基于SWAT的清潩河流域水污染特征模拟研究

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精准治污作为我国实现水污染治理目标的重要政策之一,明晰流域水污染时空分布及其类型特征,是实现水污染精准化治理的基础和前提。清潩河流域作为淮河流域沙颍河水系主要的两条污染河流之一,同时作为沿河地区防洪、排涝、纳污及城市景观水的重要水体,开展流域水污染特征的研究对于流域水环境质量提升,对于沙颍河流域水污染控制和淮河流域水污染治理均有重要意义。本文以清潩河流域作为研究区,在对流域水环境现状进行分析的基础上结合SWAT模型水质模块原理,选取合适的水质模拟指标,并利用流域实测径流、水质数据进行模型参数的校准和率定,然后根据模型模拟结果确定流域水污染时间、空间分布特征,并利用情景设置法和分离评判法确定流域点源和非点源污染的贡献率,以期为流域水污染精准化治理提供依据。主要研究内容和结论如下:本文从水质评价和污水处理厂效率评价两个方面进行流域水环境现状分析。其中,水质评价可作为流域水环境质量的直接体现指标,污水处理厂出口水质和效率评价结果可作为流域水污染治理效果的重要表征因子。水质评价结果表明流域水质状况较差:单因子评价表明流域为劣V类水,主要超标因子为COD、氨氮和BOD;单因子指数法表明氨氮污染最为严重;模糊综合评价结果表明流域各监测断面存在差异,且同一监测断面年内各月水质状况不一。污水处理厂COD、氨氮出口水质基本满足《城镇污水处理厂污染物排放标准》一级A类标准,但与地表IV类、V类水尚存在一定差距。运用DEA数据包络分析方法进行其运行效率评价,结果表明流域8家污水处理厂运行效率状况较好,有一半达到DEA最优,在投入上均不存在严重的冗余情况,个别规模效率较低,需调整产业结构,合理配置资源。在水环境现状分析的基础上,结合SWAT模型水质模块原理,本文选择氨氮作为本研究水污染模拟指标,为模型所需数据采集提供依据,包括空间数据库和属性数据库。利用swat-cup软件对模型参数进行校准和率定,分别以径流和氨氮作为目标变量进行流域径流、水质参数校准,校准结果满足模型精度要求,模型在清潩河流域适用性较好,可用于流域氨氮污染模拟。根据模拟结果确定流域氨氮污染特征,以识别流域水污染发生的主要时间、主要区域和主要的污染源类型,为流域水污染精准化管理提供依据。首先根据模型模拟结果分析流域氨氮负荷产出的时间、空间特征,然后利用情景分析法和分离评判法分析流域点源和非点源污染的贡献率,确定氨氮污染源类型特征。结果表明:从时间上看,流域氨氮负荷产出量较高的月份为5-9月,与降雨量分布趋势一致。从空间上看,流域氨氮负荷受人为因素影响较大,单位面积氨氮负荷较高的区域位于长葛-许昌段,与流域工业集聚区分布较为一致。从污染源类型上,流域面源污染略高于点源污染,贡献率分别为53%和47%。
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