非点源污染具有发生范围广、随机性强、控制与治理难度大等特性。研究表明,不同的土地利用方式形成的景观格局对非点源污染存在一定的影响,有关不同土地利用方式或景观格局对非点源污染影响的研究,又以建立流域水质模型的方法最为有效。但是,在我国湿地农业区域,由于地势平坦、河网发达,水系复杂,采用DEM提取流域水系与实际水系存在较大误差,且水流方向由于人工排灌而发生改变,从而使建立在DEM基础上的流域水质模型变得极不稳定,本文所研究的区域——湖北省四湖流域正是这样一个典型湿地农业流域。为此,我们在运用L-THIA模型模拟四湖流域非点源氮磷负荷时,采用R.Turcotte等提出的方法,对流域DEM进行修正并获得四湖流域数字河网及径流流向和径流距离,然后基于非点源污染负荷与径流距离呈反比的假设,计算排水单元出口处非点源氮磷负荷平均值,对模拟的平均负荷与实测数据进行相关分析以验证模型的有效性,从而实现了对不同土地利用方式下的非点源氮磷负荷的定量描述。在此基础上,研究土地利用变化对流域非点源氮磷负荷的影响,为进一步探讨控制流域非点源污染的景观建设途径提供科学依据。论文主要工作如下：1.湿地农业流域数字河网的建立采用ETM卫星遥感数据,运用镶嵌技术,通过ENVI软件提供的LOC-Water (Lines of Communication)技术,提取四湖地区水资源信息。DEM数据修正方法采用R.Turcotte等提出的DEM数据和数字河网修改技术,即通过人为降低沟、渠、河流、湖泊的方法使修改后的DEM数据正确反映地面径流的方向,结合四湖地区的具体情况,建立了四湖流域数字河网。2.L-THIA模型的运行过程与结果验证L-THIA模型以土地利用栅格数据、土壤类型栅格数据以及多年连续降雨资料为输入参数,通过SCS径流曲线法计算出流域径流量,最后输出全流域不同土地利用方式下非点源氮磷负荷。由于我们只对流域内17个排水单元出口处的水质进行了采样测试,为了对模型输出结果进行验证,必须对每个排水单元出口处的氮磷负荷进行计算,才能根据同一位置的测试结果与模型计算结果进行比较以验证模型结果的可靠性。为此,我们基于非点源污染负荷与径流距离呈反比的假设,根据模型输出的全流域不同土地利用方式氮磷负荷结果推算出各个排水单元出口处非点源氮磷的年平均负荷,采用此平均负荷与实测氮磷浓度实测数据进行相关性分析,相关系数分别为R2TN=0.6859;R2TP=0.9159,F(1,17)TN=32.8>F0.001;F(1,17)TP=172.2>F0.001,F测验结果表明两者均呈现极显著的相关关系,表明模型输出的结果具有统计学意义上的可靠性,能够用于描述四湖流域非点源污染状况。3.基于L-THIA模型四湖流域非点源氮磷负荷空间分布及贡献率(1)四湖流域不同土地利用方式下非点源氮磷负荷根据L-THIA模型输出模拟结果,利用Excel进行统计分析得到以下结果：四湖流域旱地产生非点源氮负荷最多,达到731.68kg·a-1·km-2;其次为水田、居民点、鱼池和沟渠,负荷分别为692.20kg·a-1·km-2、584.80kg·a-1·km-2、161.71kg·a-1·km-2;草地和林地最少,均低于60kg·a-1·km-2。非点源磷年均负荷小于氮负荷。旱地非点源磷负荷216.18kg·a-1·km-2,在6种土地利用类型中居首位；其次为居民点、水田、鱼池和沟渠,非点源磷负荷分别为183.15kg·a-1·km-2、165.30kg·a-1·km-2、30.84kg·a-1·km-2；草地和林地最少,均低于1kg·a-1·km-2。(2)四湖流域非点源氮磷负荷的空间分布依据2000年四湖流域土地利用分类数据,模拟得四湖流域非点源氮磷年均负荷分别为605.63kg·a-1·km-2、156.65kg·a-1·km-2。四湖流域上区非点源氮磷年均负荷分别为617.47kg·a-1·km-2、153.23kg·a-1·km-2,中区非点源氮磷年均负荷分别达到622.05kg·a-1·km-2、163.36kg·a-1·km-2,下区非点源氮磷年均负荷分别为544.74kg·a-1·km-2、143.49kg·a-1·km-2。(3)四湖流域不同土地利用对非点源氮磷的贡献率利用不同土地利用方式输出的非点源氮磷负荷量占流域非点源氮磷负荷输出总量的比例表示其对非点源氮磷负荷的贡献率,计算得不同土地利用对非点源氮磷负荷的贡献率大小顺序为水田>旱地>居民点>鱼池和沟渠>林地>草地。利用不同土地利用方式输出对非点源氮磷负荷的贡献率与不同土地利用方式面积占流域总面积比例的比值表示其对非点源氮磷负荷的单位贡献率指数(UCI),计算得不同土地利用的非点源氮负荷的单位贡献率指数值从大到小的顺序为：旱地>水田>居民点>鱼池和沟渠>林地>草地；非点源磷负荷的UCI值从大到小的顺序为：旱地>居民点>水田>鱼池和沟渠>林地>草地。4.模拟土地利用变化对非点源氮磷负荷的影响L-THIA模型计算的结果表明,旱地和水田是四湖流域非点源氮磷负荷的主要污染来源,而草地、林地、鱼池和沟渠则对流域非点源氮磷负荷有一定的缓解作用。为了进一步分析土地利用变化可能带来的对非点源氮磷负荷的影响,我们设定了6种土地利用变化方式：改旱地为草地(旱地-草地)、改旱地为林地(旱地-林地)、改旱地为鱼池和沟渠(旱地-鱼池和沟渠)、改水田为草地(水田-草地)、改水田为林地(水田-林地)、改水田为鱼池和沟渠(水田-鱼池和沟渠),设置了减少旱地和水田面积比例的不同幅度分别为5%、10%、15%、20%、25%,将6种变化方式、5个减少面积比例的幅度作为模型输入参数,得到了模拟土地利用变化后流域非点源氮磷负荷的变化情况。(1)减少旱地面积对非点源氮磷负荷的影响模拟计算的结果表明,旱地-草地、旱地-林地、旱地-鱼池和沟渠的变化方式下,流域非点源氮磷负荷均呈增加趋势,增加幅度分别在8.86×103kg·a-1-818.22×103kg·a-1之间和6.15×1O3kg·a-1-268.96×103kg·a-1之间。(2)减少水田面积对非点源氮磷负荷的影响模拟计算结果表明,水田-草地、水田-林地方式下,流域非点源氮磷负荷也是增加,增加幅度分别在23.58×1O3kg·a-1-53.87×103kg·a-1之间和5.39×103kg·a-1-12.84×103kg·a-1之间；但水田-鱼池和沟渠方式下,流域非点源氮磷负荷有所减少,其中,水田面积比例减少20%时减少量最大,氮磷负荷分别减少了73.933×103kg·a-1、24.043×103kg·a-1。模拟结果表明,在旱地-草地、旱地-林地、旱地-鱼池和沟渠、水田-草地、水田-林地、水田-鱼池和沟渠这6种土地利用变化方式中,只有水田-鱼池和沟渠方式,也就是将水田改造为鱼池或新建沟渠的方式,有助于减少流域非点源氮磷负荷,且减少水田面积的比例不宜超过20%,因为在减少面积的比例为20%时,氮磷负荷的减少量达到最大。