基于InVEST模型的海河流域农业面源污染负荷估算

发布时间：2020-11-02 09:09

　　 随着点源污染得到有效控制,农业面源污染由于监测难度大、隐蔽性强、传播范围广、风险性高等特征已经成为我国湖泊或流域水质恶化的主要原因,不仅损害区域生态系统,还会对农产品质量安全、农业可持续发展甚至对人体健康构成严重威胁。因此,研究典型流域的农业面源污染具有十分重要的现实意义。本文以海河流域为研究区,将InVEST模型与GIS技术相结合,运用气象数据、土地利用类型、DEM、统计数据等,模拟了2015年流域氮磷输出负荷空间分布,结合ARCGIS、GeoDA软件对流域氮磷负荷进行空间分析,进一步探讨各影响因子与污染物输出负荷之间的关系,最后通过建立不同情景分析,为防治农业面源污染提供建议。研究结果如下:(1)采用修正的NDR模型对流域污染物负荷进行定量估算。结果表明,流域氮磷输出负荷空间分布呈现差异性。土地利用类型产生的氮、磷负荷分别为52642943.74kg、10467712.32kg;农田面源污染匹配模式产生的氮、磷负荷分别为34934309.20kg、8076608.01kg。(2)基于ARCGIS对污染物负荷进行热点分析。结果表明土地利用类型产生的氮肥热点区与冷点区分别分布在中部平原和北方山区;而磷肥热点区集中在南部,冷点区集中在渤海湾周围。由农田面源污染模式产生的氮磷肥热点区均分布在流域南部,冷点区分布在流域西部及渤海湾附近。(3)基于GeoDA软件对污染物负荷进行空间自相关分析。土地利用类型及农田面源污染模式下的氮磷输出负荷的全局moran'I0.5,表明空间上存在正相关,且局部空间自相关分布在空间上存在差异性。(4)旱地产生的污染物输出量最多,林地、草地由于过滤能力强,污染物输出量较少;两熟作物的污染物负荷大于一熟作物的污染物负荷,蔬菜的污染物负荷大于其它两熟作物的污染物负荷;流域污染物负荷随降雨量的增大而增加;坡耕地污染物负荷大于平原地区;农田化肥施用量与污染物负荷成正比关系。(5)减少农田化肥施用量可大大降低流域污染物的输出量,同时在水系附近一定范围内建设河岸缓冲区,同样可以减少污染物的产生。
【学位单位】：东华理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：X71;X52
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 研究背景与意义
        1.1.1 研究背景
        1.1.2 研究意义
    1.2 农业面源污染概述
        1.2.1 农业面源污染概念与特征
        1.2.2 农业面源污染主要来源及危害
    1.3 国内外研究进展
        1.3.1 农业面源污染模型研究进展
        1.3.2 InVEST模型研究进展
    1.4 研究内容及技术路线
        1.4.1 研究内容
        1.4.2 技术路线
    1.5 论文组织结构
2 研究区概况
    2.1 自然概况
        2.1.1 地理位置
        2.1.2 地形地貌
        2.1.3 气候条件
        2.1.4 植被分布
    2.2 社会经济概况
        2.2.1 人口分布概况
        2.2.2 经济概况
3 基于InVEST模型的海河流域氮磷负荷估算
    3.1 农田面源污染模式匹配原则
    3.2 基础数据库的建立
        3.2.1 农区分布
        3.2.2 坡度分布
        3.2.3 土地利用类型
        3.2.4 梯田分布
        3.2.5 种植模式
        3.2.6 农田面源污染匹配模式匹配结果
    3.3 海河流域化肥施用量及农田面源污染模式的氮磷肥参数区域化
        3.3.1 海河流域化肥施用量及化肥施用比例变化特征
        3.3.2 海河流域各地级市化肥施用量时间变化特征
        3.3.3 海河流域各地级市化肥施用量空间变化特征
        3.3.4 基于农田面源污染模式的地级市氮磷肥施用参数区域化
    3.4 基于In VEST模型的氮磷肥输出负荷估算
        3.4.1 1 InVEST模型营养物传输比（NDR）模型原理
        3.4.2 修正的营养物传输比（NDR）模型原理
    3.5 模型数据库的建立
        3.5.1 DEM数字高程数据
        3.5.2 优化的土地利用类型
        3.5.3 营养物径流替代数
        3.5.4 子流域
        3.5.5 生物物理表及其它参数
    3.6 模拟结果与分析
        3.6.1 土地利用类型产生的氮磷输出负荷空间分布
        3.6.2 不同农田面源污染模式的营养物输出量空间分布
    3.7 本章小结
4 海河流域农业面源污染特征分析
    4.1 海河流域营养物输出量热点分析
        4.1.1 热点分析原理
        4.1.2 热点分析结果
    4.2 海河流域营养物输出负荷空间自相关分析
        4.2.1 空间自相关分析原理
        4.2.2 空间自相关权重矩阵建立
        4.2.3 空间自相关分析结果
    4.3 海河流域营养物输出负荷与各环境因子的之间的关系
        4.3.1 不同土地利用类型的氮磷输出负荷变化
        4.3.2 不同农田面源污染的氮磷输出负荷变化
        4.3.3 不同降雨等级的氮磷输出负荷变化
        4.3.4 不同坡度等级氮磷输出量变化
        4.3.5 氮磷肥施用强度与氮磷肥输出量变化关系
    4.4 本章小结
5 海河流域农业面源污染情景模拟及污染物控制建议
    5.1 农业面源污染情景设置
        5.1.1 源头减施情景分析
        5.1.2 末端强化情景分析
    5.2 农业面源污染情景分析模拟结果与评价
    5.3 农业面源污染控制建议
        5.3.1 海河流域农业面源污染技术管理
        5.3.2 海河流域农业面源污染政策管理
    5.4 本章小结
6 结论与展望
    6.1 结论
    6.2 创新点
    6.3 不足与展望
致谢
参考文献
攻读硕士学位期间的主要学术成果

【参考文献】

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本文编号：2866842