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《中国科学院研究生院(广州地球化学研究所)》 2004年
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基于GIS的面源信息系统及其在流溪河下游流域和增江上游流域的初步应用

夏昊  
【摘要】:随着工业和生活污染源等点源污染的有效控制,面源污染日益成为水体污染的主要因素。传统的处理面源污染的方法—根据依据因果分析和统计分析的方法建立统计模型再到后来依据污染物迁移的路径与机理及其物理化学过程建立的机理模型始终不能快速、有效的对面源污染进行模拟。90年代后期以来,随着计算机技术的飞速发展和3S技术在流域研究中的广泛应用,尤其是将GIS技术应用于面源模型研究中后,已能针对面源污染在流域内随土地状况和地形因子以及时间和空间的变化而变化,即复杂性、随即性和动态性等特点,准确、及时地解决传统面源模型所不能解决的时空分布和时空变化等问题。国外在利用GIS来防治面源污染方面已做了大量工作,常见的模型几乎都实现了和GIS的结合,但是国内由于种种原因基于GIS应用比较完善的面源模型的例子并不多见,尤其没有AnnAGNPS模型与GIS集成的实例,因此本文尝试利用AnnAGNPS,建立基于GIS的面源信息系统——集空间信息处理、数据库技术、数学计算、可视化表达等功能于一体的系统,并以流溪河和龙门河(增江上游)为例,介绍系统建立和应用面源模型的方法,分1998、2000和2002年三个时间,并结合气象数据并进行一些初步的面源计算与分析。这样可以为解决日益严重的面源污染问题提供一种比较新的方法和思路,为水环境规划、评价与管理部门提供科学依据,同时对我国其他地区尤其是经济发达而环境问题较突出的地区也有重要的参考价值。主要结果如下: 1 流溪河下游流域三年中2000年的土壤流失最大,2002年次之,1998年最小,沉积物和有机碳也有这样的大小顺序;径流量2000最大,2002年居中、1998年最小;总氮的单位负荷2000年最大,98年居中,2002年最小,总磷的单位负荷2002年最大,2000年最小,1998年居中。龙门河流域不管是上游流域和下游流域都呈现出同样的规律:土壤流失、有机碳和沉积物质都是2000年最大,02年居中,98年最小。总氮、总磷的单位负荷和径流量的变化情况相同,2002年径流量最大,98年居中,2000年最小。出现这种结果的原因主要有:土壤流失的降雨因子R值是反映土壤侵蚀程度大小最主要的因子,在其它因子变化不大的情况下,土壤侵蚀量与R值成正比,所以这两个流域的土壤流失分别随其 尺值的变化出现同样的变化,沉积物和有机碳主要是以吸附状态随流失的土壤进 入水体中,所以它们随土壤侵蚀量的变化而发生相同的变化。氮、磷的变化则受 径流量、土壤流失量和施肥率等多个因素共同影响,可见氮、磷的面源污染行为 较之其他指标要更为复杂一些。龙门河流域与流溪河下游流域同期相比,各项指 标都有所增加,因为龙门河流域的R值较大,加上地形坡度比流溪河下游流域大, 增江上游流域地形以山地为主,起伏较大,而流溪河下游流域主要是冲积平原。 2从两个流域三年径流量、土壤流失、总氮、总磷、沉积物和有机碳的单 位负荷的空间分布来看,面源污染主要集中在流域的中下游,排水口附近和地势 相对较低、坡度较大和农田相对集中以及植被覆盖较差的地区。从总氮、总磷和 总有机碳的单位负荷与地形坡度的关系来看,随坡度的增大,总氮、总磷和总有 机碳的单位负荷有相应增大的趋势。 3从两个流域三年来看面源的时间分布,其排水口处氮和磷以及有机碳的 量出现极大值的时间主要是降雨出现极大值的时间,而其它时间的量要小很多。 总的看来,面源污染物出现极大值的时间段都主要集中在4一10月,与全年降雨 集中的时间段重合。在同一流域相同的年份,排水口处的氮、磷和有机碳有相同 时间分布,说明暴雨是引发面源污染发生和决定面源行为的主要因素之一。不论 在流溪河下游流域还是在增江上游流域,在1998年、2000年和2002年三年中, 都有一个共同的规律:吸附状态存在的磷和溶解状态存在的磷分布情况基本类 似,后者的量除了在峰值特别高的少数几处要比前者小之外,在其余的暴雨事件 中后者的量都要大;吸附状态存在的氮比溶解状态存在的氮多很多,前者随暴雨 事件出现起伏较大,后者随暴雨事件的出现变化不明显;有机碳主要以吸附状态 存在,溶解状态存在的有机碳较之吸附状态存在的有机碳少很多。 4本论文对两个流域三年的面源污染进行了定量的计算,同时对计算结果 进行了时间和空间分布特征的分析,并发现了一定的空间和时间分布规律。要对 面源进行有效的控制,必须根据面源污染产生的空间特征和时间特征,有针对性 的减少农药、化肥的施用、加强和改善植被、改良土壤从而减少土壤流失和地表 径流。利用本论文建立的系统还可以评估不同管理与技术措施对面源污染产生的 影响。
【学位授予单位】:中国科学院研究生院(广州地球化学研究所)
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2004
【分类号】:X52

【引证文献】
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