基于GIS的流域非点源污染关键源区识别与控制

摘要

密云水库是北京市的主要地表饮用水源地,处于中等富营养化程度,非点源污染是其主要的污染源。磷是富营养化的限制性因子,而且磷流失污染是农业非点源污染的重要组成部分,因此对本流域进行磷流失风险性评价,确定磷流失的关键源区和影响磷流失的关键因子,从而有针对性的控制磷的流失是非常必要的。本研究选择密云水库上游潮河流域为研究对象,通过深入分析流域的水文气象、土地利用、土壤、水利设施、农田管理等数据,在磷指数体系的基础上,针对当地的实际情况,构建了非点源关键源区(CSAs)的识别框架,并在磷流失风险识别基础上,对多种最佳管理措施效果进行预测,提出优化配置方案。主要结论如下： (1)建立了适用潮河流域磷流失风险评价的研究区非点源污染基础信息库,成功地实现了流域的空间参数化,为关键源区的识别和进一步研究的开展打下了良好的基础。 (2)基于流域的自然地理、社会经济状况建立了修正的磷指数体系。把影响磷流失的因子分为源因子和迁移因子两类,考虑到禽畜养殖和农村生活为本区非点源污染的重要污染类型,在源因子中增加了禽畜粪便和人口密度两个因子。在磷风险分级时,进行了调整,以控制磷的高流失风险区面积所占的比例,为合理地分配现有的物力财力,有针对性地制定控制管理措施提供依据。 (3)在径流因子的计算过程中,没有选择一般常用的入渗径流方程和SCS径流曲线法,而是通过对流域出口下会站点33年降雨概率分析,分别针对0-25％、25-75％、75-100％降雨概率下的降雨和径流深进行线性拟合,在此基础上对流域的径流深进行估算。其它因子的生成参数通过对本区相关研究的最新成果进行分析后确定,保证了本文的磷指数建立具有可靠的数据基础。 (4)全流域的农业非点源磷污染危风险评价发现,磷流失高风险区即关键源区仅占流域的7.95％,中等风险区为19.63％,大部分区域都属于低风险区,占流域的72.43％。关键源区主要集中在两部分：一部分集中在河道两侧,贯穿整个流域,面积较大,占关键源区总面积的73.93％,主要是由于距离水体较近,耕地分布集中,化肥施用量大,速效磷本底值高造成的；另一部关键源区主要集中在下游,分布较分散,受畜禽养殖和人类活动影响较大。 (5)在磷流失风险评价基础上,根据不同关键源区的特点和实际情况,提出了相应的最佳管理措施,其中,针对土壤侵蚀类污染的控制措施中,对比削减效率发现,非改变土地利用方式中的保护性耕作是兼顾经济和效率的最佳选择。针对畜禽养殖污染严重而设计的农村户用沼气池,控制效果磷流失可以达到该项总损失的19.88％。针对河道两侧耕地过多,化肥过量施用造成的养分流失污染,采用了测土施肥技术可节约磷肥67.09t,作为综合污染控制措施的河岸缓冲带,可以有效的拦截部分泥沙、总氮、总磷,其中对泥沙流失的控制效果最好为83％,总磷次之,总氮最差仅为27％。

目录

文摘

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第一章绪论

1.1研究意义

1.2非点源污染关键源区识别研究进展

1.3研究内容与方法

第二章流域非点源污染基础数据库的建立

2.1研究区域概况

2.2流域基础数据库的建立

第三章磷指数法修正及应用

3.1修正的磷指数体系建立

3.2因子生成

3.3迁移因子的获取

3.4源因子的获取

3.5分级图生成

第四章影响因子分析与关键源区识别

4.1迁移因子空间分布及分析

4.2.源因子的空间分布及分析

4.3磷流失风险性评价结果

第五章最佳管理措施(BMPs)应用

5.1最佳管理措施简介

5.2最佳管理措施的选取

5.3针对实际情况选取相应措施

5.4小结

第六章结论与展望

6.1结论

6.2需要进一步研究的问题

参考文献

研究生期间发表论文

致谢