基于HSPF模型氮磷污染模拟与防控对策研究

发布时间：2020-04-02 16:39

【摘要】：东牙溪流域位于三明市境内,随着经济社会发展,农业、生活污水大量排放进入水体,河流水质呈下降趋势,而位于东牙溪下游的东牙溪水库,是三明市区重要的饮用水源地,担负着30多万人口饮用供水重任,近年来水库受到上游支流影响,水库出现溶解氧过饱和,pH值和总氮增高,局部水域表层藻类大量繁殖的现象,水体富营养化特征明显,威胁到三明市饮用水安全和可持续发展。目前针对东牙溪水体水质变化和周边面源污染的研究已有不少,但利用模型模拟方法系统研究东牙溪水库污染来源还未见报道。本文以东牙溪流域为研究对象,通过收集流域的水文水利、污染源、气象等资料和水质监测结果,结合实地采样、调研与内源释放模拟试验,评价流域水环境质量,分析流域水环境状况,探讨流域氮磷污染物主要来源。基于DEM、土地利用、水系等空间数据和气象、水文、泥沙、水质等属性数据构建HSPF模型,并对模型进行校正与验证,以及进行不确定性分析,在此基础上建立了适合东牙溪流域的HSPF模型,同时开展不同情景方案模拟,探讨不同情景下流域污染物的削减效果,并提出相应防控对策,为东牙溪流域环境管理和水污染防控提供科学依据。研究结果表明:(1)东牙溪流域水环境状况总体良好,其中流域绝大多数支流水质达到Ⅲ类水质标准以上,但是少数支流水质状况较差。东牙溪水库多年水质均达到Ⅲ类水质标准,呈现中营养状态,富营养化程度夏秋季节比冬春较高。(2)东牙溪流域陆源污染主要来自非点源,其氮磷污染负荷分别达129.27t和12.12t,占总陆源负荷的98%。非点源污染主要来自农村生活污染、畜禽养殖和农业污染,三元区中村乡16个行政村位于库区上游,其生活污水、畜禽放养废水、人禽畜粪便、农田施用的农药、化肥等对水质直接构成威胁。TN主要来自农业污染,达95.36t,占非点源污染的67%,农业污染负荷中林地的贡献率最大,占总负荷的51%,耕地次之,占总负荷的33%,果树地最少,占总负荷的16%。TN第二大来源为农村生活污染,达27.81t,占非点源污染的20%。畜禽养殖污染最少,达6.1t,占非点源污染的4%。TP主要来自农村生活污染,达5.1 1t,占非点源污染的4%。TP第二大来源为农业污染,达4.47t,占非点源污染的3%,农业污染中林地的贡献率最大,占总负荷的52.6%,果树地次之,占总负荷的22%,耕地最少,占总负荷的22%。畜禽养殖污染最少,2.54t,占非点源污染的2%。流域点源占总陆源负荷的2%,以笋干生产为主,TN年排放量达到2.178 t,TP年排放量0.167t。(3)通过野外采集库尾、库心、坝头表层沉积物样品,结合东牙溪水库不同季节温度和溶解氧情况,通过野外模拟试验模拟夏季和冬季东牙溪水库氮磷释放,计算释放速率,根据库区底泥面积来估算氮磷释放量,研究结果显示氨氮年释放量达10.7t,活性磷达0.13 t,该结果表明东牙溪底泥释放对东牙溪水库水质会产生一定影响,在东牙溪水库水污染防治中要引以重视。(4)应用HSPF模型构建了东牙溪流域水文与水质模拟模型。水文模块模型年径流量校正期与验证期Re分别为-14.6%和-10%;月径流量校正期与验证期Ens分别为0.76和0.72,R2分别为0.836和0.75;日径流量校正期Ens和R2分别为0.58和0.58。泥沙模块校正期与验证期Re分别为-30%和-5%。水质模块TP校正期与验证期各月月均偏差30%的月份所占比例分别达到79%和71%;水质模块TN校正期各月月均偏差30%的月份所占比例分别达到96%和92%。总体上看,水文、泥沙、水质模拟过程与实测过程总体趋势基本一致,模拟效果好,模型可适用于流域模拟。本研究建立的HSPF模型可以满足东牙溪流域水文水质长期变化过程的需要。(5)采用两种土地利用情景模拟方式,总土地面积保持不变,第一种情景将农业用地面积的30%分配至林地,非点源污染负荷变化小。第二种情景将林地面积的10%分配至建设用地,总土地面积保持不变,污染负荷大部分呈现增加的趋势。点源污染削减情景表明,当笋干负荷量削减50%后,TN、TP月均浓度值均呈现下降的趋势。(6)根据流域水环境状况评价,污染来源分析,结合HSPF水文水质模拟的效果,提出适当调整土地利用结构、控制流域生活污染、调整畜禽养殖规模,引导农户集中制笋,对内源进行清淤等措施;提出生态修复工程、微纳米曝气技术、水生植物净化等工程措施,应用于修复整个水库、库湾、入库前河流水质状况的修复。
【图文】：

分布图,溪流,村庄,分布图

明市重要的饮用水源地，位于中村乡牛岭村下游３邋ｋｍ处的河段上，水库总库容逡逑２２６３万ｍ３，日供水能力为１２．５万吨，担负着三明市区２０多万人口饮用水的重逡逑任，还具有灌溉、发电和防洪等功能［７］，如图２－１。逡逑Ｎ逡逑＋莩洋廂逡逑前gG村邋＾逡逑图例逦＞逦Ｉ逡逑★＝逡逑Ｃ□流域逦＾逡逑图２－１东牙溪流域村庄分布图逡逑Ｆｉｇ．２－１邋Ｔｈｅ邋ｖｉｌｌａｇｅ邋ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ邋ｍａｐ邋ｏｆ邋Ｄｏｎｇｙａｘｉ邋ｒｉｖｅｒ邋ｂａｓｉｎ逡逑－９－逡逑

水系分布,溪流,水系分布

东牙溪所在的三明市地区属于亚热带季风气候，温暖湿润，４？６月为梅雨逡逑季节，７？９月易受台风影响，年平均气温在１６．５？１８．１邋°Ｃ之间，多年平均降雨逡逑量１６７８邋ｍｉｎ。由图２－２可知，，东牙溪主要有杜水溪、筠竹溪、张坑溪、上涤溪、逡逑焙坑溪、埔头城溪、白水溪７条支流。图２－３表明，东牙溪流域降雨量主要集中逡逑于５？９月份，降水量年内分配不均匀，年季变化大，东牙溪流域２０１０？２０１６年年逡逑降雨量分别达到１２５２．５？２４６０．６邋ｍｍ之间。逡逑＿逡逑逦ｉ可逡逑■水庠逦）。Ｓ邋１逦２逦３逦４逡逑ｆ邋＾逦ｗａｔｅｒｓ逡逑Ｉ邋Ｉ邋ｍ逡逑图２－２东牙溪流域水系分布图逡逑Ｆｉｇ．２－２邋Ｔｈｅ邋ｄｒａｉｎａｇｅ邋ｍａｐ邋ｏｆ邋Ｄｏｎｇｙａｘｉ邋ｒｉｖｅｒ邋ｂａｓｉｎ逡逑－１０－逡逑
【学位授予单位】：福建师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：X52

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