大沽河流域氮磷關鍵源區(qū)識別及環(huán)境整治措施研究——基于SWAT模型氮磷排放數(shù)量核算的應用.pdf

1、自2006年開始實施國家陸源污染物總量控制管理以來，青島市同步實施了陸源污染物減排措施，但黃海尤其是膠州灣水質并沒有同步改善。造成污染物減排與水質改善嚴重脫節(jié)的一個主要原因是現(xiàn)行的青島市陸源污染物排海通量核算只局限于工業(yè)等點源，沒有囊括農(nóng)業(yè)等非點源。大沽河流域占青島市陸域面積的45％，是膠州灣陸源污染物的最大來源。因為非點源和點源的構成、分布、相互作用等復雜原因，只有將兩者納入同一個計算構架如分布式非點源模型中，才能詳盡地描述大沽河流域

2、氮、磷排放數(shù)量分布、構成和關鍵源區(qū)等。因此，本論文研究目的是針對大沽河流域氮、磷污染物總量控制管理中，排放數(shù)量核算方法不完備的突出問題，給出基于SWAT模型的既符合非點源時空變化規(guī)律，又與點源密切聯(lián)系的陸源污染物排放核算方法，在此基礎上系統(tǒng)揭示大沽河流域氮、磷排放數(shù)量、分布和關鍵區(qū)，并初步提出大沽河流域氮、磷的環(huán)境整治的措施。主要研究內(nèi)容和結論如下：
　　1.大沽河流域氮磷排放數(shù)量現(xiàn)場監(jiān)測與統(tǒng)計分析
　　2011年9月進行的

3、大沽河流域現(xiàn)場監(jiān)測表明，大沽河流域無機氮、磷排放量與排放密度較大的區(qū)域都位于大沽河流域中上游地區(qū)。2012年7月～8月進行的大沽河上游小流域監(jiān)測表明，氮、磷排放與降雨量、降雨頻次以及農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動密切相關?；谌珖谝淮挝廴驹雌詹閿?shù)據(jù)的排放數(shù)量統(tǒng)計表明，大沽河流域的工業(yè)源、生活源、服務業(yè)源、農(nóng)業(yè)源的總氮和總磷的比例分別為：5.18%、2.93%和17.12%、12.39%和0.55%、0.66%和77.15%、84.02%。各污染源的排放

4、密度空間差異明顯。
　　2.基于SWAT的大沽河流域氮磷污染物排放數(shù)量模擬計算
　　（1）構建SWAT模型數(shù)據(jù)庫與子流域劃分。數(shù)據(jù)庫包括數(shù)字高程（DEM）、土地利用、土壤類型、氣象數(shù)據(jù)、污染源等數(shù)據(jù)庫。應用SWAT時，將流域內(nèi)工業(yè)、城鎮(zhèn)生活點源疊加到相應子流域的河道中；將畜禽養(yǎng)殖、農(nóng)村生活非點源以化肥施用的形式疊加到相應子流域的耕地中。在數(shù)字高程的基礎上，將大沽河流域一共劃分了35個子流域。
　?。?）模型校準、驗證與

5、模擬計算。通過歷史監(jiān)測數(shù)據(jù)以及本論文現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)對SWAT模型進行校準和驗證，評價指標決定系數(shù)（R2）和Nash-Suttcliffe系數(shù)(Ens)都在0.5以上，表明SWAT模型對大沽河流域的模擬計算具有較好適用性。SWAT模型模擬計算表明，2002年～2012年期間，有機氮、無機氮和總氮年平均排放量分別為：324.2t、2271.0t和2595.2t；有機磷、無機磷和總磷年平均排放量分別為：20.4t、385.9t和406.3t；月

6、均變化都表現(xiàn)為“倒V”型的形式，豐水期的總氮和總磷分別占年均排放量的75.6%和84.3%；枯水期總氮和總磷僅僅只占年均排放數(shù)量的1.5%和1.2%。
　　3.大沽河流域氮磷關鍵源區(qū)識別及其污染特征分析
　　（1）大沽河流域氮磷排放空間分布與構成。2002年～2012年平均排放密度計算結果表明，大沽河流域35個子流域的總氮和總磷排放密度呈現(xiàn)出明顯的空間差異，總氮和總磷排放密度較大的地區(qū)分布在大沽河上游、小沽河、五沽河以及流浩

7、河等地區(qū)。全流域總氮和總磷排放密度平均值為1661.8Kg/km2和74 Kg/km2。污染構成分析表明，人類生產(chǎn)活動的總氮和總磷占全流域總氮和總磷排放的69%和58%，其中化肥流失和畜禽養(yǎng)殖廢物排放分別占了人為來源總氮的49.9%和29.6%，總磷的41.4%和40.3%。這說明，大沽河流域主要的總氮和總磷污染源是由人類生產(chǎn)活動所形成的非點源，特別是種植業(yè)化肥流失、畜禽廢棄物排放等。
　　（2）大沽河流域氮磷關鍵源區(qū)識別。SWA

8、T模擬計算表明，大沽河流域土壤侵蝕較小，87%的區(qū)域小于500 t/（km2·a），屬微度侵蝕，其余13%為500～2500 t/（km2·a），屬輕度侵蝕。與總氮侵蝕分級標準對比表明，大沽河流域27.4%的區(qū)域總氮排放密度大于2000Kg/（km2·a），屬于氮的關鍵排放源區(qū)，關鍵排放源區(qū)的總氮排放量占了全流域總氮排放量的36.1%。大部分關鍵排放源區(qū)的氮來源于耕地種植業(yè)區(qū)，其土壤類型主要是潛育土和淋溶土。結果顯示，大沽河流域不存在磷

9、的關鍵排放源區(qū)。進一步根據(jù)大沽河流域35個子流域對大沽河河口總氮和總磷貢獻率分析可知，五沽河地區(qū)貢獻率都是最大的，可以看成是影響膠州灣水質的關鍵影響源區(qū)。
　　4.大沽河流域環(huán)境整治措施模擬評價及整治措施方案
　　根據(jù)《大沽河流域保護與空間利用總體規(guī)劃》設置和模擬評價了六種措施對大沽河流域氮、磷污染整治的效果。結果表明，化肥削減整治、畜禽養(yǎng)殖整治，特別是退耕還林整治是大沽河流域有效的氮、磷污染環(huán)境整治措施方案。分別實施化肥削

10、減50%、畜禽排放削減70%和在大沽河中上游丘林區(qū)退耕還林30%三種措施時，大沽河流域氮的關鍵源區(qū)都基本消失，而控制工業(yè)排放或農(nóng)村污水排放，則效果較差。實際情況下，結合六種措施，關鍵源區(qū)將全部消失，大沽河總氮入海通量減少近80%，總磷減少近70%，整治措施效果明顯，也有望明顯改善膠州灣水質。
　　本文的科學創(chuàng)新點主要是基于SWAT模型的大沽河流域非點源和點源疊加的氮、磷排放數(shù)量的核算，并在此基礎上科學全面地識別了大沽河流域氮、磷關