基于SWAT模型的漣水上游流域非點(diǎn)源污染模擬研究.pdf

1、隨著點(diǎn)源污染逐漸得到有效控制,非點(diǎn)源污染已成為水環(huán)境污染的主要污染源,因此,非點(diǎn)源污染研究受到越來越廣泛的重視。本研究通過將非點(diǎn)源污染模型與地理信息系統(tǒng)(GIS)結(jié)合,對(duì)流域非點(diǎn)源污染的產(chǎn)輸出過程進(jìn)行模擬,分析其時(shí)空分布規(guī)律及其影響因素,可以為研究流域非點(diǎn)源污染的控制及規(guī)劃管理提供有效的依據(jù)。
　　 論文在全面闡述國(guó)內(nèi)外非點(diǎn)源污染模型發(fā)展的基礎(chǔ)上,以GIS技術(shù)為依托,采用美國(guó)農(nóng)業(yè)部開發(fā)的SWAT水文模型,以漣水河婁底水文站上游流

2、域?yàn)檠芯繀^(qū)域,對(duì)流域的非點(diǎn)源污染情況進(jìn)行了模擬研究。
　　 本文首先構(gòu)建了建模所需的數(shù)據(jù)庫:利用ArcGIS軟件,對(duì)模型的空間數(shù)據(jù)進(jìn)行了投影轉(zhuǎn)換、屬性合并及流域邊界的切割,得到了模型所需格式的空間數(shù)據(jù)。采用MATLAB軟件編程,實(shí)現(xiàn)了不同分類標(biāo)準(zhǔn)的土壤粒徑的轉(zhuǎn)換,從而得到了模型數(shù)據(jù)庫建立所需的土壤粒徑分級(jí),利用SPAW軟件估算了研究區(qū)域主要土壤的物理屬性,成功構(gòu)建了建模所需的土壤屬性數(shù)據(jù)庫。采用PCPSTAT軟件對(duì)研究區(qū)域的氣象

3、數(shù)據(jù)進(jìn)行了統(tǒng)計(jì),得到了構(gòu)建模型“天氣發(fā)生器”所需的氣象參數(shù)。通過統(tǒng)計(jì)、調(diào)查、估算等方法獲得了建模所需的其他非空間數(shù)據(jù),包括點(diǎn)源污染、作物施肥等。采用三種不同的坡度劃分方法進(jìn)行了水文響應(yīng)單元(HRUs)數(shù)日的劃分,并比較三種不同劃分方法的模擬精度,最終將流域劃分為128個(gè)HRUs。
　　 然后利用實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)SWAT模型進(jìn)行了率定及驗(yàn)證,成功構(gòu)建了可以用于研究區(qū)域非點(diǎn)源污染模擬的SWAT模型:分別運(yùn)用婁底水文站1999～2002年、

4、2003～2005年的實(shí)測(cè)月徑流、泥沙及婁底水質(zhì)站2004年-2005年實(shí)測(cè)的氨氮、總磷等數(shù)據(jù)進(jìn)行了模型的校準(zhǔn)及驗(yàn)證,驗(yàn)證結(jié)果表明SWAT模型適用于研究區(qū)域的非點(diǎn)源污染模擬。
　　 最后應(yīng)用校準(zhǔn)及驗(yàn)證后的SWAT模型,去除點(diǎn)源污染,對(duì)2004年及2005年的非點(diǎn)源污染氨氮、總磷負(fù)荷進(jìn)行了模擬計(jì)算,分析了流域內(nèi)點(diǎn)源和非點(diǎn)源污染對(duì)流域污染負(fù)荷的貢獻(xiàn)率大小,對(duì)不同土地利用類型非點(diǎn)源污染負(fù)荷總量及單位面積負(fù)荷進(jìn)行統(tǒng)計(jì),并通過設(shè)計(jì)不同的施

5、肥情景(0.5倍,1倍,2倍),分析了不同施肥方案對(duì)于非點(diǎn)源污染負(fù)荷的影響。
　　 結(jié)果表明:(1)研究區(qū)域的水環(huán)境污染形式主要表現(xiàn)為非點(diǎn)源污染;(2)從時(shí)間分布上看,非點(diǎn)源污染主要集中在降雨量較大的4～6月,而枯水期7～9月則較少;從空間分布上看,非點(diǎn)源污染主要分布在漣水干支流區(qū)域的上游地區(qū);(3)耕地對(duì)于非點(diǎn)源污染負(fù)荷的貢獻(xiàn)最大,其次為林地:通過把1980年及2005年的兩期土地利用圖分別輸入SWAT模型,并仍采用1998～

6、2005年的氣象條件,模擬結(jié)果表明與1980年土地利用相比,2005年的土地利用條件下可以減少漣水流域的非點(diǎn)源污染負(fù)荷。徑流量降低的原岡是隨著林地面積增加,植被覆蓋面積增大,導(dǎo)致灌溉層截留量和枯枝落葉層的容水量增大,提高了流域土壤的持水量,從而引起流域出口徑流量的下降。同時(shí),徑流量的減少引起營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)負(fù)荷量隨之下降;其次,泥沙負(fù)荷量的降低也減少了附著在泥沙上顆粒態(tài)氮、磷的負(fù)荷量;(4)減少施肥量對(duì)于非點(diǎn)源污染的控制有著非常重大的意義。這部