基于HSPF模型的宜兴平原河网地区非点源污染模拟相关研究

摘要

多年来，各专家学者都认为点源污染是造成水污染的主要原因，我国投入了大量的人力物力，使用了许多科技手段减少污水排放量，并取得了许多成果。但是只对点源进行控制，依旧不能保证水污染现状的根本改善，大量的非点源污染物仍持续不间断地进入水体，非点源污染成为新一类的污染源。城市生活污水、畜禽养殖和农事活动是非点源污染的主要来源，其中农业非点污染占的比重最大且分布最为广泛。由于非点源污染随机性大、时空范围广、潜伏时间长、影响因子较多，近年来成为国内环境领域研究的热点。
　　本文研究区域为宜兴平原河网地区，宜兴位于江苏省南端、太湖西岸，经济发达。通过实地调查，位于研究区域的有37家工业点源和2家污水处理厂，其中95％以上的工业点源排放的污水都已进入污水处理厂。为调查宜兴平原河网地区河流水质情况，本文以宜兴市2条入太湖河流漕桥河和殷村港为研究对象，共在漕桥河布设7个采样点，殷村港布设7个采样点，太湖沿岸布设8个采样点，2013年5月至2014年3月期共现场采样6次，采样频率为每2个月一次，现场测得水温和电导率，并于实验室分析氨氮、硝态氮、总氮、总磷、CODMn、叶绿素、TOC、三维荧光等各项水质指标。针对宜兴平原河网地区的自然地理环境、气候特征和产流方式等因素，选择了HSPF模型对宜兴平原河网地区的非点源污染进行模拟，并通过收集研究区域的数字高程图、水系图、土地利用类型图、河道数据和气象数据数据，构建宜兴平原河网地区HSPF模型的空间数据库和属性数据库，建立HSPF模型，完成了研究区域的2011～2013年的径流量、泥沙量和氮磷污染负荷的校正与验证。本研究得出如下结论：
　　（1）实验结果表明，漕桥河与殷村港从上游到下游，TP、TN、氨氮浓度在逐渐增加，漕桥河TP、TN、氨氮对河流的污染程度比殷村港严重，殷村港COD的污染程度比漕桥河严重。太湖入湖口各点位，沿岸从北到南，TP浓度逐渐增加，TN和氨氮浓度逐渐减小，COD没有明显变化。太湖湖体中TP、TN、氨氮的污染程度比河道的低，但COD的污染程度高于河道中。全年中22个采样点的TP浓度在7月份达到最大值0.46mg/L，TN浓度在3月份达到最大值8.5mg/L。
　　（2）运用ArcGIS、BASINS等工具构建HSPF模型的空间数据库和属性数据库，建立宜兴平原河网地区HSPF模型，并对研究区域的径流量、泥沙量和总氮总磷等模块分别进行了校正与验证。采用相对误差（RE）和纳什系数（Ens）对模型的模拟效果进行了评价。模拟结果显示，径流量的平均相对误差为10.8%，纳什系数为0.872；泥沙量的相对误差为-23.83%～44.85%；氨氮的平均相对误差为-31.3%；总磷的平均相对误差为-27.69%。HSPF模型对径流量的模拟能力较好，对泥沙量和氮磷污染物的模拟效果一般。总体来看，HSPF模型的模拟精度基本达到要求，可用于宜兴平原河网地区非点源污染的模拟研究。
　　（3）模型的不确定性分析结果如下：在模型输入的气象数据中，降雨量和潜在蒸发量对非点源污染负荷的模拟影响很大，故在收集气象数据时，应尽量的获得研究区的逐小时的降雨量和潜在蒸发量数据。由于河道的长度、断面的宽度和坡度是由模型通过DEM高程数据计算得出的，与实际数值有较大差异，而这些数据直接影响模型对河道径流量的模拟，降低了模拟精度；泥沙量跟研究区域的土地利用类型和土壤类型有关，泥沙量的设定参数中好多需要从研究区域的砂粒分析报告中获得（主要包括有效砂粒直径、砂粒沉降速度和砂粒密度等），故泥沙量的模拟变化性很大。
　　本研究可为太湖流域非点源污染研究与治理提供依据，也可作为其他区域展开非点源污染研究的理论和参考，具有重要的科学意义和广泛的应用前景。

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1 绪论

1.1 研究背景和意义

1.2 非点源污染研究进展

1.3 非点源污染模型HSPF结构与组成

1.4 研究内容与技术路线

2 宜兴平原河网地区水质调查与分析

2.1 宜兴自然地理和社会经济概况

2.2 宜兴平原河网地区水质调查

2.3宜兴平原河网地区水质分析

2.4 宜兴点源污染数据

2.5 小结

3 构建宜兴平原河网地区HSPF模型

3.1基础数据库构建

3.2 HSPF模型的程序流程

3.3 HSPF模型校正与验证

3.4 小结

4 结论与展望

4.1 结论

4.2 不足和展望

参考文献

致谢