【摘 要】
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随着对点源污染的深入研究及有效控制,流域非点源污染模拟研究成为近年来水环境的研究热点。作为典型的生态脆弱区,与非岩溶地区相比,岩溶地区经济社会的发展加剧了水资源供需短缺的问题。人类活动引起的土地利用变化及全球气候变化是影响水文水资源的主要驱动因子。因此,研究喀斯特地区非点源污染负荷模拟以及土地利用变化和气候变化对流域非点源污染负荷的影响,对岩溶地区水循环系统健康发展及水环境保护均有重要意义,可为实
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随着对点源污染的深入研究及有效控制,流域非点源污染模拟研究成为近年来水环境的研究热点。作为典型的生态脆弱区,与非岩溶地区相比,岩溶地区经济社会的发展加剧了水资源供需短缺的问题。人类活动引起的土地利用变化及全球气候变化是影响水文水资源的主要驱动因子。因此,研究喀斯特地区非点源污染负荷模拟以及土地利用变化和气候变化对流域非点源污染负荷的影响,对岩溶地区水循环系统健康发展及水环境保护均有重要意义,可为实现水资源的可持续利用提供有效保障。本文从岩溶地貌特征的角度出发,结合了RS、GIS、SWAT模型、NCC/GU-WG,以赤水河最大的支流桐梓河为研究区,引入落水洞、地下暗河等的水文过程及非点源污染物输移过程,在SWAT开源代码的基础上修正原有的水文循环过程及相关算法,结合实地水文水质数据,以岩溶地区的非点源污染模拟为研究对象,建立适合于岩溶流域的非点源污染模型;应用修正的SWAT模型,研究土地利用变化和气候变化对岩溶地区非点源污染负荷的影响,并基于NCC/GU-WG天气发生器预测未来气候变化情景下的非点源污染负荷变化趋势,得到的主要结论如下:（1）基于遥感、地理信息系统,利用Landsat8遥感影像反演地表温度,提取植被覆盖度,结合卷云波段进行主成分分析提取第一主成分PFLC,将PFLC与NDVI建立特征空间,并通过计算获得研究区植被岩溶比重指数。结合研究区水文地质图,发现利用植被岩溶比重指数提取流域岩溶信息的方法具有一定的合理性,最终提取出位于13、17、34、36、39等子流域的6个落水洞特征点和23个地下暗河特征点。（2）模型修正前后径流模拟的R~2和NS系数有所提高,修正前后水质模拟的R~2和NS系数变化不大。模型修正后径流比修正前径流有所减少,修正后总氮的模拟结果在洪峰值（2020年6月和7月）处与观测值更接近。修正后的地表径流和产水量模拟值整体呈减少趋势,特别是在洪峰处,而地下径流明显增加;修正后总氮和总磷的污染负荷增加,说明修正后的模型更能准确的描述岩溶地区因岩溶变量的增加所导致的径流减少及非点源污染负荷增加的现象。（3）研究区林地及草地整体覆盖面积大,保持水土涵养水源能力强,土地利用变化不显著对流域非点源污染负荷的影响也较小。气候变化对流域水文水质的影响主要表现在降水与气温两个方面。气候变化情景下,地表径流大的区域主要集中在流域中部地区,地下径流大的区域为流域下游,产水量较多的子流域分布与径流一致,大都分布在南部降水较多的区域;非点源污染总氮和总磷负荷大的地区分布与径流分布一致。共同变化情景下各要素空间分布趋势与气候变化情景下大体一致,表明在现有土地利用格局下,土地利用类型变化不显著对流域水文水质过程影响较小,气候变化对流域水文水质过程影响较大。（4）利用NCC/GU-WG天气发生器预测桐梓河流域未来2030-2050年的气候变化,并利用相对误差和NS系数对天气发生器的模拟值与实测数据进行精度评价,结果发现由天气发生器模拟的日降水量、最高气温、最低气温的模拟结果NS系数均在0.95以上,相对误差在3.45%-5.03%之间,模拟结果可靠。预测结果显示:2030-2050年年降水量呈增加趋势,但温度增幅较小,天气发生器的模拟效果表现为降水大于气温。未来气候变化情景下,径流增加趋势明显。在2038和2049年,年均地表径流量、年均地下径流量、年均总磷和总氮均存在明显增加趋势,其中年均地表径流量增加为137.86 mm和133.83 mm,年均地下径流量增加为275.42 mm和230.28 mm,年均总氮增加为395.7万吨和520.1万吨,年均总磷增加为186.2万吨和211.4万吨,2049年增幅最大。未来气候变化情景下,流域径流、总氮负荷和总磷负荷总体上呈现增加趋势,且主要集中在流域出口处。
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