基于SWAT模型的太行山区农业面源污染模拟研究——以唐河西大洋水库以上流域为例

摘要

水是生命之源，是国家和社会发展必备的战略资源。我国水环境形势十分严峻，随着人类社会的高速发展，水环境污染问题已经成为全球性的环境问题。在点源污染基本得到较好控制与治理的情况下，面源污染已经成为水环境的主要威胁。其中农业面源污染已经成为水环境恶化和湖泊富营养化的重要原因。因此，控制农业面源污染、保护生态环境对实现我国可持续发展具有重要的理论和现实意义。通过建立农业面源污染模型，模拟计算农业面源污染负荷量，分析其时空分布规律，是研究农业面源污染的最为有效的途径。
　　 本文以唐河西大洋水库上游流域为研究区，在全面阐述国内外面源污染研究进展的基础上，选用美国农业部农业研究所开发的SWAT模型，将其与数字高程模型、GIS系统等相结合，对研究区内的农业面源污染进行了模拟研究。主要内容包括:
　　 (1)选定唐河西大洋水库上游流域为研究区，在GIS、VF、EXCEL等软件的辅助下，建立了研究区的空间数据库和属性数据库。其中，空间数据库包括数字高程模型DEM、土地利用方式图和土壤类型图，属性数据库包括降水、气温、风速等气象数据库、土地利用属性数据库和土壤属性数据库。
　　 (2)建立了适用于本研究区的SWAT模型。首先建立初始SWAT模型。由于SWAT模型模拟过程中需要大量的参数，并且这些参数的不确定性对模型的模拟结果有着很大程度的影响，因此需对敏感性参数进行调节。利用2008～2009年实测资料对模型进行了校准和验证，最终得到了适用性良好的SWAT模型。
　　 (3)农业面源污染模型—SWAT模型的实际应用。通过模拟计算研究区不同水文年条件下的径流，泥沙和氮素等农业面源污染物的输出负荷，从时问和空间两个角度分析了研究区农业面源污染的输出规律和分布特征。通过模拟不同施肥措施条件下面源污染物输出负荷，得到施肥水平与农业面源污染物输出负荷之间存在着正相关关系。
　　 (4)根据农业面源污染的机理和不同条件下农业面源污染物输出情况，为农业面源污染防治提供了有针对性的科学有效的措施。

目录

声明

摘要

1 引言

1．1 研究背景及意义

1．2 农业面源污染概述

1．2．1 农业面源污染特点

1．2．2 农业面源污染机理

1．2．3 农业面源污染现状及危害

1．3 农业面源污染研究现状

1．3．1 面源污染机理研究现状

1．3．2 面源污染模型研究现状

1．4 研究内容与技术路线

1．4．1 研究内容

1．4．2 技术路线

2 SWAT模型

2．1 SWAT模型概述

2．1．1 SWAT模型开发

2．1．2 SWAT模型特点

2．1．3 模型应用软件AVSWAT

2．1．4 SWAT模型的应用及局限

2．2 SWAT模型原理

2．2．1 水文过程子模型

2．2．2 土壤侵蚀子模型

2．2．3 污染负荷子模型

3 研究区概况与数据准备

3．1 研究区概况

3．1．1 自然条件

3．1．2 社会经济条件

3．2 数据库构建

3．2．1 空间数据库

3．2．2 属性数据库

4 模型构建及校验

4．1 模型构建

4．1．1 基于DEM的水文参数计算

4．1．2 亚流域划分

4．1．3 水文响应单元(HRU)定义

4．1．4 加载气象数据

4．1．5 模型运行

4．2 模型校准与验证

4．2．1 模型评价参数

4．2．2 模型校准

4．2．3 模型验证

4．2．4 参数确定

5 模型应用及分析

5．1 不同水文年面源污染负荷

5．2 面源污染负荷空间分布特征

5．2．1 产水空间分布

5．2．2 产沙空间分布

5．2．3 硝态氮负荷空间分布

5．3 不同施肥水平对面源污染的影响分析

5．4 模型应用意义

6 结论与不足

6．1 结论

6．2 存在的不足

参考文献

在读期间发表的学术论文

作者简介

致谢