长江寸滩断面以上流域输入三峡库区非点源氮磷负荷研究

摘要

氮和磷是水体发生富营养化的主要元素，随着三峡水库的形成，水库水体潜在的富营养化问题成为人们关注的焦点。在库区点源污染逐步得到控制的情况下，非点源氮、磷的输入便成为三峡水库发生富营养化潜在的重要威胁。 要有效地控制库区非点源污染，消除三峡库区水体富营养化的威胁，对输入库区的非点源氮、磷的定量化及其负荷变化规律的把握极为关键。为此，本文借助地理信息系统(GIS)和遥感(RS)技术，利用适合于大型流域的、基于数字高程(DEM)和土地覆盖/土地利用类型遥感数据(NOAA/AVHRR数据)的SLURP分布式水文模型，与同样适合于大型流域的、以土地利用类型为研究单元的输出系数法相结合，建立了长江寸滩断面以上流域的非点源氮磷负荷模型，以探讨该流域输入三峡库区的非点源总氮、总磷污染物负荷的变化规律；在此基础上，使用英国气象局哈德莱中心模式(HADLEY)所预测的全球未来气象数据，探讨流域气候和土地利用变化对该流域输入三峡库区的非点源氮磷负荷变化规律的影响。 利用所建立的模型对寸滩断面1996年～2002年输入三峡库区的非点源TN年负荷量和非点源TP年负荷量进行计算，从计算结果看，该模型具有较好的模拟计算效果：非点源TN负荷，除1996年和1998年的计算值与实测值的相对误差较大(分别为30.09﹪和-27.89﹪)外，其它年份的相对误差都很小；而非点源TP负荷，计算值与实测值的相对误差除1996年和2001年较大(分别达到64.33﹪和-40.15﹪)外，其它年份的误差也都很小。 利用所建立的模型，计算并分析流域出口历年非点源氮磷年负荷的变化情况，结果表明：该流域输出的非点源氮磷年负荷总体呈增加趋势，且非点源TN年负荷量和非点源TP年负荷量都与流域年降雨径流量存在显著的线性相关关系，非点源TN年负荷量与年降雨径流量的相关性方程为YN=250.55X-209097；非点源TP年负荷量与年降雨径流量的相关性方程为YP=23.419X-21111。 考虑流域土地利用变化、气候变化、流域损失和降雨径流等对非点源污染形成的影响，利用所建立的污染物负荷模型预测得到：在HADLEY气候变化方案A2情景下，2020年寸滩断面以上流域输入三峡库区的非点源TN负荷为460184吨，非点源TP负荷为34998吨；在B2情景下，2020年寸滩断面以上流域输入三峡库区的非点源TN负荷为469099吨，非点源TP负荷为36132吨。

目录

文摘

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1绪论

1.1非点源污染负荷研究的必要性

1.1.1非点源污染的概念及特征

1.1.2非点源污染的来源

1.1.3非点源污染对水环境的主要影响

1.1.4非点源污染负荷研究的必要性

1.2国内外非点源污染研究进展

1.2.1国外研究进展

1.2.2国内研究进展

1.2.3存在的问题及发展趋势

1.3课题研究的背景和意义

1.4课题的学术思想

1.5本文研究的内容和方法

1.5.1研究的主要内容

1.5.2研究的技术方法

2研究区概况

2.1流域自然地理概况

2.1.1地理位置及范围

2.1.2地质地貌

2.1.3土壤和土地覆盖

2.1.4流域水系水文特点

2.1.5气候状况

2.2流域社会经济概况

2.2.1四川省社会经济发展状况

2.2.2重庆研究区社会经济状况

2.2.3云南金沙江地区社会经济状况

2.2.4青海长江源区社会经济状况

2.2.5西藏金沙江地区社会经济状况

2.3流域生态环境问题

2.3.1生态环境恶化

2.3.2水土流失严重

2.3.3环境污染加重

3 SLURP模型及输出系数法的基本原理

3.1 SLURP模型简介

3.2 SLURP模型的水文原理

3.2.1蒸散发计算

3.2.2产流计算

3.2.3汇流计算

3.2.4参数校准/参数优化

3.3 SLURP模型的数字流域构建

3.3.1数字高程模型(DEM)

3.3.2 TOPAZ与SLURPA在SLURP模型中的应用

3.3.3 SLURP模型数字流域的实现

3.4 SLURP模型土地覆盖/土地利用数据的输入

3.4.1土地覆盖/土地利用NOAA/AVHRR卫星遥感数据

3.4.2土地覆盖/土地利用分类体系

3.5 SLURP模型对气象数据的处理

3.6输出系数法的基本原理

3.6.1 Johnes输出系数法

3.6.2考虑降雨径流影响的输出系数法

3.6.3考虑流域损失的输出系数法

4流域基础数据提取及非点源氮磷负荷模型建立

4.1流域基础数据提取及分析

4.1.1 SLURP模型主要数据的输入

4.1.2流域信息提取结果

4.1.3流域牲畜数量统计结果

4.1.4输出系数的确定

4.2流域非点源输出量计算结果及分析

4.3 SLURP模型参数优化及模型验证结果

4.3.1模型参数优化结果及分析

4.3.2模拟验证结果及分析

4.4流域非点源氮磷负荷模型建立

4.4.1降雨径流非点源氮磷负荷计算公式确定

4.4.2流域损失系数公式推求

4.4.3非点源氮磷负荷模型公式确立

4.5非点源负荷模型模拟计算及验证

4.5.1径流模拟计算

4.5.2降雨径流影响系数与流域损失系数计算

4.5.3非点源氮磷负荷量计算

4.5.4计算结果分析

5流域非点源氮磷年负荷变化分析和预测

5.1流域历年非点源氮磷负荷变化情况及分析

5.1.1历年非点源氮磷负荷计算结果

5.1.2径流量和非点源氮磷负荷的总体变化趋势分析

5.1.3径流总量与降雨径流量变化的关系分析

5.1.4降雨径流量与非点源氮磷负荷的关系分析

5.2非点源氮磷负荷预测

5.2.1降雨径流——污染物负荷公式预测

5.2.2土地利用不变下模型公式预测

5.2.3土地利用变化下模型公式预测

5.3非点源氮磷负荷预测结果比较分析

5.3.1不同方法的预测结果对比分析

5.3.2同种方法不同气候情景下的预测结果对比分析

6结论与建议

6.1主要结论

6.2创新点

6.3不足及建议

致 谢

参考文献

附录 作者在攻读硕士学位期间发表的论文