GIS支持下西湖流域水环境非点源污染研究

【摘要】： 非点源污染是一种间歇发生的，随机性、突发性、不确定性很强的复杂过程。而GIS技术具有 高效、灵活、直观等优点，有着强大的空间数据处理能力。近年来，由于GIS技术的日益成熟，应 用GIS技术已成为国内外水环境非点源污染研究的热点。本研究结合了Blackland GRASS GIS和非 点源专业模型对西湖流域的水环境非点源污染作了研究，取得了以下成果： 对于西湖流域浅层地下水的研究表明： 1）在所有的地下水样中，发现阴离子有7个明显的分布。基于等当量水平比较，阴离子的优势分 布分别为：Cl＞NO_3＞HCO_3＞SO_4（27％），Cl＞NO_3＞SO_4＞HCO_3（14％），HCO_3＞Cl＞NO_3＞SO_4（13％）， HCO_3＞Cl＞SO_4＞NO_3（10％），HCO_3＞N0_3＞Cl＞SO_4（9％），HCO_3＞NO_3＞SO_4＞Cl（6％），和 HCO_3＞SO_4＞Cl＞NO_3（5％）。与阴离子不同，阳离子在所有的地下水样品中都显示出唯一的特征 分布：Ca＞Na＞Mg＞K＞NH_4。 2）按照水化学特征，发现西湖流域浅层地下水可以划分为两组：位于流域西北部的Group1（Ca —SO_4型）和东南部的Group2（Ca—HCO_3型）。Group2的浓度普遍较Group1为高，如HCO_3 （约4倍）、Ca和Na（约2倍），因此电导率也相对较高（约2倍）。 3）西湖流域浅层地下水已经大范围的受到了硝酸盐污染的危胁，局部地区已存在严重污染。检测 到的硝酸盐浓度范围为＜0.01-25.3mgN/L，均值为8.0mgN/L。大约有24％的水样超过了10mg N/L的WHO推荐标准，40个采样点中有14个点位（占35％）一次或多次超过了10mgN/L， 这一现象必须引起足够的重视。 4）西湖流域浅层地下水硝酸盐空间分布的总体特征为：流域的南部区域硝酸盐浓度较高，主要在 玉皇山下的阔石板新村一带；其次流域的北部区域，栖霞岭居住区一带。林区内的地下水硝酸 盐浓度则普遍较低。 5）比较流域内3种土地利用区域内的地下水水质，发现林区浅层地下水的离子浓度普遍较低，如 Na、Mg 、Cl等。在居住区，地下水显示了相对较高浓度的Na和Cl，这证实了居民生活污水 对当地浅层地下水的影响。农业区浅层地下水的硝酸盐平均水平最高，达10.16mgN/L。调查 中还发现，流域农业区浅层地下水有相对较高的Mg和SO_4含量，这可能与当地的地质条件有 较大关系。 6）调查发现，大多数浅层地下水样品的亚硝酸盐浓度低于检测限，但是其中约10％的样品超过了 0.02mgN/L的国家标准。这揭示了流域地下水的亚硝酸盐污染已较严重，应引起管理者的足够 重视。水稻田附近浅层地下水中的硝酸盐浓度不高（2.61-5.02mgN/L），但是观察到一个极大的 亚硝酸盐水平，达1.5mgN/L。反映了稻田区浅层地下水中存在比较活跃的微生物反硝化反应。 这表明，对于稻田，除了关注其甲烷的释放和硝酸盐污染外，由于化学氮肥使用而引起的亚硝 酸盐污染也应该引起足够的重视。 7）研究发现，各种土地利用中，农业区浅层地下水的硝酸盐浓度最高，并且SO_4和NO_3有较好的 相关性（R~2=0.76，N=9），这有可能与当地的地质或土壤母质有关。在林地地下水水样中，发现 NO；和口的良好相关性（RZ＝0．80，N＝0），似乎表示了，西湖流域的林地己经受到了人类活动 的很大的影响。 8）本研究试着将DRASTIC模型与Blackiand GRASS GIS结合，对西湖流域的浅层地下水污染风 险进行了预测和评价。完成了西湖流域DRASTIC模型的7大评价因子空间分布图和DRASTIC 风险指数图。 9）许多研究发现土地利用对浅层地下水的水质有显著的影响。基于此点，本研究设计了一个新的 评价因子一土地利用L因子（Land use），来反映土地利用对浅层地下水水质的影响。该因子与 DRASTIC指数结合，构成新的评价指数一LDRASTIC指数。本研究利用Wsual Basic语言开发 了一个小型的最优化评价和拟和程序，对因子L的取值进行推理和筛选，确定了西湖流域内不 同土地利用的因子L分级值。并作出因子L空间分布图以及IAI：llASTIC风险指数图。 10）相对DRASTIC模型，LDRASTIC模型对地下水硝酸盐三个风险水平预测的准确率都有了提高， 在所有的硝酸盐中等浓度和高浓度水样中，LDRASTIC的准确率达到了 60．4％＄ 69．0％，总体 准确率则从26．9％上升到了sl．3％。因此，增加了L因子后，有效的提高了模型的预测准确率。 11）研究分别比较了实测硝酸盐值、电导率值与 DRASTIC模型、LDRASTIC模型的相关性。发现， 增加了L因子后，风险指数与硝酸盐的Pearson相关系数从·0．010上升到0二37，与电导率的 Pearson相关系数从0．380上升到0．503。LDRASTIC指数与电导率、LDRASThC指数与硝酸盐， 两者都在统计上呈极显著相关。 12）依据 LDRASTIC风险指数图，作出西湖流域的浅层地下水的污染风险分级图。整个流域内， 低、中、高风险区分别占了＊．6％、70．9％和17．5％。在区域规划和管理中，地下水污染风险图 可以为管理层提供较有价值的参考信息。对于地下水污染的高风险区域，

【关键词】：GIS 非点源污染 DRASTIC LDRASTIC AGNPS AnnAGNPS 西湖流域
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2001
【分类号】：X524
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