天津于橋水庫流域不透水面擴展變化及其對流域氮磷負荷分布的影響.pdf

1、不透水面是衡量流域城鎮(zhèn)化發(fā)展狀況的一個重要指標，其擴展對流域生態(tài)水文過程產生影響。由氮、磷污染物等造成的非點源污染導致流域水質的惡化。城鎮(zhèn)化進程的加快，造成流域不透水面逐年增加，從而也嚴重影響著流域的水環(huán)境。因此隨著不透水面的不斷擴張勢必會增加流域的氮磷污染。本文以天津于橋水庫流域為例，首先，在ENVI5.1軟件支持下，利用遙感影像獲取1984-2013年4個時相的不透水面信息，采用修正后的歸一化水體指數剔除水體信息，排除水體對不透水面

2、提取精度的影響，運用線性光譜混合分析法生成流域不透水表面指數(ISA)，并對其時空演變格局進行分析。其次基于SCS-CN模型，通過不透水面數據計算出的CN值調入SWAT模型后再進行模擬研究，分析于橋水庫流域不透水面擴展對非點源氮磷負荷分布的影響。本文的研究成果可以更好的探索流域水文水質管理模式，其研究成果對整個于橋水庫流域的水資源保護具有重要的意義。主要研究結論如下:
　　(1)通過ENVI構建的LSMA模型，通過剔除水體的影響，

3、以及最小噪音變換(MNF)和純凈像元指數(PPI)對混合像元的剔除。模型均方根誤差(RMSE)為0.005，像元精度為85.4％，實驗結果準確可靠。于橋水庫不透水表面指數(ISA)平均值逐年增長，1984-2013年間，流域不透水面覆蓋度從低等級覆蓋逐漸向高等級覆蓋轉化。流域內不透水面覆蓋度大多集中在1～5級，占流域面積的90％，2013年全流域范圍內不透水面面積比1984年增加4.9％。
　　(2)不透水面的景觀格局特征為:不透

4、水面覆蓋度為中等等級的斑塊形狀不規(guī)則，破碎化程度最高。研究期間，整個流域景觀破碎化程度、多樣性均逐年增高，說明流域景觀連續(xù)性逐年降低。不透水面表指數的空間擴展趨勢表現為:在城鎮(zhèn)中心區(qū)域，4個時相的不透水面指數均呈現正的空間自相關，1984年不透水表面伴隨著“輻射式”增長，至2013年形成了以城鎮(zhèn)區(qū)域為中心的聚集。1984-2013年，不透水面面積隨路網密度的增長而遞增;路網密度等級高的其子流域不透水面增長面積大。
　　(3)用SC

5、S-CN模型構建新方法計算CN值的組成，利用V-I-S原理，將不透水面分量、植被分量(NDVI)和土壤類型線性組合。空間分布圖中CN值被分為8組，研究表明CN值大于等于77的土地覆蓋對徑流的影響顯著。2013年全流域CN平均值為65，1984年全流域CN平均值為45，2013年比1984年平均CN值高了20。說明流域內由于不透水面的擴張，導致地表的下滲性能降低，使得流域徑流量增加。隨著降雨量的升高，不透水面的增加也導致了徑流系數逐漸增大

6、，產流能力顯著增強。
　　(4) SWAT模擬結果表明:確定系數R2和Nash-Sutcliffe系數分別為0.78和0.77，相對誤差為-1.96％，SWAT模型調用說明運用SCS-CN修正后的CN值提高了原有的模型精度，檢驗結果理想，表明SWAT模型在本流域具有適應性。SWAT模型模擬氮磷在分布表現為研究區(qū)中部地區(qū)較高，沙河子流域的氮磷負荷最大。不透水面對流域氮磷負荷的影響主要表現在:氮磷輸出負荷較高的子流域分布與不透水面指數

7、值(ISA)的分布相吻合;不透水表面通過對地表徑流的作用而影響流域氮磷負荷。2004-2013年研究區(qū)內氮、磷污染負荷明顯大于1984-1994年的氮、磷污染負荷，在遵化市和于橋水庫下游子流域最為明顯。豐水情境中，2013年總氮負荷量比1984年增多了8.08km/hm2、總磷增多了1.67km/hm2;枯水情境中，2013年總氮負荷量比1984年增多了3.24km/hm2、總磷增多了1.02km/hm2;無論豐水還是枯水情景，總體氮磷