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文檔簡介
1、水質污染是全球關注的熱點環(huán)境問題。河流水質的保護和改善,與流域水循環(huán)過程密切相關。流域分布式模型從流域的尺度出發(fā),將降水-產流-產沙-污染過程作為一個整體,研究人類活動影響下的流域徑流、泥沙和污染物輸移過程,從而為制定水環(huán)境的治理與保護措施奠定基礎。 經濟活動較為活躍的泉州市,其社會經濟發(fā)展對水資源量和質的需求與水資源現狀矛盾較大。因此,選擇泉州市重要的水源地--山美水庫所在的晉江東溪流域,深入探討流域的徑流、土壤侵蝕和營養(yǎng)物質
2、輸移過程,從而采取針對性措施保護河流及山美水庫水質。本研究利用流域分布式SWAT模型,以晉江東溪流域洪瀨水文站控制流域為研究區(qū),結合GIS和RS等技術,在收集流域基礎資料的基礎上建立空間和屬性數據庫,對流域1972-1979年的徑流、泥沙和農業(yè)非點源污染負荷進行模擬計算,并選取相對誤差、相關系數和效率系數三個指標用于模型的適用性評價;在對流域徑流、土壤侵蝕和農業(yè)污染特征分析的基礎上,從影響農業(yè)污染的土壤侵蝕和農業(yè)生產兩大過程入手,定量評
3、價水土保持生物措施和農業(yè)化肥施用對流域徑流、泥沙和營養(yǎng)物質排放的影響。結果表明,SWAT模型能較好地用于大型水庫影響下的東溪流域產流產沙模擬;山美水庫庫區(qū)流域內年徑流分布自西、西北向東南遞減,入庫的泥沙和農業(yè)污染負荷主要來自桃溪支流,且耕地是該流域土壤侵蝕和農業(yè)非點源污染的主要來源;退耕還林還草能有效地減少入庫泥沙和污染負荷,減少化肥施用量是流域控制農業(yè)非點源污染的有效措施。 非點源污染是當前水環(huán)境污染問題研究的熱點。由于非點源
4、污染來源、擴散途徑的復雜性,使得其研究和治理措施的制定具有一定的難度。美國農業(yè)部(USDA)農業(yè)研究中心(ARS)研制開發(fā)的SWAT模型被廣泛的應用在非點源污染的管理和控制過程中,是非點源污染研究的代表性模型之一。它能夠利用GIS和RS提供的空間信息,根據模型中的水文過程子模型、土壤侵蝕子模型和污染負荷子模型模擬復雜大流域的徑流、泥沙和營養(yǎng)物質輸移。該模型不僅可以模擬非點源污染負荷,而且可以建立不同的管理情景來評價不同的管理措施及其效果
5、。從SWAT模型在我國的應用情況來看,研究內容多涉及非點源污染負荷模型的構建、模型效率的檢驗及流域現狀土地利用下的水文水質模擬,有關流域管理措施及其影響機制的探討尚處于初期研究階段,利用非點源污染模型為流域制定管理措施的研究較為少見。 晉江流域地處福建省東南部,其水資源條件與經濟社會發(fā)展具有不對稱性,且由于資源開發(fā)利用管理的不到位,土壤侵蝕、水質污染等問題還沒有得到有效控制和解決。因此,論文選擇山美水庫所在的晉江東溪流域為研究區(qū)
6、,利用分布式流域模型SWAT,結合GIS和RS等技術手段,進行了流域水文過程模擬、農業(yè)非點源污染負荷計算的研究。通過率定研究區(qū)水文、泥沙和營養(yǎng)物質輸移過程,定量分析農業(yè)污染負荷,確定入庫泥沙和營養(yǎng)物質的主要產出支流;在此基礎上,對相應的防治措施進行效應分析和有效性評價,從而優(yōu)化管理措施的制定。主要研究內容與結果如下: (1)收集和整理晉江東溪流域的地形、土地利用和土壤類型、氣象、水文等空間和屬性數據,建立適用于SWAT模型模擬分析的研
7、究區(qū)非點源污染基礎數據庫。在此基礎上,設定集水面積為2700ha,將研究區(qū)劃分為27個子流域,根據土地利用與土壤類型的組合,進一步劃分為349個水文響應單元(HRUs),然后進行研究區(qū)的徑流、泥沙和非點源污染負荷的模擬計算。 (2)利用洪瀨水文站1972-1975年的實測年、月徑流泥沙數據進行模型參數的校準,1976-1979年數據則用于模型驗證。結果表明,流域出口年徑流深模擬的相對誤差(RE)為5.3%,效率系數(Ens)和相關系數
8、(E2)均大于0.9;校準期和驗證期內的月徑流模擬結果R2分別為0.98和0.83;流域月產沙模擬結果Ens為0.74,R2為0.78。此外,流域內兩個庫區(qū)子流域,桃溪和湖洋溪流域的多年平均流量模擬 RE均小于3%,且桃溪子流域年產沙模擬RE為-6%。即流域出口及子流域的徑流泥沙模擬精度均較高,SWAT模型在東溪流域適應性較好。 (3)根據模型模擬結果,分析了山美水庫庫區(qū)子流域徑流的空間規(guī)律。流域內年徑流分布總趨勢為自西
9、、西北向東南遞減,桃溪流域的年徑流量大于湖洋溪。永春縣中北部為流域內徑流的相對高值區(qū),其中蓬壺、達埔一帶為最高徑流區(qū),湖洋鎮(zhèn)分布有流域內的最低徑流。 (4)根據模型模擬結果,分析了庫區(qū)子流域土壤侵蝕的空間分布規(guī)律。兩入庫子流域的土壤侵蝕存在明顯的空間差異,桃溪各子流域的侵蝕模數均大于湖洋溪;通過對比不同土地利用方式下的產沙,表明耕地是造成流域土壤侵蝕和水庫淤積的主要來源。 (5)在流域產流產沙模擬的基礎上,對流域農業(yè)非點
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