三峡库区流域非点源污染控制模拟研究

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随着中国最大水坝项目的建设,三峡库区初步形成,三峡库区水污染问题也逐步得到广泛的重视。自2003年开始蓄水,三峡水库水环境经历了从典型河流到类湖泊的逐步转变,其中伴随着水文条件的改变,水流减缓,以及水体自净能力的下降,大量的水环境问题也应运而生。追溯水环境污染物的来源,随着近年点源污染物排放得到的有效控制,非点源污染成为对水体环境质量造成影响的最大污染源。因此,对三峡库区非点源污染物的迁移过程进行建模,了解三峡库区非点源污染分布特性,相应给出污染治理的可行措施,对三峡库区的水生生态、陆域生态环境保护具有重要意义。  结合ArcGIS与分布式水文模型SWAT进行库区非点源污染模拟研究。建立库区流域非点源污染模拟研究数据库。模型在构建数字高程图(DEM),土地利用图,土壤类型图等空间数据库的基础上,采用SPAW软件计算土壤物理属性,并整合土壤化学属性数据、气象数据库等,最终成功构建基于SWAT模型的三峡库区非点源污染模拟模型。采用长江干流寸滩、清溪场、万县、宜昌/培石四个站点的2001年~2008年的水文、水质实测数据对SWAT模型进行了校准与验证,并评价了该模型在三峡库区流域非点源污染模拟的适用性。经过模型参数调整后,径流模拟评价效率高达0.96以上,泥沙模拟评价效率基本在0.90以上,营养盐(TN、TP)模拟评价效率大部分在0.60以上,基本满足模型模拟需要。  从SWAT模型对库区非点源污染模拟结果分析可得,耕地为库区泥沙、TN、TP污染负荷总量产出最大的为土地利用类型,其次为草地、灌木、林地。分析三峡库区流域单位面积污染负荷,库区流域重庆段的污染程度整体高于库区流域湖北段;库区流域非点源单位面积污染负荷较大的支流流域主要有小江、大宁河、汤溪河、梅溪河、草堂河等,该流域范围对应重庆的开县、巫溪、巫山、奉节等县市,属于非点源污染产生的敏感区域。  基于从源头控制非点源污染的考虑,在污染产生主要用地类型识别的基础上,采用ArcGIS设置了六种库区土地利用类型情景,以用来分析土地利用调整措施对非点源污染控制的影响。分析结果显示:情景Q2(15°以上耕地退耕还林)、Q3(6°以上耕地退耕还林)及情景Q6(库区流域林地面积达到57.33%)三种情况下的非点源污染物削减量最大;在综合考虑库区地处贫困山区的实际情况,情景Q1(25°以上耕地退耕还林)以其农田减少量最少、污染物削减效率较高的特点而更为合理、有效;同时应严格控制自然植被退化为耕地的现象发生,否则会严重加剧库区水环境污染状况;库区扩展林地范围的措施要有计划性、针对性,可在减少坡耕地的基础上进行方案制定。  基于非点源污染过程控制的考虑,分别对库区非点源污染产生较重的区域实施湿地污染控制生态技术、岸边缓冲带污染控制技术。在库区流域非点源污染物产生严重的子流域6、9、15、18、37分别进行湿地情景设置,湿地与子流域耕地面积的比例从0.5%~10%进行变化。整体来看,随着湿地面积的增大,非点源污染削减比例逐渐增大,最高可达40%以上;非点源污染负荷越严重的区域,在实施湿地生态工程后能达到更好的非点源污染治理效果。岸边缓冲带污染控制技术的实施即是在库区污染产生的重点子流域河段边缘分别设置10m~100m的岸边缓冲带,以考察生态控制技术措施对非点源污染迁移的拦蓄作用。研究结果表明,非点源污染物削减量随着缓冲带宽度的增加而逐步上升;污染负荷在缓冲带宽度为0~50m间的削减效率最高;若继续加宽缓冲带,非点源污染负荷削减趋势逐步减小。  以库区非点源污染负荷产生严重程度为依据进行库区流域分区,制定不同控制措施的分区方案,包括农田管理措施、土地利用规划调整措施、湿地工程措施及岸边缓冲带工程措施方案四种。在已有研究基础上,制定三种库区流域非点源污染控制措施综合方案,结合考虑环境治理效果、经济效益、适用性三个因素后,采用综合评价法确定一种较适用于库区流域非点源污染治理的最佳方案。
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