小流域面源污染物输出分析系统构建

摘要

我国面源污染流失严重，面源污染成为影响水质的关键因素之一，理解小流域径流流失的特征能够为面源污染提供理论支撑。本文通过解析北苕溪面源污染区域流域特征，分析该地区水质变异时空分布，获得水质变异影响因素;并进一步通过最优化数学方法获得各污染源输出系数，对典型小流域面源污染区域氮磷流失进行核算分析;通过将氮磷流失核算方法编程得到小流域面源污染物输出分析系统，为该地区面源污染控制提供一定科学依据。主要取得如下结果:
　　(1)在辩析了该地区水质时空变异的基础上，通过相关性分析及逐步回归分析明确了土地利用方式是造成水质变异最为关键的因素。其中耕地占百分比对该研究区域中浊度、化学需氧量的影响较大;城镇村及工矿用地占百分比是温度、溶解氧、电导率、总有机碳、化学需氧量、氨氮、硝态氮、总氮、总磷多个水质指标的影响因素;林地占百分比与化学需氧量呈显著负相关;水域占百分比为溶解氧、温度、总溶解磷水质指标的影响因子。景观格局对水质影响结果表明，斑块密度为溶解氧、电导率、总有机碳、化学需氧量、硝态氮、总氮、总磷、总溶解磷的影响因子。除斑块密度以外，其它景观格局指标并未与水质指标呈显著相关性。社会经济因素对水质影响结果表明:单位面积人口、单位面积经济产值分别与酸碱度、浊度呈显著相关性。
　　(2)基于水质研究结果，选取土地利用、农村生活等污染源。在对典型农业面源污染区域——北苕溪全城坞小流域进行5个断面及降雨水质监测，结合流量核算得到2014年总氮、总磷年降雨输出量总量分别为14.41 t、0.85t。利用实测资料以及输出系数法计算模型，通过最优化数学方法核算得到各污染源总氮、总磷输出系数。进一步验证得到总氮、总磷负荷的模拟精度分别为80.52％以及82.90％。该流域总氮输出以降雨输出为主占75.82％，其次为林地占20.01％;流域总磷输出中，林地输出最大，为49.16％，农村生活总磷输出次之，占面源污染输出的21.35％。
　　(3)构建了小流域面源污染物输出分析系统，通过选取土地利用、农村生活等12个污染源作为小流域面源污染物输出的主要因素，并结合水文水质数据进行污染物总量的核算。将整个系统分为开始选择模块、系数核算要素模块、负荷核算模块、除去降雨负荷核算模块、采样区域信息模块、氮磷污染系数计算模块、输出模块共计7个模块，通过Matlab及Visual Studio进行联合编程实现对小流域面源污染物的输出分析。通过将第三章总氮、区域基本情况等数据放入系统计算，系统分析结果与实际计算结果基本相符。继而说明该小流域面源污染物输出分析系统具有一定的实用性。

目录

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论文说明

致谢

摘要

图表索引

缩略词清单

1 绪论

1．1 研究背景

1．1．1 面源污染现状及特点

1．1．2 北苕溪及周边流域水体污染情况

1．2 面源污染对水质的影响

1．2．1 土地利用、景观格局等自然要素对水质的影响

1．2．2 农村生活等社会因素对水质的影响

1．3 面源污染研究方法

1．3．1 输出系数等监测经验模型

1．3．2 机理模型结合3S技术的应用

1．4 论文选题思路与研究内容

1．4．1 研究目的及意义

1．4．2 主要研究内容

1．4．3 研究方法及技术路线

2 面源污染地区水质影响分析

2．1 引言

2．2 材料与方法

2．2．1 研究区域概况

2．2．2 地理及社会信患处理方法

2．2．3 水质样品监测及处理方法

2．2．4 数据处理分析方法

2．2．5 选取景观格局指数的意义

2．3 结果与讨论

2．3．1 流域水质的时空变异

2．3．2 流域特性与水质的响应关系

2．4 本章小结

3 小流域面源氮磷流失核算

3．1 引言

3．2 材料与方法

3．2．1 研究区域概况

3．2．2 样品测试分析方法

3．2．3 输出负荷核算方法

3．2．4 考虑降雨输出的模型建立

3．3 结果与讨论

3．3．1 流域降雨量及径流量变化特征

3．3．2 降雨及断面监测氮磷变化特征

3．3．1 参数率定及验证

3．4 本章小结

4 小流域面源污染物输出分析系统

4．1 引言

4．2 材料与方法

4．2．1 软件设计流程图

4．3 详细设计及实现

4．3．1 选择模块功能介绍

4．3．2 系数核算要素模块

4．3．3 负荷核算模块

4．3．4 除去降雨模块

4．3．5 采样区域信息模块

4．3．6 氮、磷污染系数计算模块

4．3．7 输出模块

4．4 测试案例

4．4．1 软件测试基础理论

4．4．2 软件测试目的及分类

4．4．3 软件测试用例设计要求

4．4．4 软件各个模块测试用例

4．5 本章小结

5 结论与展望

5．1 研究结论

5．2 研究的创新点

5．3 研究展望

参考文献

附录

硕士期间科研成果及奖励