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基于SWAT模型的典型小流域非点源污染控制研究

作　者: 戴露莹
导　师: 王飞儿
学　校: 浙江大学
专　业: 环境工程
关键词: SWAT 非点源污染 USLE 风险评估最佳管理措施水质响应
分类号: X522
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

水环境问题已成为我国亟待解决的重大环境问题之一,非点源污染是我国重要流域水质恶化的主要原因之一。苕溪作为太湖流域的主要入湖河道之一,其水质的好坏直接关系到太湖水质。随着点源污染治理的加强,非点源污染在苕溪流域所占比重逐渐增大。但目前对苕溪流域非点源污染的迁移和转化规律了解甚少,因此,难以提出有效的措施从根本上解决流域水污染问题。鉴于此,本研究采用数学统计分析法、地理信息技术(Geographical Information System, GIS)和模型模拟等方法对东苕溪上游典型小流域农业非点源污染进行源解析与控制研究,深入了解小流域农业非点源污染物的来源、贡献、迁移和转化规律,从宏观尺度上识别全流域水土流失,非点源负荷流失及其关键源区,并进行流域农业非点源最佳管理控制措施(Best Management Practices, BMPs)研究,为整个流域非点源污染控制策略的制定提供依据。主要研究内容和成果如下：(1)通过对径流量、泥沙、营养盐负荷进行率定及验证,建立适用于东苕溪流域上游典型小流域农业非点源污染模型-土壤水体评价模型(SWAT)。依据瓶窑大桥站1999-2008年的监测数据进行径流和水质的率定。模型率定期径流、泥沙、氨氮及总磷的相关系数R2分别为0.90、0.96、0.89、0.72,验证期径流、泥沙、氨氮及总磷的相关系数R2分别为0.83、0.80、0.81、0.74,均表现为较好的吻合性。(2)基于GIS信息平台,采用土壤流失评估模型(USLE)对东苕溪典型小流域的土壤侵蚀强度进行估算评价,识别了土壤流失关键源区。结果表明,东苕溪典型小流域土壤侵蚀方式主要为水力侵蚀,年均土壤侵蚀模数为2347 t/km2；土壤侵蚀强度属轻度侵蚀,呈现南北两端高,中部地区低的趋势；不同土地利用类型土壤侵蚀强度差异显著,年均侵蚀模数城镇用地>农村生活用地>耕地>林地>园地；中度及强度侵蚀区主要发生在陡坡带及坡度为7°-12°的耕地,极强度及剧烈侵蚀区主要集中在坡度大于12°的耕地、城镇用地及农村用地。(3)建立以污染源统计调查、土壤侵蚀评估、非点源污染模拟为基础的非点源污染流失风险评价指标体系及评价方法,确定了流域的非点源流失风险区。结果表明,东苕溪上游典型流域处于极度敏感区、高度敏感区、中度敏感区、轻度敏感区和微度敏感区的面积分别占全流域总面积的24.3%、38.4%、11.4%、16.8%和9.1%；水土流失是引起土壤氮磷损失的重要原因,其程度受到降雨强度、地形地貌、土地利用方式和植被覆盖等因素的影响；氮、磷形态是影响其流失的重要影响因子。(4)在非点源风险评估的基础上,选择能够代表流域整体面貌的典型区域设置BMP执行区域,应用SWAT模型从养分管理(化肥削减10%、化肥削减20%)、耕作管理(等高线带状种植、沿等高线开沟)、景观管理(5%退耕还林、10%退耕还林)三方面对BMP控制区设置6种情景模拟流域2000年-2008年非点源负荷的控制效果及河道水质响应情况。结果表明,执行等高线带状种植措施对污染物的整体削减效果及水质改善作用显著,其中泥沙、有机氮、有机磷的削减量分别为52.48%、31.2%和31.09%,河道泥沙、氨氮、总磷浓度分别下降了9.3%、27.2%和25.3%；退耕还林措施对泥沙及污染负荷的削减和水质改善有一定的作用,而化肥削减并不是东苕溪上游典型流域非点源削减的有效措施。

全文目录

致谢  6-7
摘要  7-9
ABSTRACT  9-13
第一章绪论  13-23
  1.1 研究背景  13-14
  1.2 非点源污染定义、发生机理及其基本特征  14-15
    1.2.1 非点源污染定义  14
    1.2.2 非点源发生机理  14
    1.2.3 非点源污染特征  14-15
  1.3 国内外非点源污染研究现状  15-21
    1.3.1 非点源污染模型研究  15-17
    1.3.2 非点源污染控制研究  17-21
  1.4 研究目标、内容及技术路线  21-23
    1.4.1 研究目标  21
    1.4.2 研究内容  21
    1.4.3 技术路线  21-23
第二章典型小流域目标污染物核定及特征分析  23-37
  2.1 研究区域概况  23-25
    2.1.1 地理位置  23
    2.1.2 自然环境  23-24
    2.1.3 水环境现状  24-25
  2.2 非点源污染负荷统计及核定方法  25-30
    2.2.1 苕溪流域非点源污染核谱及核定数据来源  25-26
    2.2.2 非点源污染负荷排放系数  26-30
  2.3 典型小流域非点源污染负荷核定  30-37
    2.3.1 各类非点源污染负荷空间分析  30-33
    2.3.2 流域非点源污染负荷总量分析  33-35
    2.3.3 小流域非点源污染负荷调查总结  35-37
第三章典型小流域非点源污染模型构建  37-54
  3.1 空间数据构建  37-40
    3.1.1 地图投影和坐标变换  37
    3.1.2 地形信息图层的制备  37-38
    3.1.3 专题信息图层的制备  38-40
  3.2 属性数据构建  40-49
    3.2.1 气象数据  41-42
    3.2.2 土壤数据  42-46
    3.2.3 流域农业生产状况  46-49
    3.2.4 流域工业点源状况  49
  3.3 SWAT模型的率定及验证  49-54
    3.3.1 参数敏感性分析  49-50
    3.3.2 模拟精度及适用性评价  50-51
    3.3.3 模型率定参数确定  51-52
    3.3.4 径流、泥沙及水质校核  52-54
第四章非点源污染流失风险评估及区划  54-70
  4.1 评价方法的确立  54-56
    4.1.1 评价指标体系确立  54-55
    4.1.2 土壤侵蚀评估模型  55-56
    4.1.3 非点源负荷输出模型  56
  4.2 数据来源及确定  56-61
    4.2.1 降雨径流因子R  56-57
    4.2.2 土壤可侵蚀因子K  57-58
    4.2.3 坡度坡长因子SL  58-59
    4.2.4 植被覆盖因子C和水土保持因子P  59-61
  4.3 评价结果  61-68
    4.3.1 土壤流失风险及影响因子分析  61-64
    4.3.2 基于SWAT模型的非点源模拟  64-66
    4.3.3 非点源流失风险评价  66
    4.3.4 土壤流失与非点源流失关系分析  66-68
  4.4 小结  68-70
第五章小流域非点源污染控制最佳管理措施(BMPs)筛选  70-80
  5.1 最佳管理措施评估模型简介  70-71
  5.2 BMPs情景方案  71-74
    5.2.1 BMPs研究区确定  71-72
    5.2.2 BMPs方案设计  72-74
  5.3 不同管理措施情景分析  74-79
    5.3.1 污染负荷控制效果  74-78
    5.3.2 小流域水质响应分析  78-79
  5.4 小结  79-80
第六章结论与展望  80-84
  6.1 研究结论  80-81
  6.2 论文创新点  81-82
  6.3 存在的不足  82
  6.4 研究展望  82-84
参考文献  84-90
作者简历  90

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