基于SWAT模型的农田不同施肥条件下农业非点源污染研究

摘要

在农业生产活动中产生的各种营养物质进入水体，破坏地下水水质和地表水生态环境的污染形式被称作农业非点源污染。目前，它已经成为主要的非点源污染类型。而在中国对农田的不合理施肥是形成农业非点源污染的重要来源。北运河流域是重要的农业集聚区，对沿岸农业发展起着举足轻重的作用。因此，本文通过采用美国农业部开发的SWAT模型对北运河流域武清区的非点源污染进行模拟研究，分析了研究区非点源污染负荷的产出特征。
　　根据研究区水文气象、土壤和土地利用等基础数据资料，结合ArcGIS软件构建了研究区基础数据库，通过输入参数化后的数据和合理的划分子流域，构建了基于研究区的SWAT模型。并运用实测资料中的数据，对所建立模型进行径流和污染物参数的率定和验证，率定后的模型具有一定精确度，可以适用于研究区非点源污染负荷的模拟计算。
　　根据模拟结果分析了研究区流量和非点源污染负荷产出的相关性，发现两者具有较好的相关关系，说明流量对于非点源污染负荷的产出具有一定的影响；同时模拟并分析了不同土地利用类型对研究区非点源污染产出的影响，得出耕地对研究区非点源污染负荷贡献最大的结论；通过搜集确定研究区常规施肥模式，针对冬小麦--夏玉米连作地制定了4种不同的施肥情景，模拟了不同施肥模式下非点源污染氮磷负荷的产出特征，结果表明农田非点源污染负荷量随着化肥施用量的增加而增加，适当减少施肥量可以起到消减研究区非点源污染负荷的效果；并且仅针对冬小麦生长季制定了不同氮肥施用情景，模拟得到不同施肥量投入对溶解态氮污染物产出的影响略大于吸附态氮。
　　通过分析中国农业非点源污染产生的原因，提出了一些防治措施，并在最后对论文中存在的不足和需要改进的地方作了总结。

目录

文摘

英文文摘

1 绪论

1.1 选题背景

1.2 研究意义及目的

1.2.1 研究意义

1.2.2 研究目的

1.3 研究内容及方法

1.3.1 研究内容

1.3.2 研究方法和技术路线

2 农业非点源污染研究综述

2.1 非点源污染概述

2.1.1 非点源污染特征

2.1.2 非点源污染分类

2.2 农业非点源污染概述

2.3 农业非点源污染研究进展

2.3.1 国内研究现状

2.3.2 国外研究现状

3 SWAT模型研究综述

3.1 SWAT模型概述

3.2 SWAT模型的发展历史

3.2.1 SWAT模型的产生

3.2.2 SWAT的发展

3.2.3 国内外应用进展

3.3 SWAT模型基本原理

3.3.1 水文过程子模型

3.3.2 土壤侵蚀子模型

3.3.3 污染负荷子模型

4 研究区概况及模型构建

4.1 自然地理概况

4.1.1 气象水文

4.1.2 地质地貌

4.1.3 水资源现状

4.1.4 土地利用与植被

4.2 社会经济概况

4.3 模型所需基础数据

4.3.1 地图投影变换

4.3.2 数字高程模型的生成

4.3.3 土壤类型数据处理

4.3.4 土地利用数据处理

4.4 模型构建

4.4.1 子流域划分

4.4.2 HRU分配

4.4.3 研究区气象数据输入

4.4.4 流域内管理措施输入

4.5 模型参数率定和验证

4.5.1 径流参数率定和验证

4.5.2 污染物流失参数率定和验证

5 模拟结果及分析

5.1 流量——非点源污染负荷相关性分析

5.2 不同土地利用类型非点源污染负荷

5.3 不同施肥条件下非点源污染负荷

5.3.1 模拟情景制定

5.3.2 不同施肥情景对农田非点源污染负荷产出的影响

5.4 农业非点源污染的治理

6 结论与展望

6.1 研究结论

6.2 存在的不足及展望

攻读学位期间发表的学术论文及参加的科研项目

致谢

参考文献