基于SWAT模型的黄前流域农业非点源污染时空分布格局

来源 :山东农业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:tangtieming1983
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黄前流域属于黄河大汶河流域,同时是泰安市重要水源地,近年来面临着氮、磷持续偏高等较为严峻的非点源污染问题。掌握黄前流域内氮、磷非点源污染时空分布格局,是保护、合理利用和治理水资源的重要基础,也可以为黄河流域生态保护和高质量发展的服务。本研究以黄前流域为研究对象,基于SWAT模型和情景模拟方法,阐明黄前流域非点源污染时间和空间分布格局,识别流域污染的关键源区,探讨流域农业非点源污染管理措施,为黄前流域非点源污染的控制及水环境修复提供理论和实践参考。主要研究结果和结论如下:(1)黄前流域土地利用类型分为耕地、园地、林地、农村居民点、城镇用地、水域、未利用地7类;土地利用结构以林地和园地为主,分别占流域总面积的50.14%、40.37%;林地主要分布于≥30°区域,占林地面积的78.40%;园地主要分布于≥30°,占园地总面积的55.66%。(2)利用Arc GIS、SPAW、SWATWeather、SWAT模型划分出28个子流域和329个水文响应单元。依据实测数据,对径流、总氮、氨氮进行参数率定,各水系R~2>0.6、NSE>0.5、Re<±25%,均达到模型运行要求,SWAT模型适用于黄前流域农业非点源污染研究。(3)从时间月尺度看,非点源污染负荷主要集中在6-8月,与月均降水量、日均径流、泥沙负荷关系密切;从空间分布看,氮、磷非点源污染具有较高的一致性,主要分布在黄前流域东北部;从水系看,高负荷区域主要分布于石汶河水系,其氮、磷负荷的贡献率均超过50%,是流域氮磷负荷主要区域。(4)从不同土地利用类型看,园地是流域内氮磷污染负荷的主要贡献来源,其有机氮、硝态氮、有机磷、矿物质磷、可溶性磷负荷分别占氮磷总负荷的71.36%、71.25%、71.27%、75.76%、47.70%。从不同坡度看,有机氮、硝态氮、有机磷、矿物质磷与坡度呈正相关,≥20°是氮、磷污染负荷发生的主要区域,尤其≥30°是氮、磷污染负荷关注的重点区域。从子流域看,8、10、11、13、14、16、18号子流域为污染关键源区。(5)施肥量分别减少10%、20%时,关键源区削减效率范围为0.53~1.36%、1.07~2.71%,表明减少施肥量对削减氮、磷污染负荷有一定作用,且随着施肥量的减少,关键源区削减效率变大,单位面积负荷逐渐变小;分别将≥30°、≥20°园地变更为林地,关键源区氮磷负荷削减效率范围分别为44.24~58.96%、62.35~76.19%,表明流域内施行退园还林削减非点源污染负荷效果十分显著,且随着还林面积的增加,削减效率增大,单位面积负荷也随之变小。削减施肥量可作为流域内控制非点源污染的方式。退园还林方式适合循序渐进,可分步骤、分区域采用此方式。
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