阿什河流域非点源污染分布特征解析与防控策略

发布时间：2020-06-20 09:09

【摘要】：发达国家的经验表明,单纯对点源进行治理无法从根本上解决水质恶化问题,非点源污染已逐渐成为人们关心的污染形式。阿什河流域是我国的粮食主产区之一,区域内长期高强度农业生产方式导致化肥施用总量持续增加,有效利用率降低,大量残留的化肥养分迁出土体,污染地表水及地下水。相关研究结果表明,阿什河目前已成为松花江干流水质的主要污染源之一,并且流域内的非点源污染已经超过了点源污染。强烈的人类活动在不断的改变土地利用的方式与景观格局,影响了流域内的产汇流状况,进而影响了流域内的水环境质量。因此,探讨土地利用与非点源污染的之间的关系,对阿什河流域水质的污染过程认知与控制管理具有重要的实践意义。首先本研究以阿什河流域为研究区,建立了本地化的非点源污染数据库,并以此为基础建立了研究区的SWAT(Soil and Water Assessment Tool)模型。率定与验证结果表明,所构建的模型适用于阿什河流域的径流与总氮及总磷模拟。基于建立的SWAT模型,本研究对阿什河流域的非点源污染时空特征进行了解析。研究结果表明:在年际间,非点源总氮与非点源总磷负荷的变化受到地表径流与施肥量的共同影响,但受到地表径流的影响更直接;在年内,非点源总氮与非点源总磷污染主要集中在汛期(5-9月),非点源总氮汛期产生的污染物在丰水年、平水年、枯水年分别占全年总量的72.47%、59.86%和53.92%,非点源总磷汛期产生的污染物在丰水年、平水年、枯水年分别占全年总量的87.25%、87.02%和87.30%;在空间上,阿什河流域非点源总氮与总磷空间差异显著,下游左岸区域为非点源污染最严重的区域,中游次之,下游右岸与上游区域最低。利用Arc GIS与Fragstat软件分析了流域内各时期土地利用类型与景观格局的变化,探讨了土地利用与非点源总氮与非点源总磷污染之间的关系。研究结果表明:耕地与林地是流域内的主要土地利用方式,两者合计超过了流域面积的92%,非点源污染与土地利用类型及景观格局关系密切,非点源总氮与非点源总磷的污染输出风险为耕地城镇用地草地林地;景观格局多样性越丰富,且分布越不均衡,则非点源总氮与非点源总磷污染越严重,景观格局最大斑块的优势度越大,破碎性越小,且相互之间的连通性越好,则非点源总氮与非点源总磷污染越小。通过情景模拟技术分别模拟了退耕还林、等高种植、化肥减量与植被过滤带等非点源管理措施及其综合效果。结果表明:通过坡耕地退耕还林,可减少1.03-5.35%的非点源总氮负荷与0.94-8.09%的非点源总磷负荷;通过等高耕作,可减少0.51-2.77%的非点源总氮负荷与0.49-4.54%的非点源总磷负荷;通过20%的化肥减量,可减少0.65-6.52%的非点源总氮负荷与0.01-2.95%的非点源总磷负荷;20 m的植被过滤带可减少42.62-69.51%的非点源总氮负荷与80.09-86.27%的非点源总磷负荷。通过综合管理措施,可减少34.90-54.36%的总氮负荷以与35.32-60.89%的总磷负荷。为达到《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)中Ⅳ类水体总氮与总磷的浓度标准,2006-2010年尚需削减45.87-82.53%的点源总氮负荷与35.58-66.85%的点源总磷负荷。最后,综合地理位置、土地利用、坡度、干湿性与非点源污染负荷等因素将阿什河流域进行了污染控制单元的划分,并给出了相应的非点源污染控制管理建议,进而指导流域管理与规划。综上所述,本研究综合应用了数值模拟、地理信息学、景观学以及生态学等方法与原理,对阿什河流域的非点源总氮与非点源污染负荷进行了定量化计算,分析了非点源总氮、非点源总磷污染与土地利用之间的关系,应用情景模拟技术对污染削减措施及其效果进行了定量化评价,在此基础上对阿什河流域进行了污染控制区的划分,并给出了综合管理措施建议。本研究对全面认识阿什河流域水污染的成因具有重要科学意义,并且对为阿什河流域水环境综合治理与水资源保护提出了有科学依据的控制措施。同时,也可为其他相似条件流域的水资源综合管理与决策工作提供科学依据。
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：X52
【图文】：

技术路线图

第 2 章 流域概况与基础信息数据收集及标准化 2 章 流域概况与基础信息数据收集及标准究区概况河流域地理位置位于 126°40′20″E～127°43′33″E 与 45°″N 之间，如图 2-1 所示。流域面积 3545 平方公里，流域总人口经过阿城市区及周边 18 个乡镇，并接纳信义沟等沟渠排水。什河是松花江右岸一级支流，发源于松峰山镇大个子岭脚下北向西南流入西泉眼水库，由水库泻下，折向西北，流经尚志外等区县后，于哈尔滨市东北方位汇入松花江，全长 257 公

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本文编号：2722200