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《河海大学》 2003年
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Integrated Modeling for Urban Fringe Watershed Management Using Basins Model

Zaheer Iqbal  
【摘要】: 城边流域的管理通常采用综合模拟的方案来评估土地利用活动对水体污染负荷的影响。为了实现数据的输入、过程的模拟和结果的分析,模拟工作可能会费钱、费时,而且还需要操作人员具备一定的专业背景。但近期,地理信息系统(GIS)方面技术的涌现使得生成、操作及管理大批量具有空间分布特性的流域土地利用数据成为可能。但由于水文、水质模型处理大量数据的局限性,本论文将着重于采用ArcView、GIS和BASINS模型中的污染负荷模型(PLOAD)对城边流域的综合管理进行研究。 本研究以日最大总负荷(TMDL)为指标、采用GIS与最优化管理机制(BMP)相结合、PLOAD子模型中的水质模拟和神经网络(NN)相结合的方法。由于流域内部的时空变异性,利用GIS可对输入的数据进行采集、存储和修改。BMP是减少排入水系污染物的有效手段。于是,本研究建立了ANN模型,利用其模式识别的功能对非点源污染进行识别;建立用于TMDL的点源和非点源污染模拟的水质模型以模拟河流污染物的分配;并且通过采用有关河流污染物输移的局部拉普拉斯变换的有限分析法对模型作进一步的改进,该分析法与有限分析法和常用的有限差分法相比,具有高精度、低数值离散和振荡的优点。 本研究的综合方法方便了PLOAD模型的输入和输出,且提高了对太湖流域的锡山城边子流域的年模拟效率。而针对某次水文事件,PLOAD模型中已开发了计算方案以计算非点源污染,并结合其它方案以对PLOAD中的各种反映数学、物理机理的构件进行整合。制定了若干与BMP结合的土地管理的替代备选方案来控制水文事件的可能污染负荷量。本研究也对TMDL新概念的理解作了一定的描述,并求得非点源污染的负荷分配量(LA)和点源污染的负荷分配量(WLA)的总和以计算纳污能力(LC)。 太湖流域的锡山城边子流域包括城镇面积和农田面积,约877平方公里,是经济较发达的地区。在需要的情况下,也采用了水文事件数据与实测数据进行验证,还将不同组的结果与单次事件的监测结果进行了比较。在城边子流域的评价和管理中,综合运用了TMDL、BMP、ANN和水质模拟技术,而且模型间的耦合在降低潜在的点源、非点源污染方面发挥作用。结果表明:非点源污染中的总氮(TN)有40~112mg/l来自农业污染,7.35~22.19mg/l来自生活污染。对于水质模型,隐式向后有限差分格式代替四点隐式差分格式的数值处理使得COD的浓度在验证后增大,大多数河流达到40~80mg/l。通过“烧进”技术调整DEM可将2500ha的流域阈值调整到城市相对应的尺寸。采用BMPS估计 可合理削减75%的营养物资,该值是通过即定流域管理方案的BMP经验值得到。TMDL 按LA的非点源和WLA的点源污染估计为,其中有10%的允许负荷作为安全边界值 (MOS)。ANN提供非点源污染物的识别。最后,模型结果以图形和表格的形式输出, 不同组的结果与单次事件的监测结果比较。本研究估算了流域的年污染负荷和不同降雨强 度(强、中、弱)的事件平均浓度(EMC)。其中所有的地图均不设经纬度。 本研究为国家自然基金资助项目(项目号为50239030)的一部分。
【学位授予单位】:河海大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2003
【分类号】:X52

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