SWAT模型在巢湖典型检测点农业面源污染模拟的评价与验证研究

摘要

巢湖作为我国“三河三湖”的重点治理对象之一,其水体污染主要表现在严重富营养化,甚至因氮磷含量过高引起严重的水体富营养化导致蓝藻爆发,致使水体恶化变坏。研究表明,目前非点源污染已成水体一大重要污染源,国内外各部门为实现对非点源污染的深入认识及达到污染控制目标,而提出模型研究计划。非点源污染模型的研究应用,能够提供对污染内部所发生的复杂过程进行的定量描述,帮助了解面源污染在时间和空间上产生的特征,识别其主要来源及迁移途径,预测污染物负荷及对水体的影响,并对土地利用状况进行科学评估,为流域规划和管理提供决策依据。SWAT(SoilandWaterAssessmentTool)模型是在水文循环模拟的基础上,将参与和影响水文循环的各要素变化过程进行模拟和分析的一种基于流域尺度的分布式模型。为达到研究需要,本研究重点选择巢湖流域一典型圩区—王南/王北圩为研究对象,以及巢湖东西半湖监测断面裕溪口与湖滨点位进行重点监测。
　　本研究内容主要包括:①研究区域农业非点源污染负荷空间分布的特征及主要影响因素;②圩区营养盐随降雨及排水事件的输出特征;③巢湖东西半湖监测断面裕溪口与湖滨点位酸碱度(pH)、溶解氧(DO)、氨氮(NH3-N)、高锰酸盐指数(CODMn)的年内各周变化规律;④2012年巢湖水体水质的评价分析;⑤根据模拟结果与实测值吻合程度与可信度情况,判定SWAT模型的适用性。
　　1)研究区域农业非点源污染负荷空间分布的特征及主要影响因素是降雨量,7月244.6mm的最大降雨量,也是当月营养盐输出较大的月份,为391.53kg(11.75kg/ha)。并且土地利用类型也是农业非点源污染的一个重要影响因素,不同的地形(坡度、坡长等也是对非点源污染空间负荷的影响因子,总的来说坡度越大的地区,农业非点源污染负荷程度就越大,坡度小即小。
　　2)2012年间王南圩向小柘皋河共排出172886.16m3(5186.56m3/ha)的水量,王北圩04-10月份共排出269010m3(8070.26m3/ha)的水量。两个圩区每个月份的排水量的变化趋势比较一致,在07月份排水量都达到最大,而在04、05、09和10这几个月份排水量比较少,特别是王南圩,甚至未向小柘皋河排水,这与对应月份降雨较少有直接关系。两个圩区相比,04-10月份王南圩污染物输出负荷(648.22kg)比王北圩(1022.30kg)要低36.59％,分析原因是王北圩排水量比较大,而营养盐输出负荷与排水量呈正比例关系。说明圩区内过多的排水,会促进营养盐随排水而进入小柘皋河的趋势。
　　3)2012年01月至12月,巢湖流域流域安徽巢湖裕溪口点位,Ⅱ类水质周数最多的是10月,为1周;Ⅱ类水质周数最少的是10月,为1周。Ⅲ类水质周数最多的是10月,为2周;Ⅲ类水质周数最少的是04月,为1周。2012年01月至12月,巢湖流域流域安徽合肥湖滨点位,Ⅱ类水质周数最多的是10月,为1周;Ⅱ类水质周数最少的是10月,为1周。Ⅲ类水质周数最多的是10月,为2周;Ⅲ类水质周数最少的是04月,为1周。
　　4)总体来说,巢湖西半湖污染程度明显高于东半湖。若总氮、总磷不参与评价,东半湖水质评价为Ⅲ类,西半湖水质评价为Ⅳ类,总体水质表现为Ⅳ类。若总磷、总氮参与评价范畴,东半湖水质评价为Ⅳ~Ⅴ类,西半湖水质评价为劣Ⅴ类,总体水质表现为劣Ⅴ类。同样,湖内水体的营养状况是西半湖重于东半湖。
　　5)通过对典型小流域圩区的径流营养盐输出负荷的模拟结果评价显示,此次对总氮的模拟结果与实测值的吻合程度(R2王南=0.8734、R2王北=0.8619)较好,可信度(Ens王南=0.8436、Ens王北=0.8854)也较高,表现为适用;而在总磷的模拟结果与实测值的吻合度(R2王南=0.6740<0.7)及可信度上(Ens王北=-1.25<0)存在不足,可能是磷本身含量较低及对环境敏感性较大所致,需要再次对本研究的总磷模拟进行改善。

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1 文献综述

1.1 研究背景与意义

1.2非点源污染的现状和危害

1.3 国内外研究进展

2 SWAT模型简介

2.1模型概述

2.2 SWAT模型的基本原理

2.3 研究内容与技术路线

2.4 研究目标

3 研究区概况与基础数据处理

3.1 研究区概况

3.2 属性数据库

3.3 空间数据库

3.4 典型小流域选取

4 巢湖流域非点源污染水质分析

4.1 巢湖流域当年降雨量

4.2 典型小流域圩区非点源氮磷输出负荷

4.3 巢湖东西半湖监测断面水质分析

5 巢湖流域非点源污染建模展示

5.1 对流域总氮总磷负荷模拟

5.2敏感性分析评价

6 结论与展望

6.1 研究结论

6.2 存在的不足

6.3 研究展望

参考文献

致谢

作者简介

攻读学位期间发表/录用的学术论文