基于SWAT模型的土地利用演变对抚河流域非点源污染研究

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通过收集流域内数字高程模型、水系图、水文水质数据、农业管理措施、土壤图制备土壤数据、气象数据与气象发生器和利用ENVI对遥感图进行解译获得的土地利用图一系列的资料,构建SWAT模型,通过率定与验证得到了适用于抚河流域的SWAT模型,为了研究土地利用变化对非点源污染的影响,本文以2003年、2010年和2017年三个不同土地利用图对抚河流域的非点源污染进行模拟,依据研究结果,得出以下结论:(1)根据 Landsat7ETM+和 Landsat80LI_TIRS 影像,利用 ENVI5.1 软件进行监督分类得到2003年、2010年和2017年三个不同时期的土地利用图,2003年-2010年和2010年-2017年土地利用变化一致,综合情况来看,林地和城镇用地面积不断增加,林地面积由2003年的7209.74km2增加至2017年8553.38 km2,增长率最快的是城镇用地,达到了 48.61%。其余类型则呈现减少的趋势,其中未利用地减少得最快,为-69.55%。(2)以流域出口李家渡水文站的2012-2016年径流和水质数据进行率定和验证,其中径流的率定期和验证期结果R2和ENS均大于0.85,相对误差|Re|<20%;率定期和验证期氨氮和总磷的R2和ENS均大于0.70,相对误差|Re|<20%,一般模型相对误差|Re|<20%,决定系数R2>0.6,且ENS>0.5表示模型适用于该流域,模型对抚河流域的径流和水质的模拟效果较好,可以进行后续的研究分析。(3)在时间尺度上,研究区域土地利用的演变均导致了径流量、氨氮和总磷负荷的减少,其中土地利用变化引起的径流量变化不明显,而氨氮和总磷的负荷降幅较为明显,施肥对月均氨氮负荷量有着显著的作用,与降雨量相关性弱,而总磷月均负荷量和降雨量有着正相关;在空间分布上,流域下游及流域东南部径流系数偏高,降雨不易被土壤吸收,氨氮和总磷单位负荷量在空间分布在较为一致,污染严重的地方均集中在流域中下游干流附近,整体而言,大部分子流域的单位负荷量均呈现下降的趋势,极少数子流域有所增加。(4)不同土地利用类型在径流和总磷的贡献量有所差异,其中地表径流的贡献量从大到小排序:城镇用地>耕地>草地>林地,地下径流的贡献量从大到小顺序:林地>草地>耕地>城镇用地,这是由于林地可以起到保水、蓄水的作用,城镇用地不透水地面使得地表会快速形成径流;总磷在耕地上的贡献量是最多的,林地贡献最低,贡献量从大到小排序:耕地>草地>城镇用地>林地,“退耕还林”可以很好地保护水生态环境,降低污染负荷量。
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