汾河水库流域非点源污染模拟研究

摘要

随着社会经济的快速发展，水资源短缺、水质恶化等水环境问题也越来越显著。近年来，在世界各国的积极控制和治理下，点源污染已基本得到有效控制，但非点源污染却并未引起足够的重视，从而日趋严重。
　　汾河水库地处汾河上游，是山西省最大的水库。本研究以山西省自然科学基金为依托，选取汾河水库流域为研究对象，借助GIS、RS等技术，对流域基础信息进行了提取和处理，实现了流域基础信息的数字化;提出了基于DEM的水文地形分析方法，对流域坡度、坡长、汇水面积等水文参数进行了分析;针对径流形成、土壤侵蚀、污染物流失三个过程，构建了流域非点源污染模型，对流域非点源污染进行了系统性的分析研究。本研究对流域非点源污染控制规划以及流域水资源管理，具有一定的理论指导和借鉴意义。主要研究成果如下:
　　(1)流域基础数据处理。借助GIS、RS等技术，对汾河水库流域空间和属性数据进行了提取和处理，实现了流域基础信息的数字化、网格化，包括遥感影像的预处理、解译识别、土地利用及植被覆盖信息的提取，土壤类型及土壤参数的提取等;利用空间插值技术，对流域降雨及气温数据进行了插值处理。
　　(2)流域水文地形分析。提出了基于DEM的流域水文地形分析技术方法，借助GIS、网格等技术对流域进行了水文地形分析，确定了流域边界，生成了流域河网水系，实现了流域离散化即子流域和水文响应单元划分，进行了坡度、坡长、子流域面积、河道长度等水文参数的提取。
　　(3)非点源污染模型的建立。通过对非点源污染的产生机制进行研究，针对径流形成、土壤侵蚀、污染物流失三个过程，构建了非点源污染模型，包括水文模型、泥沙模型、污染物流失模型三个模块。
　　(4)模型率定及不确定性分析。以静乐站、上静游站、汾河水库站三个站点1980～1989年的实测值为依据，采用SUFI-2优化算法对建立的模型进行了不确定性分析、率定及验证，验证了所建立模型对汾河水库流域具有较好的适用性。
　　(5)流域非点源污染分析。采用率定的最优参数组对汾河水库流域2006～2010年的非点源污染进行了模拟，并从时间、空间和土地利用类型三个角度分析了流域非点源污染负荷状况。时间方面，分别以年和月为步长，分析了泥沙、有机氮、硝酸氮、有机磷、溶解态磷污染负荷的分布状况及其与降雨、产水等因素的相关关系;空间方面，分析了各子流域的非点源污染负荷状况，借助GIS技术实现了非点源污染空间分布的可视化;土地利用方面，通过对比分析不同土地利用类型的非点源污染负荷，明确了林地、草地、耕地、工矿及未利用地的非点源污染负荷状况。
　　(6)非点源污染控制措施研究。提出了化肥施用管理、设置缓冲带、退耕还林三种不同的非点源污染控制措施，分析了三种措施对流域非点源污染负荷的削减效果。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景及意义

1．1．1 研究背景

1．1．1 研究意义

1．2 国内外研究进展

1．2．1 国外研究进展

1．2．2 国内研究进展

1．3 研究内容和技术路线

1．3．1 研究内容

1．3．2 技术路线

第二章 基础理论与技术方法

2．1 非点源污染概念

2．2 非点源污染基础理论

2．2．1 流域产流理论

2．2．2 流域汇流理论

2．2．3 土壤侵蚀原理

2．2．4 污染物迁移转化

2．3 技术方法

2．3．1 GIS技术

2．3．2 RS技术

2．3．3 空间插值技术

第三章 流域概况及基础数据处理

3．1 汾河水库流域概况

3．1．1 自然地理概况

3．1．2 社会区域概况

3．2 流域基础数据处理

3．2．1 坐标体系

3．2．2 土地利用数据

3．2．3 土壤类型数据

3．2．4 气象数据

3．2．5 非点源现状数据

第四章 流域水文地形分析

4．1 洼地填充

4．1．1 洼地处理

4．1．2 平地处理

4．2 水流方向的确定

4．3 河网生成及流域边界的确定

4．3．1 生成水流累积矩阵

4．3．2 计算汇水面积

4．3．3 生成流域河网

4．3．4 确定流域边界

4．4 河网等级的划分

4．5 流域空间离散化

4．5．1 子流域的划分

4．5．2 水文响应单元的定义

4．6 水文参数的提取

第五章 流域非点源污染模型的建立

5．1 水文模型

5．1．1 产流模型

5．1．2 汇流模型

5．1．3 蒸散发模型

5．1．4 土壤渗流模型

5．1．5 地下水补给模型

5．2 泥沙模型

5．2．1 土壤侵蚀模型

5．2．2 泥沙输移模型

5．3 污染物流失模型

5．3．1 污染物迁移模型

5．3．2 污染物输送模型

第六章 模型率定及不确定性分析

6．1 模型率定及不确定性分析的方法

6．1．1 SUFI-2优化算法

6．1．2 率定效果评价指标的选取

6．2 参数敏感性分析及最佳参数

6．3 模型率定及不确定性结果分析

6．3．1 径流率定和不确定性分析

6．3．2 泥沙率定和不确定性分析

第七章 流域非点源污染分析

7．1 流域非点源污染负荷的时间分布

7．1．1 年负荷状况

7．1．2 月负荷状况

7．2 流域非点源污染负荷的空间分布

7．2．1 降雨空间分布

7．2．2 泥沙负荷空间分布

7．2．3 氮负荷空间分布

7．2．4 磷负荷空间分布

7．3 不同土地利用类型的非点源污染负荷

7．4 非点源污染控制措施及其效果分析

7．4．1 化肥施用

7．4．2 缓冲带

7．4．3 退耕还林

第八章 结论和建议

8．1 结论

8．2 建议

参考文献

致谢

攻读学位期间发表的学术论文目录及参与的科研项目