伊通河流域非点源污染模拟及不确定分析

发布时间：2017-06-12 14:13

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【摘要】：随着点源污染的有效控制,非点源污染成为了重点关注的水环境污染问题。由于非点源污染在时间和空间上具有隐蔽性、随机性等特点,因此难以进行监测、管理。流域非点源污染模型作为研究非点源污染的主要方法之一,目前广泛应用于流域非点源污染研究中。由于流域非点源污染模型参数众多,因此模型参数的不确定分析也是非点源污染研究中所关注的焦点之一。伊通河是第二松花江的重要支流,对流域内居民的生活有重要影响,同时伊通河流域也是主要的粮食产区。多年来流域内大面积毁林开荒,水土流失严重,大量农药、营养物质等非点源污染物随地表径流汇入伊通河,导致流域非点源污染问题突出,直接威胁伊通河水环境。本文以伊通河流域为研究区,在构建研究区空间数据库和属性数据库的基础上,建立伊通河流域非点源污染SWAT模拟模型,模拟计算研究区非点源污染物泥沙、总氮、总磷的负荷,识别非点源污染物的关键源区,并针对关键源区提出非点源污染物治理措施,预测治理措施的非点源污染负荷削减效果。最后运用蒙特卡洛模拟方法,在建立径向基函数神经网络替代模型代替模拟模型进行模拟的基础上,进行模型参数不确定性分析。研究结果表明:(1)泥沙负荷年均输出量为308.151×104t,总氮负荷年均输出量为1.516×104t,总磷负荷年均输出量为0.357×104t。(2)伊通河流域非点源污染物泥沙、总磷、总氮负荷输出在空间上分布具有相似性,污染的关键源区均集中在伊通河流域的上游区域。(3)分别实施退耕还林和设置植被缓冲带两种非点源污染治理措施,结果显示两种治理措施均对研究区非点源污染物有明显削减。(4)径向基函数神经网络替代模型的输出结果与SWAT模拟模型的输出结果拟合较好,可以替代SWAT模型进行模拟计算。(5)模型参数不确定性分析结果表明:当置信水平为90%和80%时,非点源污染物泥沙负荷输出的置信区间分别为82.08-540.71×104t、149.25-473.55×104t,总氮负荷输出的置信区间分别为0.49-2.62×104t、0.80-2.31×104t,总磷负荷输出的置信区间分别为0.17-0.55×104t、0.22-0.49×104t;在退耕还林情景下,非点源污染物泥沙负荷削减率的置信区间分别为55.95%-60.44%、57.19%-59.20%,总氮负荷削减率的置信区间分别为27.67%-31.20%、28.51%-30.37%,总磷负荷削减率的置信区间分别为27.22%-30.67%、28.30%-29.50%;在设置植被缓冲带情景下,泥沙削减率的置信区间分别为30.88%-33.72%、31.15%-32.45%,总氮削减率的置信区间分别为21.27%-24.20%、22.72%-23.74%,总磷削减率的置信区间分别为21.54%-24.10%、22.52%-23.22%。(6)模型参数不确定分析结果表明:非点源负荷不确定性最大的是总氮负荷,然后依次是总磷负荷和泥沙负荷;两种治理措施对非点源污染物削减的模拟结果不确定性最大的均为对总氮负荷的削减,其次是总磷,泥沙最小;植被缓冲带的模拟结果受参数不确定性影响要小于退耕还林。
【关键词】：伊通河 非点源污染 SWAT 蒙特卡洛模拟 不确定分析
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：X52
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-12
• 第1章 绪论12-19
• 1.1 选题依据及研究意义12-13
• 1.2 国内外研究现状13-16
• 1.2.1 非点源污染模拟研究现状13-15
• 1.2.2 非点源污染模拟不确定分析研究现状15-16
• 1.3 研究内容及技术路线16-19
• 1.3.1 研究内容16
• 1.3.2 技术路线16-19
• 第2章 研究区概况19-21
• 2.1 地理位置19
• 2.2 地形地貌19-20
• 2.3 气象20
• 2.4 河流水系20
• 2.5 社会经济20-21
• 第3章 伊通河流域SWAT模型数据库的构建21-32
• 3.1 SWAT模型概述21-25
• 3.1.1 水文过程子模型21-24
• 3.1.2 土壤侵蚀子模型24
• 3.1.3 污染负荷子模型24-25
• 3.2 模型数据库的构建25-32
• 3.2.1 模型空间数据库25-29
• 3.2.2 模型属性数据库29-32
• 第4章 伊通河流域非点源污染模拟32-46
• 4.1 子流域及水文响应单元划分32-33
• 4.1.1 子流域划分32-33
• 4.1.2 水文响应单元划分33
• 4.2 模型参数敏感性分析33-34
• 4.3 模型的校准与验证34-38
• 4.3.1 模型模拟评价指标35
• 4.3.2 模型的校准与验证35-38
• 4.4 伊通河流域非点源污染SWAT模型的应用38-43
• 4.4.1 非点源污染负荷计算38-39
• 4.4.2 非点源污染空间分布特征39-43
• 4.5 伊通河非点源污染治理措施模拟43-46
• 4.5.1 退耕还林44
• 4.5.2 设置河岸植被缓冲带44-46
• 第5章 伊通河流域非点源污染模拟不确定分析46-61
• 5.1 非点源污染模拟不确定分析简介46-47
• 5.1.1 非点源污染模拟的不确定性来源46
• 5.1.2 非点源污染模型参数不确定分析方法46-47
• 5.2 蒙特卡洛模拟方法47-48
• 5.2.1 蒙特卡洛模拟简介47
• 5.2.2 蒙特卡洛模拟不确定分析步骤47-48
• 5.3 拉丁超立方抽样48-51
• 5.3.1 拉丁超立方抽样概述48
• 5.3.2 拉丁超立方抽样步骤48-49
• 5.3.3 抽样结果49-51
• 5.4 非点源污染替代模型51-56
• 5.4.1 RBF神经网络基本原理51-53
• 5.4.2 替代模型精度评价指标53-54
• 5.4.3 替代模型的建立及检验54-56
• 5.5 不确定性分析结果56-61
• 5.5.1 替代模型输出结果56-57
• 5.5.2 区间估计57-59
• 5.5.3 统计描述59-61
• 第6章 结论61-63
• 参考文献63-70
• 作者简介及硕士期间所取得的科研成果70-71
• 致谢71

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 汤洁;张爱丽;侯克怡;李昭阳;田雷;林晓晟;王博;;辽河重污染支流招苏台河径流和泥沙模拟研究[J];水土保持研究;2014年02期

2 V.O.ODONGO;J.O.ONYANDO;B.M.MUTUA;P.R.van OEL;R.BECHT;;Sensitivity analysis and calibration of the Modified Universal Soil Loss Equation(MUSLE) for the upper Malewa Catchment,Kenya[J];International Journal of Sediment Research;2013年03期

3 邓欧平;孙嗣e，

本文编号：444244