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河流对全球物质循环和能量传递起着重要作用,具有重要的社会和经济功能,是人类文明的发祥地。随着经济发展和人口快速增长,工农业用水量激增,人类对河流利用程度提高,点源和非点源污染物排放量增加,河流水体污染加重,河流生态系统服务功能大幅削减。河流生态环境日益退化,给我国经济和社会发展带来了严重的影响,并逐渐成为我国可持续发展的主要障碍和关键制约因素。流域水环境改善需要识别流域水环境特征、分析水污染现状、估算污染负荷、构建水文模型和点源污染物削减分配模型、制定相应的非点源污染削减措施、对点源和非点源削减措施实施的效果进行评估。本文基于TMDL(TotalMaximum Daily Load)思想,选择人类强烈干扰下的漳卫南运河流域为研究对象,进行流域点源污染负荷削减分配和非点源管理关键技术研究,主要内容包括以下几部分: (1)2001-2009年,漳卫南运河流域地表水水质空间上可以分为两大类,流域西北部漳河中上游区域水质优良;卫河流域及漳卫南运河东部平原区水体污染严重,水质较差。流域地表水水质在2001~2009年期间经历了2001~2003年水质恶化阶段;2004~2009年水质好转期。造成流域地表水水质污染的污染物主要来源于市政污水、重工业废水、化学工业废水、天然污染源和采矿活动,汛期非点源污染也占一定比例。 (2)构建了研究区SWAT模型,并进行模型率定和验证,在深入了解SWAT模型结构和模型内部运行机制,明晰各类输入输出文件的格式和空间运行单元的组织方式的基础上,针对实际情况对取用水子程序源代码进行修改和完善,使模型更加符合漳卫南运河流域实际情况,提高了模型的模拟精度,为漳卫南运河流域水资源水环境管理建立了一个信息和技术平台。 (3)为提高水体污染物负荷削减分配方案的公平性,从分配过程涉及的社会、环境、经济、资源等领域,筛选出人口、GDP、水环境容量、工业产值、行政区面积S项指标。基于模糊优选和熵权值法确定这些指标的权重,构建了流域点源污染负荷削减的多维基尼系数分配模型。通过设置相应的约束条件,优化出2套漳卫南运河流域的点源污染物氨氮负荷削减分配方案,这2套削减方案经构建的SWAT模型验证,在不同的水平年都能满足流域不同水功能区的水质要求。 (4)采用构建的SWAT模型分析了研究区不同水平年(丰、平、枯)非点源输出的空间分布特征及负荷大小。枯水年(2002年)TN输出负荷为58018.8 kg、TP为12145.79kg。平水年(2004]TN为314285.9kg、TP为54236.11kg。丰水年(2003)TN为748412.9kg、TP为123244.2kg。丰水年总氮非点源负荷占总负荷的0.07%,总磷非点源负荷占总负荷的27.24%。空间上,流域非点源污染负荷较大的子流域,主要为具有一定坡度的农业和城镇居民用地。 (5)针对丰水年非点源输出负荷较大的42个子流域,模拟了47种不同的BMPs(BestManagement Practices)控制措施对非点源负荷的削减效率。对照基准情景,挑选出有机氮、有机磷、硝态氮、溶解态磷和矿物磷5种污染物削减效率最好的BMPs措施。通过费用效益分析,优选出漳卫南运河流域2003年42个不同的子流域最经济适用的总氮和总磷污染物削减措施为植被型沟渠。8个优先控制子流域单位污染物削减费用介于16.11-127.21(¥/kg TN)和100-862.77(¥/kg TP)之间。研究结论可为流域管理和行政区政府决策提供科技支撑和参考依据。