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流域面源污染径流模拟方法研究

作　者: 乔平林
导　师: 张继贤；燕琴；刘正军
学　校: 中国测绘科学研究院
专　业: 大地测量与测量工程
关键词: GIS 遥感数学模型小江流域化学污染物径流
分类号: P334.92
类　型: 博士论文
年　份: 2007年
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内容摘要

本文在科技部项目“三峡库区生态环境变化与安全的遥感监测技术”为依托，选择了美国农业部农业研究所开发的SWAT(Soil and Water Assessment Tool)模型，在GIS和遥感技术的辅助下，在重庆小江流域进行了化学径流的计算机模拟研究。主要研究内容和研究成果如下：1．在国内首次利用基于机理的数学模型实现了较大自然流域化学径流分布式计算机模拟。这一模拟是通过SWAT，模型及GIS和遥感技术进行的，流域面积也较大，达到1005km~2。获得了小江流域及其52个子流域的按年和月输出的多种养分的模拟值；并利用2001年和2005年两期的土地利用分别对重庆小江流域的化学径流进行了计算机模拟，从时间(年和月)和空间上分别对模拟的结果进行了分析研究。2．进行了SWAT模型所需相关参数的提取研究。笔者对研究区的实地考察，并进行相关数据的收集和实测，包括土地利用、土壤饱和导水率、土壤容重和土壤各种化学参数(如有机氮、有机磷和可溶性磷等)，以及后来所进行的土壤层有机碳含量的转化等。并利用GIS的优势，进行了参数提取的研究。3．分析了土地利用方式与化学径流之间的关系。选择了2001年和2005年两期中模拟值变化较大的12个典型子流域，分析了两期土地利用变化与模拟值之间的关系。为农业的可持续发展和流域的综合治理与规划提供了有意义的参考，为实现农业的最佳管理措施提供了一定的技术支持和依据。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-8
第一章绪论  8-25
  1.1 研究背景及研究的目的和意义  8-10
    1.1.1 研究背景  8-9
    1.1.2 研究目的和意义  9-10
  1.2 研究中涉及的有关概念  10-13
    1.2.1 点源污染和非点源污染  10-11
    1.2.2 空间离散化和空间参数化  11-13
  1.3 国内外研究现状  13-18
    1.3.1 国外  13-17
    1.3.2 国内  17-18
  1.4 SWAT模型N,P模拟的原理  18-23
    1.4.1 SWAT模型中N模拟的原理  19-21
    1.4.2 SWAT模型中P模拟的原理  21-23
  1.5 研究技术路线  23-25
    1.5.1 准备工作  23
    1.5.2 野外调查  23-24
    1.5.3 室内研究分析  24-25
第二章 SWAT模型的结构简述  25-31
  2.1 功能模块和理论基础  25-29
    2.1.1 土壤温度(SOIL TEMPERATURE)  25
    2.1.2 水文(HYDROLOGY)  25-27
    2.1.2 气象(WEATHER)  27
    2.1.4 产沙(SEDIMENTATION)  27-28
    2.1.5 作物生长(CROP GROWTH MODEL)  28
    2.1.6 养分侧NUTRIENTS)  28
    2.1.7 农药/杀虫剂  28-29
    2.1.8 农业管理因素模拟(AGRICULTURAL MANAGEMENT)  29
  2.2 SWAT模型的演算组件(ROUTING COMPONENTS)  29-31
    2.2.1 河道演算(CHANNEL FLOOD ROUTING)  29
    2.2.2 河流泥沙演算(CHANNEL SEDIMENT ROUTING)  29-30
    2.2.3 河道内养分和杀虫剂的演算(CHANNEL NUTRIENT AND PESTICIDE ROUTING)  30
    2.2.4 水库内的演算(RESERVOIR ROUTING)  30-31
第三章研究区概况及基础数据  31-36
  3.1 研究区概况  31-32
    3.1.1 地理位置  31
    3.1.2 地理特征  31-32
  3.2 基础数据  32-33
    3.2.1 该土地利用类型相应的管理情景  32-33
    3.2.2 该管理情景中涉及的作物生长数据库  33
    3.2.3 该管理情景中涉及的其它数据库,如化肥类型、农药类型等  33
  3.3 基于GIS的空间插值  33-34
    3.3.1 DEM  33
    3.3.2 雨量站  33-34
  3.4 基于G1S的子流域与信息自动提取  34-36
第四章模型参数提取及模型数据输入  36-51
  4.1 土地利用的参数提取  36-38
  4.2 土壤类型数据的提取  38-39
  4.3 土壤饱和导水率、土壤容重和有机碳含量参数提取  39-45
    4.3.1 土壤饱和导水率的测定  40-42
    4.3.2 土壤容重的测量  42-43
    4.3.3 土壤有机碳参数的提取  43-45
  4.4 土壤化学数据的参数提取  45
  4.5 气象观侧数据  45-46
  4.6 水文和水库资料  46
  4.7 农业管理数据的提取  46
  4.8 模型数据的输入  46-51
第五章 SWAT模型运行结果与分析  51-67
  5.1 以2001年土地利用为数据的模拟结果及分析  51-56
    5.1.1 年输出结果及分析  51-56
  5.2 以2000年土地利用为数据的模拟结果及分析  56-58
    5.2.1 年输出结果  56-57
    5.2.2 月输出结果  57-58
  5.3 子流域9年平均的模拟结果  58-60
  5.4 两期模拟结果的比较分析  60-62
    5.4.1 小江流域两期年模拟值比较  60
    5.4.2 小江流域两期月模拟值比较  60-61
    5.4.3 子流域两期5年年平均模拟值比较  61-62
  5.5 模拟结果的意义及应用  62-63
  5.6 流域总量实验结果与分析  63-66
    5.6.1 类型源污染物流失  63-64
    5.6.2 流域出口污染物输送  64-66
  5.7 总结  66-67
第六章结论与展望  67-70
  6.1 主要成绩  67-68
  6.2 不足之处  68-69
  6.3 展望  69-70
参考文献  70-73
作者简历  73-75
致谢  75

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