;氮磷負荷的空間分布與土地利用類型的分布一致,主要集中在耕地；在時間上氮磷負荷主要集中在5-8月的灌溉和施肥季節(jié)。
　　 (4)利用模型模擬了不同水氮管理措施對研究區(qū)域稻田TN負荷和產(chǎn)量的影響。研究表明:水稻產(chǎn)量和TN負荷隨施氮量的減少而降低,但遞減的規(guī)律有所不同,前者成對數(shù)型遞減,后者成指數(shù)型遞減；與研究區(qū)域的現(xiàn)狀相比,施氮量減20％后,稻田退水中的TN負荷減少了24.3％,而產(chǎn)量僅降低了4