南四湖流域非点源氮磷污染来源解析与调控模拟研究

发布时间：2020-04-05 02:53

【摘要】：非点源污染又称面源污染,是当今影响水质的最大因素,也是一个难以控制的世界问题。南四湖流域非点源氮磷污染,是影响南四湖及南水北调东线水质的主要因素,明确南四湖流域非点源氮磷污染的来源及其主要影响因素,并采取合理有效的调控模拟措施对流域水资源管理和南水北调东线工程成功有决定性的意义。本文建立一种基于水文和水质数据断面非点源污染分割方法,获取了南四湖流域11个典型流域非点源污染时空演变空间数据序列;通过考虑污染物迁移和溶解过程改进了输出系数模型,对南四湖流域非点源氮磷污染来源进行了定量解析,基于效益评估模型并对不同组合情景下调控措施的非点源污染削减效果和所需费用进行了模拟与优选。研究结果表明:(1)非点源氮磷污染是南四湖流域水污染的主要来源,南四湖流域非点源氮磷污染占总污染的比例分别为65.9%和66.8%。枣庄市、菏泽市、济宁市和泰安市的非点源总氮污染的贡献率分别为14.7%、35.8%、45.4%和4.1%;非点源总磷污染的贡献率为14.5%、37.6%、43.8%和4.1%。(2)基于改进输出系数法对非点源氮磷污染来源解析发现,土地利用、牲畜养殖和农村生活中非点源总氮污染比例分别为33.6%,25.9%和40.5%,总磷污染比例分为31.6%,43.7%和24.7%;不同土地利用类型非点源氮磷污染来源分析中,旱地贡献比例分别为81.3%和81.9%。(3)基于统计分析的非点源污染影响因素定量分析发现,非点源总氮污染主要正向因素是年牛养殖和年径流量,相对贡献率为23.57%和7.52%,非点源总磷污染主要正向影响因素为年牛养殖、年末农业人口和年度农药量,相对贡献率为39.75%、14.10%和8.07%;非点源总氮污染主要抑制因素为建设用地面积、国内生产总值和年末总人口,相对贡献率为35.21%、21.25%和9.71%;非点源总磷污染主要抑制因素为建设用地面积和国内生产总值,相对贡献率为19.19%和17.57%。(4)通过恢复防护费用,机会成本等方法模拟了6°以下耕地保护性耕作、6-15°种植等高植物篱、畜禽散养户沼气池、滨岸植被缓冲带+免耕等9个调控措施情景发现:畜禽散养户沼气池、6°以下耕地保护性耕作和滨岸植被缓冲带+免耕的非点源氮磷污染负荷减排效果较好,总氮削减量分别为8133.02t、7642.24t和4709.75t;总磷削减量分别为1344.41t、1170.72t和2341.45t。调控情景中经济效益较好的是测土配方施肥技术和6°以下耕地保护性耕作,分别为3739.36万元和5482.80万元。(5)通过减污效果和经济效益的综合评价,本论文首先推荐大力推广耕地保护性耕作和测土配方施肥技术措施,其次是畜禽散养户沼气池,此外,滨岸植被缓冲带+免耕所需费用较低,环境效益较显著,运行维护费用低,也值得推荐。
【图文】：

微山湖四个相互连贯的湖泊构成。最大水面积约为 1266km2，占山东省淡水水域面积 45%（济宁市科学技术委员会编写，1987）。南四湖流域覆盖济宁、菏泽、枣庄、泰四个市，面积约 29000 km2，其中泰安只含有宁阳县。南四湖主体方向主要呈西北—南东延伸，中间较两端更加细长，形状宛如哑铃。整湖由拦湖大坝分为北部的上级湖和南部的下级湖，拦湖大坝也称为二级坝，有节制闸船闸，上级湖、下级湖最大湖面分别为 602 km2，664 km2；最高水位分别为 36.5m 35m；死水位 33m 和 31.5m；前者注入河流 29 条，占全湖总集流面积的 88.4%，后注入河流 24 条，占全湖总集流面积的 11.6%，南四湖是输水干线流经山东省的重要滞水源地。全湖最大水库容量为 47.31×108m3，水利利用水库容量为 17.02×108m3，成华北区域一座集蓄洪、灌溉、水产和航运等为一体的综合利用水库型湖泊。南四湖东部临界京沪铁路，行政单位临界枣庄市、滕州市和邹城市；西南与江苏省沛县和铜山县接壤；西北与鱼台县、金乡县和济宁市任城区为邻，整个湖面归济宁市山县管辖。

山东师范大学硕士学位论文3 南四湖流域非点源氮磷污染时空演变分析3.1 子流域划分与典型流域选择3.1.1 子流域划分非点源污染伴随着降雨和径流的产生而发生，因此，非点源污染物的迁移规律符水文生态学原理，在对南四湖流域进行面源污染研究前，需要先进行子流域的划分。研究在 ArcSWAT 软件中，以南四湖流域范围内河流监测断面为出水口，，基于美国国航空航天局 30M 分辨率 DEM 数据和历史经验，选取汇水面积阈值为 100 hm2，进行子域划分。由于南四湖流域西南部的菏泽市以平原地形为主，基于 ArcSWAT 的子流域分效果不佳，因此，在西南部平原区本研究参考山东省环保厅划定的山东省流域控制面图（图 3-1）进行划分。
【学位授予单位】：山东师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：X524

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