基于改进的输出系数模型对三峡库区非点源氮磷污染负荷的模拟研究

摘要

三峡库区是我国重要的淡水水源地，是我国南水北调中线工程的重要补给水源。由于库区次级河流氮磷浓度较高，自三峡水库蓄水以来，受水位壅升和回水顶托的影响，“水华”频发。随着库区点源污染逐步控制，非点源污染逐渐成为库区水环境污染的主要原因，因此开展对三峡库区非点源氮磷负荷的研究，对库区的水环境安全和水污染的治理具有重要的理论和实践意义。
　　由于非点源污染具有不确定性、随机性、模糊性、广泛性等特点，运用模型对其进行数值模拟是目前研究非点源污染的主要方法之一。本研究构建了改进的输出系数模型，并通过小江流域对模型进行了验证。应用验证后的模型对三峡库区2002~2012年的非点源TN、TP污染负荷进行模拟与分析，并对库区≥250的耕地改为林地或草地等措施对库区非点源TN、TP的消减量进行了预测。主要研究成果如下：
　　①考虑到营养物在转化迁移过程中的损失和降雨径流对下界面的影响，在传统的输出系数模型中改进了入河系数、引入了降雨影响系数，将改进的输出系数模型运用到非封闭性的大尺度的三峡库区。通过对改进前后的输出系数模型的模拟结果与实测值进行对比，表明了改进的输出系数模型的模拟精度有所提高。
　　②随着都市区人口不断增长，农村人口逐渐下降，且近年来农村劳动力大量向城市输出，导致了农业人口非点源污染的下降；随着经济的发展，人类对肉类的需求量逐年增加，三峡库区畜牧养殖TN、TP的负荷量总体趋势为上升、且负荷量：猪>牛>羊>家禽，猪类是畜牧养殖中最主要的污染源；三峡库区多年平均单位面积TN、TP负荷量顺序为：旱地>水田>城镇用地>草地>林地>未利用地，说明旱地是土地利用中最大的污染源，农业活动造成的氮磷污染最为严重。
　　③三峡库区2002~2012年TN、TP负荷量总体为下降趋势。重庆段多年平均非点源污染 TN、TP的负荷量是湖北省的6.05、6.10倍，主要原因是：三峡库区重庆段面积是湖北段的3倍，且重庆段人口基数比较大，畜牧养殖较多。三峡库区非点源氮磷贡献率顺序为：土地利用>畜牧养殖>农业人口，说明了土地利用是造成氮磷流失的主要原因，是三峡库区非点源氮磷污染的主要污染源。
　　④将三峡库区≥250的耕地改为林地，TN、TP的减少量相当于总模拟量的10.9％、11.3%，超过农业人口和畜牧养殖的非点源氮磷污染负荷的模拟值。将≥250的耕地改为草地，TN、TP的减少量相当于总模拟量的8.4%、7.6%，TN的消减量是农业人口TN模拟值的90%，TP消减量相当于畜牧养殖TP的模拟值，说明退耕还草是最有效的减少非点源污染的方法，而退耕还草是仅次于退耕还林的减少非点源污染的措施。

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1 绪 论

1.1 研究的背景及意义

1.2 非点源污染模型研究发展

1.3 研究内容和技术路线

1.4 创新点

2 研究区概况及基础数据库的构建

2.1 三峡库区自然地理概况

2.2 三峡库区社会经济概况

2.3 基础数据库的建立

3 改进的输出系数模型的构建

3.1 输出系数法的基本原理

3.2 改进的输出系数模型

3.3 改进的输出系数模型的验证

4 三峡库区非点源污染氮磷负荷的模拟

4.1 土地利用非点源污染氮磷负荷量

4.2 农村人口和畜牧养殖非点源污染氮磷负荷量

5 三峡库区非点源污染氮磷负荷的分析

5.1 三峡库区各类污染源的非点源污染氮磷负荷的分析

5.2 三峡库区非点源污染氮磷负荷的分析

6 不同措施下三峡库区非点源氮磷负荷的预测

6.1 减少非点源污染的畜牧养殖措施

6.2 减少非点源污染的农业人口措施

6.3 减少非点源污染的土地利用措施

7 主要结论、不足和建议

7.1 主要结论

7.2 不足之处

7.3 建议

致谢

参考文献

附录 A．作者在攻读硕士学位期间发表的论文目录：