论文部分内容阅读
随着点源污染有效控制,非点源污染已成为当今河流和湖泊污染的重要诱因。非点源污染受降水、地形地貌、土地利用方式等自然和人为因素共同作用下形成,由于很多自然因素人类无法改变,而改变土地利用方式就成为非点源污染控制的关键因素之一。不合理的土地利用方式和管理模式会导致营养物质流失、水土流失,形成对流域大面积的非点源污染。乌裕尔河作为扎龙湿地的主要供给水源,其水质直接关系到扎龙湿地自然保护区的水环境质量。乌裕尔河流域地处黑土农业区、内陆半干旱区、黑龙江省重要的商品粮基地之一,是农业非点源污染研究的典型区。因此,进行乌裕尔河流域不同土地利用情景下的非点源污染定量研究,提出控制流域非点源污染的最佳土地利用情景及措施,对保护流域水环境、实现区域经济与生态环境的协调发展具有重要的现实意义。 本研究旨在通过遥感(RS)、地理信息系统(GIS)与分布式水文模型(SWAT)结合的技术手段,探讨 SWAT2005模型在乌裕尔河流域非点源污染模拟的适用性,实现对研究区的非点源污染的定量评价,确定主要污染危险区和主控因子;结合系统动力学(SD)与空间格局模型(CLUE-S)预测未来不同土地利用变化情景下,乌裕尔河流域的非点源污染情况及对扎龙湿地带来的可能影响;通过探讨流域土地利用最佳管理模式,进而提出流域非点源污染的控制对策。 本研究主要内容包括:⑴采用单因子水质标识法和综合水质标识法,对乌裕尔河流域水环境现状进行了定量评价。结果表明,2011年8月乌裕尔河流域的主要污染物为总氮、总磷和高锰酸盐;流域综合水质指数为3.631,处于III类水质,部分区域尚未达到该流域的功能区水质要求;从空间分布来看,氮磷污染较为严重的区域主要分布在克山、依安附近;高锰酸盐污染严重的区域主要分布在北安、克山和富裕附近。⑵基于流域非点源污染空间和属性数据库的构建,对SWAT2005模型中径流和水质参数进行了率定与验证,模拟效果分析表明,径流部分的模拟误差保证在20%以内,非点源污染模拟的相对误差在30%以内,相关系数R2大于0.6,模型效率系数Ens大于0.5,满足模型率定、验证的精度要求,可见,率定后的模型适用于乌裕尔河流域非点源污染过程的模拟研究,且模拟效果较好。⑶采用SD和CLUE-S模型预测2025年三种情景下流域土地利用空间格局变化。从模拟精度来看,SD模型对土地利用需求的模拟误差小于10%,CLUE-S模型的空间模拟结果通过检验,Kappa值为0.74。结果表明:三种不同情景下发展到2025年土地利用空间格局存在很大的差别。基于SWAT模型对三种土地利用情景非点源污染的定量化研究,分析了土地利用变化对流域非点源污染的影响。生态可持续发展情景下的土地利用变化带来流域非点源氮磷浓度削减,sub1,sub4,sub13,sub24,sub29,sub10氮磷浓度削减尤为明显;经济加速发展情景下的土地利用变化致使流域内氮磷流失尤为严重,此种发展模式最为不适合区域非点源污染的治理;自然情景下的土地利用变化将会导致区域内各个子流域氮磷流失出现不同程度的增加,1980年以来现有土地利用的自然发展趋势并不利于流域非点源污染的治理。⑷乌裕尔河流域非点源污染关键源区的识别,结果表明:已有93%的子流域总磷和66%的子流域总氮的浓度超过国家地表水环境II类水质;子流域3,21是氮磷污染较为严重的子流域区域,即在克东县和依安县附近。分析其原因,子流域3处于流域上游水源地林地和耕地农牧区的过渡地带,坡度相对较大,开垦坡地和不适当的造林方式可能导致水土流失、化肥农药淋失,而子流域21内耕地和建设用地面积比重最大,生活污水和化肥施用是导致该区域氮磷污染严重的主要因素。⑸根据流域未来土地利用情景的模拟结果,结合研究区非点源氮磷污染的特征,有针对性的提出了乌裕尔河流域非点源氮磷污染的调控措施。