基于SWAT模型的州河流域非点源污染研究

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州河流域作为达州市的主要饮用水源地之一,NPS污染引起的水安全问题不仅严重影响居民的身体健康,也会阻碍流域经济发展。因此,本文基于SWAT(Soil and Water Assessment Tool)模型构建空间、属性数据库,结合实测水文数据,模拟验证州河流域径流、泥沙和氮磷污染物质演化特征、时空分布、形态构成及风险因素;基于气候变化和土地利用情景设置,探究NPS污染负荷的演化规律。成果如下:(1)构建了州河流域SWAT模型数字高程、土地利用、土壤、气象数据库,通过数据离散化处理,将流域划分为21个子流域,686个水文响应单元(Hydrologic Research Units,HRUs);通过对模型率定与验证,参数敏感性分析,率定出的径流、泥沙以及水质的相关性系数(R2)均大于0.6,纳什系数(NSE)均大于0.5,证明了SWAT模型在州河流域的适用性。(2)利用率定后的模型模拟34年NPS污染负荷的输出量变化、空间分布。结果表明:NPS污染负荷在时间上分布不均,与降雨量呈正相关,且夏秋输出量强于春冬,丰水期产量较大;空间上,NPS污染负荷主要集中在流域上游的3、5、6子流域以及流域下游的13、17、18、19子流域,与坡度、土壤类型、降雨量、人类活动因素息息相关;分析了不同形态的氮磷污染负荷对氮磷总负荷量的贡献情况。(3)基于GIS网格技术,通过栅格转换、图层赋值技术处理数据,分析流域风险因素;对7个风险因子加权叠加,找到NPS污染的危害性风险区。流域水安全风险类型主要为轻微、中度2类,占比分别为83.53%、16.47%;风险较高的区域主要位于宣汉县的普光、清溪等乡镇,并因地制宜提出建议。(4)探究气候变化下NPS污染物的影响,发现NPS污染物输出量与温度呈正相关,且温度升高对泥沙、TN的影响程度较大。通过设置5种退耕情景模式,探究土地利用变化对NPS污染物负荷的影响,结论为:退耕还林比退耕育草对污染物消减效果更好;丰水期是污染物治理关键时期;泥沙削减情况平水期>丰水期>枯水期,而TN、TP削减情况枯水期>平水期>丰水期。通过气候变化和土地利用变化条件共同探究NPS污染负荷的变化量,表明在州河流域,相较于土地利用变化,气候变化对NPS污染物变化影响更大。
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