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

1、國(guó)外水環(huán)境管理發(fā)展歷程揭示，實(shí)行基于流域的水環(huán)境管理是我國(guó)的發(fā)展趨勢(shì)和必然要求。在管理的技術(shù)支撐方面，我國(guó)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(wèn)題。本論文主要在這兩方面開(kāi)展研究工作。
　　 本論文探索了適合我國(guó)國(guó)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(shí)現(xiàn)了流域?qū)傩缘那懈钜约芭炕瘮?shù)據(jù)提取；使用美國(guó)CN值平衡方

2、程，選擇松花江流域水文站點(diǎn)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，擬合退水系數(shù)、融雪系數(shù)、各土地利用類(lèi)型CN值等重要水文相關(guān)參數(shù)，進(jìn)而利用這些水文參數(shù)估計(jì)子流域年均徑流深，模擬各子流域年均流量；選用NANI插件實(shí)現(xiàn)了非點(diǎn)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(jì)方法進(jìn)行流域環(huán)境問(wèn)題識(shí)別。選用描述統(tǒng)計(jì)量、相關(guān)分析、因子分析、時(shí)間序列分析等統(tǒng)計(jì)方法，利用流域內(nèi)25個(gè)國(guó)控點(diǎn)位、13個(gè)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(guó)家Ⅲ類(lèi)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(lèi)等指標(biāo)平均水平低于Ⅲ級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，氨氮均值低于國(guó)家Ⅳ類(lèi)水標(biāo)準(zhǔn)，化學(xué)需氧量均值達(dá)劣五類(lèi)。以化學(xué)需氧量為代表的有機(jī)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(jī)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(jī)物的相關(guān)性高于總磷與耗氧有機(jī)物的相關(guān)性。因子分析結(jié)果呈現(xiàn)出三個(gè)因子，第一個(gè)因子

4、方差貢獻(xiàn)率52.18％，為主要污染物表征因子，與氮及耗氧有機(jī)物指標(biāo)高度正相關(guān)，與溶解氧高度負(fù)相關(guān)；第二個(gè)因子方差貢獻(xiàn)率19.97%，累積貢獻(xiàn)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(gè)因子方差貢獻(xiàn)率11.64%，累積貢獻(xiàn)率83.79%，為背景因子，反應(yīng)pH狀況。利用每個(gè)站點(diǎn)主要水質(zhì)指標(biāo)的水質(zhì)類(lèi)別百分率進(jìn)行聚類(lèi)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(shuō)明總氮對(duì)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(duì)松花江流域氮與耗氧有機(jī)物為主的水環(huán)境狀況，進(jìn)行氨氮與COD的季節(jié)性時(shí)間序列分析，結(jié)果顯示，COD于2007年出現(xiàn)拐點(diǎn)，近期其濃度已呈下降趨勢(shì)；NH3-N尚未見(jiàn)明顯好轉(zhuǎn)。
　　 本論文使用水環(huán)境模型進(jìn)行流域主要污染物的深入分析。選擇SPARROW模型對(duì)總氮進(jìn)行模擬。根據(jù)我國(guó)國(guó)情選擇模型輸入變量，采用Levenberg-Marquardt算法進(jìn)行非線性優(yōu)化。在明確模型結(jié)構(gòu)算法、借鑒國(guó)外應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，

6、經(jīng)運(yùn)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(xiàn)的污染源為點(diǎn)源、農(nóng)業(yè)種植源、畜禽養(yǎng)殖源以及水產(chǎn)養(yǎng)殖源，對(duì)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(duì)總氮傳輸具有重要影響的環(huán)境過(guò)程為河段中的一級(jí)衰減反應(yīng)。
　　 模擬結(jié)果表明，松花江流域河段中，三類(lèi)水的超標(biāo)率為63%，五類(lèi)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。總氮總負(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?yàn)槟劢瓥|部支流、呼蘭河及其支流、拉林河等河段。流域?qū)偟獊?lái)源進(jìn)行解析，松花江流域來(lái)自農(nóng)業(yè)種植源的污染物占51.5%；來(lái)自點(diǎn)源的污染物占28.8%；來(lái)自水產(chǎn)養(yǎng)殖源的污染物占14.0%；來(lái)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(gè)代表性子流域，設(shè)置三個(gè)消減策略，預(yù)評(píng)估消減策略的效果。在各