吉林省招苏台河流域农业非点源污染模拟与防治研究

【摘要】非点源污染由于具有来源途径多、污染严重、难以实时监测和治理等特点，成为当今世界上难以治理的主要课题之一，在全球范围内引起广泛的关注。农业非点源污染（AgriculturalNon-pointSourcePollution）是非点源污染的重要方面，因其对水环境污染的贡献越来越突出，已经引起了高度重视，近年来我国政府加大了对流域农业非点源污染的研究和治理工作，特别是河流的发源地污染的防治工作，并取得了很多成果。招苏台河发源于吉林省，于辽宁省境内汇入辽河，是重要的农业灌溉水源和污染物受纳水体，其污染防治对下游水质和生态环境的可持续发展具有深远的意义。监测数据显示，河流多个断面为劣V类水质，无法满足水功能要求，流域内以农业种植和畜禽养殖为支撑产业，工业企业较少，且易于管理控制，水体污染以农业非点源污染为主。鉴于此，本文以水文学、地理学和景观生态学等理论为指导，利用3S技术和SWAT模型对吉林省招苏台河流域的农业非点源污染进行模拟研究，有针对性的提出流域农业非点源污染控制措施，为研究区农业非点源污染的控制和管理及流域的水环境保护提供决策依据。针对研究区农业非点源的特点，对农业种植、畜禽养殖和农村生活污染，以及管理措施进行调查和资料收集，结果显示，研究区的土地利用类型以耕地为主，农业种植的面积占总面积的77.61%，粮食作物包括玉米、稻谷、豆类及薯类等，农药、化肥的多年平均施用量为369.50t和66180.86t，施用的总量有逐年增加的趋势；研究区共有养殖场91家，主要分布在河流的两岸，养殖的数量总计290.55万头（只），排放的粪和尿量为12.70和11.18万t/a；招苏台河流域共有人口30.93万人，生活污水、生活垃圾和人粪尿的产生量分别是790.28、1.13、5.31万t。在3S技术的支持下，构建了流域的数字高程模型（DEM）、土地利用/覆被和土壤类型图等一系列的空间数据库；通过资料收集、软件模拟计算和调查统计，完成气象、土壤属性等农业非点源污染模拟的属性数据库，用于模型模拟农业非点源污染的工作。分析和评价SWAT模型在招苏台河流域的适用性，利用梨树县水文站2000-2010年的监测数据和SWAT模型的SensitivityAnalysis模块对径流和泥沙过程的35个参数进行敏感性分析，筛选出最为敏感的参数。其中，CN2是影响径流和泥沙模拟结果最为显著的参数，对径流模拟过程较为敏感的参数还有ESCO、SOL_AWC、ALPHA_BF等。模型参数的校准和验证利用相对误差、相关系数和Nash-Suttcliffe系数来对模型结果进行评价，结果表明SWAT模型对招苏台河流域农业非点源污染模拟具有较好的适用性，可用于农业非点源污染模拟研究。利用SWAT模型模拟结果得到招苏台河流域的总氮（TN）、总磷（TP）和泥沙年均负荷，其值分别为1296.07t、137.68t和36427.36t。招苏台河流域泥沙、TN和TP的污染负荷最大值出现在每年的7月和8月雨季，降雨量和径流量均较大，通过相关性分析，降雨量、径流量与泥沙、TN和TP有较好的相关性，降雨量和强度对泥沙和农业非点源污染负荷有较大的影响，径流量对污染物的运移过程起着重要的作用。分析了污染物的空间分布，土壤侵蚀强度最大的是子流域8、19、26，而TN污染负荷最大的是子流域7、12、19，TP输出强度最大的是12、19。农业非点源污染负荷的空间分布与降雨量、土壤侵蚀的空间分布有较好的相关性，土地利用类型、土壤类型、畜禽养殖和农村生活对其空间分布也有一定的影响。入河系数是描述污染物入河途径的重要参数，本文以模型模拟结果为依据，计算了各子流域入河系数，并利用空间插值的方法得到整个研究区入河系数的空间分布。入河系数的变化特征显示，泥沙、TN和TP的入河系数具有一致的规律特征，即从西南到东北方向呈现递增，主要的影响因素是坡度、土地利用类型及土壤类型等。在此基础上，模拟了退耕还林（还草）、河流两岸植被缓冲带等控制措施的情景，结果表明，在河流两岸修建植被缓冲带对污染物的削减作用更为显著，且缓冲带的宽度设定为15m时，可以满足水体功能的需要。最后，针对研究区农业非点源污染特征，从农业种植、畜禽养殖和农村生活及管理措施提出了污染的控制措施。通过本文的研究，较全面地揭示了招苏台河流域农业非点源污染的产生、分布、进入河流的途径及其影响因素，了解其动态变化，进而提出有针对性的治理措施。研究结果为河流水质安全和流域生态环境保护、制定农业非点源污染防治措施提供技术支持和理论指导。
【作者】张爱丽；
【导师】汤洁；
【作者基本信息】吉林大学，环境科学，2014，硕士
【关键词】吉林省；招苏台河流域；农业非点源污染；SWAT模型；缓冲带；

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