论文部分内容阅读
三江平原在我国的农业生产中具有举足轻重的地位,在经过黑龙江、松花江和乌苏里江的冲积作用形成了我国的重要的商品粮基地。由于承担着重要的农业生产任务,该区域一直承受着高强度的开发,导致土壤肥力严重下降,为了提高产量、增加收益,当地农民使用了大量的化肥和地下水资源,经过降雨、蒸发、径流、下渗等自然活动,造成了一定的点源污染和面源污染。此种背景下,本文选取了三江平原腹地粮食生产核心区十六个典型临江灌区作为研究基点,对其地表水环境质量、地下水环境质量以及灌区整体水环境质量进行评价,探究其内部关系,利用情景分析法对研究区水环境未来发展态势进行研究,并研究水环境约束下的灌区农业水资源优化配置,主要研究内容及结论如下:(1)对研究区地表水水质指标进行采样与实验,利用构建的AMFO-PPE模型进行地表水水质评价,结果表明,除集贤灌区外其他灌区地表水环境质量整体状况良好,水质相对较差的灌区主要分布在中西部地区,其空间分布与灌区河网密度有关,河网密度大的地区相对水质情况较好。通过分析构建的AMFO-PPE模型、RAGA-PPE模型、FA-PPE模型以及NIM的性能,得到AMFO-PPE模型的Spearman等级相关系数为0.968,接下来随机抽取10个灌区重复25次Spearman等级相关系数和值为24.079,经计算得到AMFO-PPE模型区分度值为1.09875,虽然NIM区分度为1.14205,但NIM标准化分值曲线分布并不合理,说明AMFOPPE模型在地表水环境质量评价中其在稳定性和可靠性方面具有一定优势。(2)对研究区地下水水质指标进行采样与实验,利用构建的AMFO-PPE模型进行地下水水质评价,结果表明,除蛤蟆通灌区外其他灌区地表水环境质量整体状况较差,十六个灌区地下水等级分布空间呈现出东部状况好于西部的状态,从所测指标值来看,Fe、Mn指标含量明显超标,在实地调查和查阅文献的过程中发现当地的孔隙水中含有大量的有机质,可以将铁锰矿物质溶解于水体。通过分析四种模型的性能,得到AMFO-PPE模型的Spearman等级相关系数为0.998,接下来随机抽取10个灌区重复25次Spearman等级相关系数和值为24.366,经计算得到AMFO-PPE模型区分度值为1.18358,虽然NIM区分度为1.21836,但NIM标准化分值曲线分布并不合理,说明AMFO-PPE模型在地下水环境质量评价中其稳定性和可靠性方面具有一定优势。(3)利用R聚类和变异系数法对灌区水环境指标进行筛选,筛选后的指标利用构建的AMFO-PPE模型进行灌区水环境质量评价,结果表明,除蛤蟆通灌区外其他灌区水环境质量整体状况较差,水质空间分布成块状分布,西部、北部和东部较好,中南部较差。通过所得结果与地表水环境质量、地下水环境质量分析可以发现,灌区水环境质量与地下水水质为强相关关系,相关性大于其余两者。通过分析四种灌区水环境评价模型的性能,得到AMFOPPE模型的Spearman等级相关系数为0.973,接下来随机抽取10个灌区重复25次Spearman等级相关系数和值为24.409,经计算得到AMFO-PPE模型区分度值为1.15267,虽然NIM区分度为1.17080,但NIM标准化分值曲线分布并不合理,说明AMFO-PPE模型在灌区水环境质量评价中其稳定性和可靠性方面具有一定优势。(4)根据调查选取耕地面积占比、降水量、渠系入渗补给系数以及单位面积化肥施用量四个驱动因子,利用多元回归方程和情景分析法对研究区未来发展态势进行预测,结果表明,按照当前趋势继续发展,研究区水环境呈现变好的趋势,通过减小耕地面积比例增长趋势或减少单位面积施肥量,当地水环境质量变好的趋势在增大,但是变化趋势依旧不明显。(5)通过构建多目标优化模型,利用布谷鸟算法进行求解,将灌区水环境质量指数,作为约束条件对灌区农业水资源进行优化配置,结果表明,由于受到水环境约束条件的限制,对当地的水资源起到一定保护作用,能够减少水资源使用量,同时也对当地的农业生产产生了一定的限制作用,并对当地的水环境保护以及农业水资源利用提供了建议。