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《山东师范大学》 2012年
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基于SWAT模型的南四湖流域非点源氮磷污染模拟及湖泊沉积的响应研究

李爽  
【摘要】:南四湖是我国华北地区最大的淡水湖,是南水北调东线工程重要的输水通道和调蓄湖泊。南四湖流域地处34°24′~35°59′N,114°52′~117°42′E之间,是淮河流域的重要组成部分,流域以南四湖为中心,流域内有53条大大小小的河流,从四面八方呈辐射状汇入南四湖。上世纪80年代,流域内工农业快速发展,大量污水未经处理随意排放,使得南四湖流域的水环境遭到了严重破坏。随着南水北调东线工程的推进和南四湖流域各地市生产、生活用水量的增加,南四湖流域水体污染已成为黄淮地区一个不可忽视的问题。 大量研究表明,近几年来,南四湖流域在点源污染得到有效的控制之后,非点源污染已经成为目前南四湖流域水体污染的主要原因。因此,对南四湖流域非点源污染进行模拟研究,不仅为全面认识南四湖流域水体非点源污染的影响和分布提供科学依据,同时研究方法和所得结果亦可为类似的其它流域非点源污染研究提供借鉴与参考。 本研究采用野外采样、室内分析和数值模拟等多种研究手段相结合的综合研究的技术路线,尝试利用SWAT模型对南四湖流域非点源污染进行定量模拟,分析南四湖流域非点源污染物的时空分布特征,并探索性地分析检验了南四湖湖区沉积物所含氮、磷元素的空间和时间分布对南四湖流域非点源氮、磷负荷的响应。 本研究共分为五大部分,包括七章,第一部分即第一章,主要介绍了选题背景、意义、非点源污染的研究综述及国内外研究进展。第二部分包括第二章和第三章,主要介绍了研究区概况,并详述了SWAT模型模拟前的数据准备过程。第三部分包括第四章和第五章,主要论述了典型小流域SWAT模型的构建、校准、验证,南四湖流域非点源污染的模拟及评价。第四部分为第六章,主要分析了南四湖沉积物中氮、磷元素含量在空间分布和时间分布上对南四湖水体非点源氮、磷负荷的响应。第五部分也即第七章,归纳研究结论及未来研究展望。 本研究得出主要结论如下: 1、SWAT模型应用于南四湖流域非点源污染的模拟精度较高,且湖东地区模拟效果好于湖西地区。 考虑到南四湖流域湖东和湖西两个区域的差异性及SWAT模型的数据要求,在湖东和湖西各取泗河流域和东鱼河流域作为典型小流域,进行非点源污染模拟,并将模型参数的校准方法用于流域内其它河流流域的估算,得到了南四湖流域非点源污染的空间分布,取得良好效果。通过对比,湖东地区的模拟效果好于湖西地区,这从一定程度上说明SWAT模型在地形起伏较大的地区模拟精度更高。 2、南四湖流域非点源氮、磷污染严重,湖东地区非点源氮、磷负荷大于湖西地区。 通过模拟结果可以看出,南四湖流域土壤侵蚀较轻,大部分地区属于微度土壤侵蚀。流域内非点源氮负荷严重超标,大部分地区氮负荷大于2mg/L,属于氮污染关键区。流域内非点源磷负荷大于0.4mg/L的地区约占总流域面积的40%,这些地区属于磷污染关键区。总体来看,南四湖湖东地区的非点源氮、磷污染较湖西地区严重,其中位于湖东的洸府河流域是南四湖流域非点源氮、磷负荷的最大贡献者。 3、禽畜养殖和化肥流失是南四湖流域非点源氮、磷污染的主要污染源。 通过对南四湖流域非点源氮、磷污染的主要污染源进行调查、统计、分析,得到环境背景因素(气候、土壤、地形、土地利用类型等)、化肥流失、农村生活污水、禽畜养殖各因素的贡献率。研究结果表明,除环境背景因素的影响外,禽畜养殖是湖东地区各河流流域非点源氮、磷污染的主要污染来源,化肥流失在湖西地区各河流流域非点源氮、磷污染中占据主要地位。 4、非点源氮负荷以溶解态为主,非点源磷负荷以吸附态为主。 通过SWAT模型的模拟及ArcGIS制图,得到流域内各河流流域354个子流域为单位的产流、产沙、坡度、降水、非点源氮负荷、非点源磷负荷的空间分布图。为了进一步探究它们之间的相互关系,对其进行了相关分析。结果显示(1)对产流影响:坡度降水;(2)对产沙影响:产流降水坡度;(3)对非点源氮负荷影响:产流产沙,因此流域内非点源氮负荷主要为溶解态;(4)对非点源磷负荷影响:产沙产流,因此流域内非点源磷负荷主要为吸附态。 5、湖泊沉积物中非点源氮、磷含量对湖泊水体非点源氮、磷负荷有良好的响应效应。 通过将SWAT模型模拟的入湖口非点源氮、磷含量,与南四湖水质、表层和柱状底泥样点监测分析结果,结合湖泊底泥测年分析数据做对照,分析了湖泊沉积物中氮、磷含量在空间分布和时间分布上对水体中非点源氮、磷负荷的响应。经分析,在空间分布上,湖泊沉积物中的磷含量对湖泊水中非点源磷负荷的有很好的响应效应;在时间分布上,湖泊沉积物中氮、磷含量对湖泊水中氮、磷负荷均有很好的响应,但在时间上稍有滞后。 本研究主要的贡献与创新点如下: ①首次利用最为接近地表流失水文过程的SWAT模型,对南四湖全流域进行了径流量、泥沙负荷、非点源氮负荷和非点源磷负荷的模拟、计算,为进一步掌握南四湖流域水文过程、非点源污染分布等提供数据参考。 ②研究了2001~2010年年均南四湖流域非点源污染空间分布,确定了土壤侵蚀关键区和营养物质流失关键区,为流域内非点源污染治理和水环境保护措施的制定提供了理论依据。 ③选取典型小流域进行模拟,并将模型参数的校准方法应用于整个流域的模拟,提高了模拟效率,为SWAT模型模拟类似于南四湖流域的其它流域的非点源污染提供了切实可行的模拟方法。 ④分析南四湖沉积物所含氮、磷对水体非点源氮、磷负荷在时间和空间上的响应,在一定程度上检验说明了南四湖底泥中氮、磷元素的来源,为南四湖底泥中污染物与营养元素的去除治理工作提供科学依据。 ⑤较系统地构建了南四湖流域基础地理信息系统与水文、水质污染数据库,为南四湖流域其它相关研究提供了良好基础。
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1 张绪良;南四湖湿地生态环境需水量研究[J];齐齐哈尔大学学报;2004年02期
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3 杨东海,张晴,潘勇伟,李晓敏;山东省南四湖及其流域环境特征[J];江苏环境科技;2004年S1期
4 周才武;李鎮钦;;山东南四湖漁業问題的初步探討[J];山东大学学报(理学版);1960年04期
5 杜宝桢;;救救南四湖——来自南四湖污染区的报告[J];中国水利;1993年03期
6 厉军,郝端,李新科;建立南四湖重要功能保护区为南水北调做好准备[J];山东环境;2001年01期
7 赵群;南四湖水环境问题以及修复对策的探讨[J];环境科学动态;2005年01期
8 孙竹友;;南四湖的生境与保护对策[J];海洋湖沼通报;1989年02期
9 宋宪国,李媛;南四湖富营养化评价指标的优选[J];山东环境;1998年04期
10 余达水,张永生;对南四湖水污染防治策略的认识[J];治淮;2002年06期
11 张祖陆,彭利民,牛振国,孙庆义,吴爱民;南四湖地区水环境问题探析[J];湖泊科学;1999年01期
12 孙艺;南四湖鱼虾蟹螺蚌的氨基酸含量调查[J];肉品卫生;2000年07期
13 李吉学;南四湖水环境污染状况及趋势分析[J];治淮;2001年02期
14 徐厚铨,韩发彬,韩玉荣,杨志祥;应用UDS和DSI试验检测南四湖水样中有机提取物的致突变性[J];中国环境科学;1994年03期
15 马龙江,史可江,刘钧,苏政,马振苓;南四湖20种鱼类营养素含量调查[J];肉品卫生;1994年04期
16 贾洪敏,张春铣,曹瑞云;南四湖水污染对浮游植物的影响[J];山东师大学报(自然科学版);1995年01期
17 史可江,马龙江,刘桂立;南四湖鱼类微量元素含量调查研究[J];肉品卫生;1997年07期
18 李明建,姜明丽;南四湖地区煤炭开采对环境的影响[J];山东国土资源;2003年05期
19 郑彩霞,陈立峰,王辉,刘祥军,李霞;南四湖湖内浅槽工程水土保持设计方案[J];治淮;2005年03期
20 闫理钦,王金秀,田逢俊,刘瑞华,赛道建;南四湖湿地生态系统与水禽分布调查报告[J];山东林业科技;1999年01期
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1 武周虎;张可;张建;朱婕;;南四湖水质空间分布监测计划编制技术[A];2011中国环境科学学会学术年会论文集(第四卷)[C];2011年
2 訾剑华;;南四湖生态环境地质问题与防治保护对策[A];第七届全国工程地质大会论文集[C];2004年
3 储德义;;合理配置水资源 保护南四湖生物多样性[A];中国水利学会2003学术年会论文集[C];2003年
4 詹道强;;南四湖水位变化及干旱情况分析与对策[A];中国水利学会首届青年科技论坛论文集[C];2003年
5 詹道强;;解决南四湖地区水资源短缺的应对措施[A];中国水利学会2002学术年会论文集[C];2002年
6 杨丽原;沈吉;朱育新;;近四十年来南四湖沉积底泥反映的湖区环境变化[A];认识地理过程 关注人类家园——中国地理学会2003年学术年会文集[C];2003年
7 梁景昇;潘志柔;;南四湖水环境刍议[A];山东水利学会第十届优秀学术论文集[C];2005年
8 时延庆;张传信;张海廷;;南四湖上级湖来水量分析[A];中国水利学会2010学术年会论文集(上册)[C];2010年
9 张祖陆;辛良杰;;南四湖湿地生态环境退化特征及其生态经济损失评估[A];《自然地理学与生态建设》论文集[C];2006年
10 杨丽原;沈吉;朱育新;;南四湖表层底泥重金属和营养元素的多元分析[A];第六届全国环境地球化学学术讨论会论文摘要汇编[C];2002年
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1 通讯员 庄新明 高强;泗水筑起南四湖清洁第一道防线[N];济宁日报;2009年
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4 李勇;南四湖四年共放3000多万尾鱼蟹苗种[N];中国渔业报;2008年
5 本报记者 李强王粲;“南四湖让我们看到了希望”[N];济宁日报;2008年
6 鲁东方;山东1.5亿元拟净化南四湖人工湿地水质[N];中国水利报;2004年
7 记者 朱卫国;南水北调东线一期南四湖至东平湖段输水与航运结合工程开工[N];济宁日报;2009年
8 王晓平;南四湖应急生态补水加强后期管理[N];中国水利报;2003年
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1 梁春玲;南四湖湿地生态系统结构、功能与服务价值研究[D];山东师范大学;2010年
2 程凤鸣;南四湖水环境污染特征及其重金属离子去除机理研究[D];山东大学;2010年
3 苗群;南四湖水环境质量评价研究[D];青岛大学;2008年
4 罗辉;南水北调改善南四湖水流水质特性及湖滨带控污技术研究[D];河海大学;2006年
5 安文超;南四湖及主要入湖河口沉积物的污染特征及磷吸附释放研究[D];山东大学;2008年
6 葛秀丽;南四湖湿地恢复过程中植被及种子库特征研究[D];山东大学;2012年
7 李志建;南四湖沉积物内源污染释放规律与水质响应的关系研究[D];山东大学;2011年
8 胡其伟;民国以来沂沭泗流域环境变迁与水利纠纷[D];复旦大学;2007年
9 赵世新;调蓄水库水力调配对长距离调水工程调度的影响研究[D];天津大学;2011年
10 赵萱;我国不同生态型湖泊沉积物有机质赋存形态及其与重金属相互作用研究[D];山东师范大学;2012年
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1 郑鑫;南四湖湖内浅槽工程一期治理效果分析及二期治理方案研究[D];山东大学;2010年
2 叶芳芳;南四湖藻类及生态系统健康评价[D];兰州大学;2010年
3 魏垒垒;南四湖沉积层污染特征及其污染释放控制修复技术研究[D];山东建筑大学;2011年
4 杨洪美;南四湖表层沉积物中氮形态及吸附释放研究[D];山东大学;2012年
5 李艳红;南四湖富营养化评价及水质数值模拟研究[D];济南大学;2010年
6 任杰;南水北调东线南四湖水流水质模拟技术及其应用[D];青岛理工大学;2012年
7 孙娟;南四湖湿地功能变化及评价分析研究[D];山东师范大学;2002年
8 吴炼石;南水北调东线一期工程对南四湖及周边地区环境和经济影响分析[D];山东大学;2012年
9 王志齐;山东省南四湖内源污染分布特征研究[D];山东师范大学;2013年
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