平原海岛地区非点源污染负荷估算及水环境效应研究——以上海崇明岛为例

摘要

长期以来，平原海岛地区由于与外界相对隔离，形成了以农业占主导的产业模式，农业非点源污染将会是一个长期的问题。此外，平原海岛地区淡水资源匮乏，对岛内河流水环境质量保护有着很高的要求，须严格控制污染排放。研究非点源污染对河网水环境的影响有助于识别非点源污染的关键源区和非点源污染控制优化措施，而我国目前这方面的研究还较为薄弱。有鉴于此，研究平原海岛地区农业非点源污染排放特征及对水环境质量影响具有重要的理论意义和实践指导意义。 论文首先回顾了国内外非点源污染的研究进展，从非点源污染的概念、类型、影响因素和特征等出发，对非点源污染的研究理论进行了梳理，并从非点源污染研究的数据准备、产汇流计算、非点源污染负荷计算及其在河道中迁移转化模拟等方面，总结概括了非点源污染对水质影响的研究方法。 针对平原海岛地区产汇流规律的特殊性，论文建立了以SCS模型、POLAD模型和三角形汇水算法为基础的集成产汇流计算、非点源污染负荷估算及在河道中的分配的河道非点源污染估算模式，并与强人工调控的河网水环境数学模型对接，分析非点源负荷进入河道后，对河道水质的影响程度。 崇明岛是我国的第三大岛，也是世界上最大的河口冲积平原岛屿地区，根据航空遥感调查资料，崇明三岛土地利用中以农业用地为主，占总面积的69.1％。论文以上海崇明岛为研究样区，模拟计算了现状年崇明岛非点源污染负荷及其对河道水质的影响，并通过幕景分析，分析了降雨量对非点源污染负荷、河网水质的影响，以及不同控制措施的污染削减能力。主要结论包括：径流量、径流系数随降雨量的增大而增大，并建立了经验关系式；由于降雨径流对河道污染的稀释作用，单位负荷浓度增量呈现随降雨量先增后减的趋势；崇明非点源污染的主要来源有农田、自然村落用地和水产养殖等，同时，商业用地、新式住宅集中的区域，河道污染也往往较为严重；初步识别了崇明非点源污染重点控制区域；在几种非点源污染控制措施中，控制效率由高到低依次为对耕地采用水土保持措施、降低居住区不透水面积比例、提高开放空间的植被覆盖率；探讨了水资源调度的优化方案，认为从提高污染削减效率的角度出发，发生暴雨时，将水资源调度时间安排为3天(包括发生暴雨那天)较为合适：描绘了调水改善水质的过程图。在此基础上，提出了崇明非点源污染主要控制措施。 实证研究结果显示，论文构建的平原海岛地区河道非点源污染估算模式-水环境数学模型的集成模式在平原海岛地区非点源污染研究中具有一定的适用性，为平原海岛地区非点源污染研究提供了有效的研究方法，为非点源污染控制措施的制定提供了技术支持。

目录

文摘

英文文摘

论文说明：图表目录

声明

1 概述

1.1 研究背景与意义

1.2 非点源污染研究进展

1.2.1 国外相关研究

1.2.2 国内相关研究

1.2.3 存在问题与展望

1.3 论文主要工作

1.3.1 论文研究内容

1.3.2 论文技术路线

2 非点源污染对水质影响研究的理论与方法

2.1 非点源污染的概念和特征

2.1.1 非点源污染的概念及类型

2.1.2 非点源污染的影响因素及特征

2.2 农业非点源污染研究的数据准备

2.2.1 图形资料

2.2.2 统计资料

2.3 径流量计算及在周边河道中的分配

2.3.1 径流形成过程

2.3.2 流域产汇流模拟研究

2.4 农业非点源污染负荷计算及在河道中的分配

2.4.1 流域非点源污染负荷估算

2.4.2 非点源污染负荷在河道中的迁移转化模拟

3 平原海岛地区非点源污染负荷估算及水环境模拟方法研究

3.1 平原海岛地区产汇流特征

3.2 平原海岛地区产汇流计算

3.2.1 产流计算

3.2.2 河道径流汇流量计算

3.2.3 河道接纳非点源污染负荷计算

3.3 平原海岛地区河流水环境数学模型

3.3.1 水动力模型

3.3.2 水工构筑物调控

3.3.3水质模型

3.4 非点源污染防治多幕景分析

3.4.1 不同降雨量的幕景设定

3.4.2 不同非点源控制措施的幕景设定

4 平原海岛地区非点源污染对河网水环境影响的实证研究

4.1 研究方法和数据来源

4.2 研究区域概况

4.2.1 自然地理

4.2.2 社会经济概况

4.3 产汇流计算

4.3.1 SCS模型参数确定

4.3.2 CN值的确定

4.3.3 产汇流量计算

4.4 非点源污染负荷计算

4.5 崇明岛河网水环境数学模型与非点源模型的集成

4.5.1 崇明岛河网水环境数学模型与非点源模型的集成方式

4.5.2 研究区域概化

4.5.3 模型率定

4.6 基于幕景分析的非点源污染防治策略

4.6.1 幕景分析

4.6.2 防治措施

5 研究总结与建议

5.1 研究总结

5.2 今后研究设想

参考文献

附录

致谢