内蒙古河套地区流域非点源污染模拟及区域污染物总量控制研究

发布时间：2020-03-23 07:45

【摘要】：水环境污染的形式分点源污染和非点源源污染。但随着点源污染得到有效的控制后,水体水质并没有得到明显的改善,这时人们才认识到非点源污染的存在和危害性。据统计,目前全球有30%~50%的地表水受到非点源污染的影响,其中又以农业非点源污染贡献率最大。由于受土壤、地形、气候、水文、土地利用和管理方式等众多因素的影响,农业非点源污染存在明显的地域性和不平衡性,污染负荷空间差异性非常显著。实地监测的方法虽较为准确,但往往需要大量的人力物力,而且只适用于小尺度检测,难以反映流域尺度上非点源污染的过程和机理。因此,模型模拟是目前用来分析非点源污染空间分布问题较为有效的技术方法,运用GIS,RS,GPS与水文模型相结合,以环境问题为导向,评估非点源污染对环境的影响已被广泛应用,并在工程实践和管理中取得了较好的效果。SWAT模型是目前应用较广的分布式水文模型,模型构建的准确与否是径流模拟的关键。文中选择典型代表内蒙古河套灌区流域为例,提出了以修正系数法处理小地形起伏,联合“Burn-in”和“高程增量叠加算法”对流域DEM进行处理,并在土地利用图的基础上确定了山区、平原复合地貌流域边界,合理地构建分布式的物理水文模型SWAT模型。在采用SWAT模型对河套灌区流域的水文循环过程和污染物运移特征进行模拟分析时,文中在敏感性分析的结果基础上,采用手动校准和自动校准相结合的方法对径流模拟的相关参数进行了率定,模型率定期R~2=0.82,NSE=0.78,验证期R~2=0.80,NSE=0.77,均超过了评价指标中R~2=0.60,NSE=0.50的可行性要求;TN、TP的模拟结果,其评价指标R~2和NSE也均满足要求,说明模型模拟结果可信可行。同时模拟分析了TN、TP的负荷量及变化趋势,揭示了灌区流域的径流及非点源污染与灌区平原内的管理措施(灌溉水量、灌溉时间、施肥量等)的相关关系。结果说明,TN负荷量在月时间变化尺度上,其趋势与径流的趋势基本一致,年内的两个峰值一个出现在植物生长期内,另一个在秋浇期灌溉时期,污染物的贡献主要来源于灌区平原内小麦地;TP负荷量在月时间尺度上的变化趋势与年内降水的时间密切相关,峰值均出现在每年的6、7、8月份雨季,其污染物贡献主要来源于葵花地和东北部山地流失。依据灌区目前施肥情况,对比分析了两种施肥方式情景下TN负荷的变化情况。以小麦和玉米为例,比较了两种情景下的的TN负荷量。结果发现种肥+追肥的施肥方式相比单一的施肥方式能有效的削减氮的流失量,削减率达到13%,主要表现为浅层地下水部分,对地表径流部分几乎没有影响。采用应用输入输出的零维Dillon模型计算出流域内受纳水体乌梁素海在景观用水Ⅲ类水质标准条件下的水环境容量,计算出TN和TP的水环境容量分别为980 t和140 t。利用基尼系数法评价了总量分配方案的的合理性,并对乌梁素海的水环境容量进行分配,计算出临河、五原、磴口、杭锦后旗四个行政区的各自水环境容量。利用SWAT模型验证了分配的结果的合理性,结果表明模型输出2007~2013年排放负荷在入湖水量不少于5亿m~3时,水质能达到Ⅲ类水质标准。灌区分布式模型的建立,为区域内水文循环过程研究和非点源污染的相关研究提供了技术支持,同时通过计算灌区流域内的水环境容量及分配研究,为相关部门针对灌区流域的非点源污染控制提供参考依据。
【学位授予单位】：内蒙古农业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：X52

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