基于流域空間屬性的水環(huán)境響應(yīng)關(guān)系研究.pdf

1、國外水環(huán)境管理發(fā)展歷程揭示，實行基于流域的水環(huán)境管理是我國的發(fā)展趨勢和必然要求。在管理的技術(shù)支撐方面，我國目前面臨著從流域環(huán)境數(shù)據(jù)收集提取、到流域環(huán)境狀況模分析模擬等急需解決的問題。本論文主要在這兩方面開展研究工作。
　　 本論文探索了適合我國國情的流域空間屬性數(shù)據(jù)提取方法。選擇單流向法，使用ArcHydro工具生成松花江流域河網(wǎng)結(jié)構(gòu)及相關(guān)編碼系統(tǒng)；應(yīng)用ArcGIS工具實現(xiàn)了流域?qū)傩缘那懈钜约芭炕瘮?shù)據(jù)提?。皇褂妹绹鳦N值平衡方

2、程，選擇松花江流域水文站點監(jiān)測數(shù)據(jù)，擬合退水系數(shù)、融雪系數(shù)、各土地利用類型CN值等重要水文相關(guān)參數(shù)，進而利用這些水文參數(shù)估計子流域年均徑流深，模擬各子流域年均流量；選用NANI插件實現(xiàn)了非點源排放數(shù)據(jù)由基于區(qū)縣劃分向基于子流域劃分的轉(zhuǎn)化。
　　 本論文利用多元統(tǒng)計方法進行流域環(huán)境問題識別。選用描述統(tǒng)計量、相關(guān)分析、因子分析、時間序列分析等統(tǒng)計方法，利用流域內(nèi)25個國控點位、13個指標(biāo)、2005-2009年逐月數(shù)據(jù)表征和分析了松花

3、江流域水環(huán)境狀況。分析結(jié)果表明：松花江流域近年水質(zhì)總體低于國家Ⅲ類水標(biāo)準(zhǔn)，其中高錳酸鹽指數(shù)、生化需氧量、總氮、總磷、石油類等指標(biāo)平均水平低于Ⅲ級標(biāo)準(zhǔn)，氨氮均值低于國家Ⅳ類水標(biāo)準(zhǔn)，化學(xué)需氧量均值達劣五類。以化學(xué)需氧量為代表的有機物指標(biāo)以及總氮是松花江流域水環(huán)境污染的代表性指標(biāo)。指標(biāo)間相關(guān)關(guān)系表明，溶解氧與耗氧有機物、總氮等主要污染物呈顯著負(fù)相關(guān)，而總氮與耗氧有機物的相關(guān)性高于總磷與耗氧有機物的相關(guān)性。因子分析結(jié)果呈現(xiàn)出三個因子，第一個因子

4、方差貢獻率52.18％，為主要污染物表征因子，與氮及耗氧有機物指標(biāo)高度正相關(guān)，與溶解氧高度負(fù)相關(guān)；第二個因子方差貢獻率19.97%，累積貢獻率72.14%，為重金屬污染物表征因子，與汞、鉛、鋅高度正相關(guān)；第三個因子方差貢獻率11.64%，累積貢獻率83.79%，為背景因子，反應(yīng)pH狀況。利用每個站點主要水質(zhì)指標(biāo)的水質(zhì)類別百分率進行聚類分析，結(jié)合流域內(nèi)主要超標(biāo)污染物總氮的污染源普查數(shù)據(jù)，說明總氮對流域水環(huán)境狀態(tài)有指示作用，以及水質(zhì)濃度與污

5、染源分布可能存在響應(yīng)關(guān)系。針對松花江流域氮與耗氧有機物為主的水環(huán)境狀況，進行氨氮與COD的季節(jié)性時間序列分析，結(jié)果顯示，COD于2007年出現(xiàn)拐點，近期其濃度已呈下降趨勢；NH3-N尚未見明顯好轉(zhuǎn)。
　　 本論文使用水環(huán)境模型進行流域主要污染物的深入分析。選擇SPARROW模型對總氮進行模擬。根據(jù)我國國情選擇模型輸入變量，采用Levenberg-Marquardt算法進行非線性優(yōu)化。在明確模型結(jié)構(gòu)算法、借鑒國外應(yīng)用經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，

6、經(jīng)運行調(diào)試，得到了可接受的模型結(jié)果。模擬精度R2為0.79，松花江流域?qū)偟酗@著貢獻的污染源為點源、農(nóng)業(yè)種植源、畜禽養(yǎng)殖源以及水產(chǎn)養(yǎng)殖源，對總氮傳輸具有重要影響的環(huán)境因子為溫度、坡度、降水以及河網(wǎng)密度，對總氮傳輸具有重要影響的環(huán)境過程為河段中的一級衰減反應(yīng)。
　　 模擬結(jié)果表明，松花江流域河段中，三類水的超標(biāo)率為63%，五類水的超標(biāo)率為47%。超標(biāo)河段為松花江哈爾濱段，牡丹江，伊通河，飲馬河，呼蘭河，拉林河，湯旺河等?？偟傌?fù)

7、荷較高的地區(qū)為松花江哈爾濱及其下游、牡丹江流域、呼蘭河、拉林河、湯旺河等；其中產(chǎn)率較高的子流域為嫩江東部支流、呼蘭河及其支流、拉林河等河段。流域?qū)偟獊碓催M行解析，松花江流域來自農(nóng)業(yè)種植源的污染物占51.5%；來自點源的污染物占28.8%；來自水產(chǎn)養(yǎng)殖源的污染物占14.0%；來自畜禽養(yǎng)殖源的污染物占5.7%?？偟谧恿饔蚝佣伍g的衰減表現(xiàn)出干流衰減比例小，支流衰減大的規(guī)律。選擇三個代表性子流域，設(shè)置三個消減策略，預(yù)評估消減策略的效果。在各