基于SWAT模型的哈尔滨磨盘山水库流域非点源污染模拟研究

发布时间：2017-04-19 23:02

  本文关键词：基于SWAT模型的哈尔滨磨盘山水库流域非点源污染模拟研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：哈尔滨磨盘山水库是哈尔滨市市区473.6万人的唯一饮用水水源地,随着社会经济的快速发展,人们环保和健康意识的提高,越来越关注水源地的环境安全问题。哈尔滨磨盘山水库流域主要污染源为非点源污染,采取有效的非点源污染防治措施,减少非点源的污染负荷是保障哈尔滨市的饮水安全,乃至对保证哈尔滨市社会稳定和经济可持续发展起到重大作用。本文通过构建分布式的物理模型SWAT,结合RS、GIS等方法对土地利用LUCC过程,对哈尔滨磨盘山水库流域非点源污染情况进行模拟,揭示了哈尔滨磨盘山水库流域非点源污染的规律,对不同土地利用情景模式预测非点源污染负荷,采用畜禽养殖非点源污染负荷预警值(A值)方法进行了环境风险分析,探讨研究区域非点源污染的最佳管理措施和成本分析,提出生态移民和生态补偿的最佳管理措施,研究的结果对进一步深入研究类似水源地保护、土地管理和利用具有重要的理论意义和参考价值。全文共分为4个部分,8个章节,第1部分即第1章,对非点源污染和水源地保护国内外最新进展进行了综述；第2部分包括第2章、第3章和第4章,主要对研究区域和SWAT模型进行了介绍,基础数据的处理和模型的率定、验证以及研究区非点源污染的现状进行分析；第3部分包括第5章、第6章、第7章、第8章,主要对研究区域进行了非点源污染的模拟,探讨如何有效保护水源地；第4部分是结论。通过研究,主要得出下述结论：(1)成功在哈尔滨磨盘山水库流域构建分布式的物理模型SWAT,进行敏感性分析、率定和验证,相对误差RE不大于20%,模型效率系数Ens不低于0.7,相关系数R2不低于0.68,表明模型当中参数的调教是可信的,模型预测的准确度是有一定保障的,可以满足模型预测的要求。(2)通过对哈尔滨磨盘山水库流域非点源污染的模拟,揭示了研究区域非点源污染的特征,找到主要的人为非点源贡献率是农业非点源。通过分析非点源污染的时空分布规律,说明非点源污染物流失大多数是发生在降雨和地表径流产生期间,汛期泥沙流失量占总流失量86%以上,汛期TN污染负荷占总污染负荷51.29%,汛期TP污染负荷占总污染负荷58.07%。距离水体较近的农村居民点和农田非点源污染负荷较高,对水体水质影响较大。(3)分析磨盘山水库流域土地利用变化情况,得出林地是磨盘山水库流域的主要土地利用类型,其次是未利用地占具较大大比重,从2009年到2013年,土地利用面积变化最大的是草地,由占区域面积1.8%增加到3.12%,增加了1.32%,增加草地面积1503.63hm2,其次是旱田面积变化较大,由占区域面积6.05%减少到5.08%,减少旱田面积1109.79hmz,其他类型土地利用面积变化均不大。(4)通过不同土地利用对非点源污染的影响分析,得出林地具有较强的减水、减沙效应,从非点源污染控制的角度考虑,现有的未利用地及大于15。不宜农耕的坡耕地应一律植树造林、种草,距离水体较近的大贵村、三人班村应尽早搬迁,耕地应退耕还林还草。(5)结合研究区域实际情况,分析了畜禽养殖非点源污染的环境风险。研究区域全年排放养殖废水总量为4.993万吨,其中含有TN1.073吨,TP3.92吨,粪便负荷量估算结果表明了三人班村、永胜林场承受畜禽粪便的能力最强,承受能力最弱的是长征经营所和曙光林场。对该流域村屯分别进行预警值A的求算,只有三人班和大贵村的预警级别达到Ⅲ级,其他地区均为Ⅱ级。(6)对磨盘山水源地非点源污染,采取最佳管理措施是生态移民和采取生态补偿机制。对流域的现有非点源污染负荷进行估算,结果表明研究区域土壤侵蚀的污染价值损失量最大约占45%,农村生活污染损失其次37%,畜禽养殖污染的价值损失最小约18%。本文主要创新点：首次对哈尔滨磨盘山水库流域土地利用LUCC过程的时间和空间变化特征对水库水量和水质的影响进行定量研究,提出了采取态移民和生态补偿的最佳管理措施。为定量化研究、分析和预测哈尔滨磨盘山水库流域非点源污染提供了新的方法。
【关键词】：磨盘山水库 非点源污染 SWAT模型 土地利用/覆被变化
【学位授予单位】：东北林业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：X524
【目录】：

• 摘要3-5
• Abstract5-11
• 1 绪论11-20
• 1.1 研究背景与意义11-13
• 1.1.1 研究背景11-12
• 1.1.2 研究意义12-13
• 1.2 国内外非点源污染和水源地保护研究进展13-17
• 1.2.1 国内外非点源污染研究进展13-15
• 1.2.2 国内外水源地保护研究进展15-17
• 1.3 研究内容和技术路线17-20
• 1.3.1 研究内容17-19
• 1.3.2 技术路线19-20
• 2 研究区概况及非点源污染现状20-31
• 2.1 研究区概况20-25
• 2.1.1 五常市自然概况20-22
• 2.1.2 五常市社会环境概况22-23
• 2.1.3 磨盘山水库自然概况23-25
• 2.1.4 磨盘山水库社会经济状况25
• 2.2 非点源污染现状25-30
• 2.2.1 水源地保护区情况25-26
• 2.2.2 非点源污染来源26
• 2.2.3 研究区非点源污染现状分析26-29
• 2.2.4 研究区点源污染现状分析29-30
• 2.3 本章小结30-31
• 3 SWAT模型基本原理和基础数据处理31-44
• 3.1 SWAT模型基本原理31-33
• 3.2 基础数据处理33-43
• 3.2.1 空间数据库的建立33-36
• 3.2.2 属性数据库的建立36-43
• 3.2.3 模型初始化管理情景43
• 3.3 本章小结43-44
• 4 参数敏感性分析、模型率定和验证44-56
• 4.1 参数敏感性分析44-46
• 4.2 模型率定和验证46-55
• 4.2.1 水量部分的参数率定和验证48-50
• 4.2.2 泥沙参数率定和验证50-51
• 4.2.3 水质参数率定和验证51-54
• 4.2.4 模型参数的确定54-55
• 4.3 本章小结55-56
• 5 非点源污染负荷的估算和分析56-64
• 5.1 非点源污染负荷的估算56-58
• 5.2 非点源污染的贡献率分析58-59
• 5.3 非点源污染负荷的时空变化规律59-63
• 5.3.1 非点源污染的时间变化规律59-60
• 5.3.2 非点源污染的空间变化规律60-63
• 5.4 本章小结63-64
• 6 土地利用变化对非点源污染的影响分析64-68
• 6.1 数据预处理64
• 6.2 土地利用动态变化分析64-67
• 6.2.1 土地利用类型面积变化分析64-65
• 6.2.2 土地利用类型变化65-67
• 6.3 本章小结67-68
• 7 情景模拟和非点源污染风险分析68-77
• 7.1 土地利用情景设定68-69
• 7.2 土地利用情景模型的模拟结果与分析69-70
• 7.2.1 径流水量的模拟结果与分析69
• 7.2.2 泥沙的模拟结果与分析69
• 7.2.3 水质的模拟结果与分析69-70
• 7.3 畜禽养殖非点源污染风险分析70-76
• 7.3.1 畜禽养殖非点源污染现状70-71
• 7.3.2 畜禽养殖非点源污染风险分析71-74
• 7.3.3 畜禽养殖非点源污染风险分析74-75
• 7.3.4 畜禽养殖非点源污染的控制75-76
• 7.4 本章小结76-77
• 8 非点源污染的最佳管理模式和成本效率分析77-86
• 8.1 非点源污染控制措施77-80
• 8.1.1 从源头控制,对一级保护区内居民进行搬迁77-78
• 8.1.2 从源头控制,实施农田养分管理,减少化肥流失78
• 8.1.3 推广生态有机农业技术,减轻农药污染78
• 8.1.4 推广农村用沼气技术78-79
• 8.1.5 实施多种措施减少水土流失79
• 8.1.6 启动生态补偿机制保护森林79-80
• 8.2 成本效益分析80-85
• 8.2.1 非点源污染价值估算80-82
• 8.2.2 非点源污染控制措施的效果及价值估算82-85
• 8.3 本章小结85-86
• 结论86-90
• 参考文献90-97
• 攻读学位期间发表的学术论文97-98
• 致谢98-99

【参考文献】

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本文编号：317318