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基于SWAT模型的滇池流域不同土地利用配置下的非点源污染研究

韩赵钦  
【摘要】:非点源污染在点源污染得到有效治理和逐步控制的前提下,已经成为影响水环境质量的首要污染源。非点源污染的发生受到诸多因素的影响,其中,土地利用结构直接影响非点源污染的形成及迁移过程,是非点源污染的关键影响因子。滇池是我国三大重点污染湖泊之一,尽管滇池污染治理措施日趋严厉,但滇池水污染形势并未得到明显改善,究其原因就是因为非点源污染广泛存在。此外,滇池流域面积广阔,地形复杂,土地利用活动频繁,在结构和布局上都存在不尽合理的地方。 论文选择滇池流域作为研究区域,围绕土地利用与非点源污染开展研究。在ArcGIS的支持下,构建适用于滇池流域的SWAT模型,通过模拟不同土地利用配置下的非点源污染情况,分别从土地利用数量结构和空间布局两方面探讨其对非点源污染负荷的影响,旨在为流域土地的合理利用和水环境治理提供科学依据。最终取得如下成果: (1)构建了适用于滇池流域非点源污染研究的SWAT模型。首先以ArcGIS为平台,提取流域数字高程模型(DEM)和土壤类型空间分布图。同时对流域土壤属性、气象、水文等数据进行收集和整理,最终构建SWAT模型运行所需的基础数据库。然后利用昆明站、干海子及海口水文站点2005-2008年实际监与模型值进行对比,通过调整敏感参数取值使得确定性系数R2和Nash-Suttcliffe系数达到模型要求,最终确定该模型可以在滇池流域内进行适用。 (2)通过对2008年土地利用现状和2020年土地利用配置下非点源污染负荷情况进行模拟,分析了不同数量结构对非点源污染的影响。结果表明,2020年F1下各项污染负荷除径流量外,均小于2008年,这说明在2008年土地利用基础上,2020年的土地利用确实在数量结构上进行了优化,这样的配置总体上是有利于减轻污染负荷输出的,同时也说明土地利用的数量结构对非点源污染有着显著的影响,土地利用的数量结构和空间结构的不同会导致非点源污染负荷输出的变化。 (3)通过对2020年两种土地利用配置(F1和F2)下的非点源污染情况进行模拟,分析了相同数量结构下不同空间布局对非点源污染的影响。结果表明:与F1相比,F2下各项污染负荷均有所减少。两种方案下非点源污染负荷模拟结果的差异表明,对整个流域而言,建设用地的聚集型空间布局比分散型格局更能有效减少非点源污染的产生和形成。F1和F2是基于相同的数量结构下的不同空间布局,由此说明,土地利用空间布局同数量结构一样,对非点源污染的控制具有同等重要的意义,即使是在同种数量结构下,空间结构的不同也会造成非点源污染负荷输出的不同。 (4)对F1和F2下各子流域非点源单位污染负荷进行模拟,各子流域内泥沙、总氮、总磷污染的负荷强度不尽相同。对比两种配置下子流域的单位负荷分布发现,当流域内耕地和建设用地增加时,非点源污染负荷尤其是氮、磷污染大量增多,而当林地和草地在流域内大量布局时,可以有效的减弱非点源污染。由此可知,流域内土地利用布局微弱变动时,单位污染负荷输出变化不大,而在土地利用结构布局发生较大变化时,单位污染负荷输出也随之发生较大变化。 (5)从整个流域来看,在流域北部及东部边缘地带,以泥沙的流失为主,氮、磷污染较轻;在中部以建设用地和耕地为主的区域,以氮、磷污染较为严重,泥沙污染稍轻。由此说明,泥沙污染严重的区域与氮磷污染严重的区域并不完全重合,非点源污染的空间分布差异较大,据此对流域污染负荷的控制也应针对流域不同的污染特征而进行。


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