基于SWAT模型的平原區(qū)農(nóng)業(yè)非點源污染模擬研究.pdf

1、我國水環(huán)境形勢十分嚴(yán)峻，農(nóng)業(yè)非點源污染已經(jīng)成為水環(huán)境惡化和湖泊富營養(yǎng)化的重要原因。因此，控制農(nóng)業(yè)非點源污染、保護(hù)生態(tài)環(huán)境對實現(xiàn)我國農(nóng)業(yè)、資源和環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展具有重要的理論和現(xiàn)實意義。
　　 太湖流域作為我國第三大淡水湖，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，社會水平的提高，目前水環(huán)境已經(jīng)處于富營養(yǎng)化狀態(tài)，農(nóng)業(yè)非點源污染已經(jīng)成為太湖水污染的主要來源之一，并將成為工業(yè)和城市點源污染得到控制后所要面對的最主要污染源。杭嘉湖地區(qū)作為太湖流域的八大水系之一，是浙

2、江省水污染較為嚴(yán)重的地區(qū)之一，平原河網(wǎng)90％以上的監(jiān)測斷面不能滿足水功能要求，京杭運河浙江境內(nèi)全部河段水質(zhì)均不能滿足功能區(qū)水質(zhì)目標(biāo)。其中，農(nóng)業(yè)非點源污染是其主要的污染源，大量優(yōu)肥流失及其對水環(huán)境的影響日益嚴(yán)重并受到人們的關(guān)注。鑒于此，本研究結(jié)合運用水文學(xué)，地理學(xué)，景觀生態(tài)學(xué)和環(huán)境學(xué)等在這一領(lǐng)域的已有研究成果，利用GIS技術(shù)，著重從環(huán)境學(xué)和景觀生態(tài)學(xué)的角度，進(jìn)行杭嘉湖區(qū)域的農(nóng)業(yè)非點源污染模擬研究，分析不同土地利用和景觀格局的動態(tài)變化，提出

3、控制流域非點源污染的最佳管理技術(shù)體系和景觀優(yōu)化方案，對保護(hù)農(nóng)業(yè)水環(huán)境具有現(xiàn)實意義。主要研究內(nèi)容和結(jié)論如下：
　　 1、建立杭嘉湖區(qū)域非點源污染基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫。
　　 以RS與GIS技術(shù)為支持，構(gòu)建了研究區(qū)數(shù)字高程模型（DEM），土地利用/覆被和土壤類型等一系列非點源污染的空間數(shù)據(jù)庫；通過資料收集，調(diào)查統(tǒng)計和野外監(jiān)測采樣，結(jié)合實驗室試驗，構(gòu)建研究區(qū)非點源污染的屬性數(shù)據(jù)庫。
　　 2、進(jìn)行農(nóng)業(yè)非點源污染源解析和杭嘉湖區(qū)域

4、京杭運河嘉興段小流域的污染物時空分布規(guī)律研究。
　　 以GIS技術(shù)為平臺，對研究區(qū)的污染源進(jìn)行分析，明確了農(nóng)業(yè)非點源污染在研究區(qū)域所占的分量。結(jié)果表明，杭嘉湖地區(qū)農(nóng)業(yè)化肥產(chǎn)生的氮磷含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于生活面源和畜禽養(yǎng)殖，排放量大小順序為農(nóng)業(yè)化肥>禽養(yǎng)殖>生活面源。其中，嘉興市產(chǎn)生的氮磷排放放量相對比較大，對水環(huán)境影響比較大；NH4+-N的排放量相對集中在嘉興和余杭。
　　 選取嘉興雙橋農(nóng)場附近的京杭運河嘉興段進(jìn)行營養(yǎng)物時空分布規(guī)

5、律研究。NH4+-N高峰值主要集中在4月，7月以及9月到10月期間，最高值在7月份。居民區(qū)，農(nóng)田和養(yǎng)殖場附近的水體污染程度比較嚴(yán)重。
　　 3、分析和評價SWAT模型在杭嘉湖區(qū)域的適用性和可靠性。
　　 針對杭嘉湖區(qū)域中兩種不同的地形（平原和山地）進(jìn)行模型模擬研究，分別選取代表性小流域王江涇和杭長僑，對模型的關(guān)鍵性參數(shù)進(jìn)行敏感性分析，結(jié)果顯示：對徑流影響最大的敏感參數(shù)是曲線數(shù)（CN2），土壤有效含水量（Soil_AWC）

6、，蒸發(fā)補償因子（ESCO）。并且利用2002-2005年的實測數(shù)據(jù)對模型參數(shù)進(jìn)行率定和驗證，采用決定系數(shù)R2和Nash-Suttcliffe系數(shù)E對模擬結(jié)果進(jìn)行評價，結(jié)果證明SWAT模型對杭嘉湖地區(qū)的非點源污染模擬具有一定的適用性，可用于研究區(qū)非點源污染的模擬研究。
　　 4、從時空變化、土地利用程度變化和土地利用類型轉(zhuǎn)移等方面，對杭嘉湖的土地利用結(jié)構(gòu)和動態(tài)變化進(jìn)行分析研究。
　　 2000-2004年間，杭嘉湖地區(qū)土地

7、利用類型主要以耕地和林地為主，五年期間二者的變化趨勢一直是面積在減小。杭嘉湖區(qū)域西部山區(qū)的土地利用類型的主要變化特征為：2000-2004年間城鎮(zhèn)用地面積增加最多，其次是旱地和水域。東部平原水網(wǎng)區(qū)的土地利用類型的主要變化特征為：2000-2004年間土地利用類型面積變化趨勢類似于西部山區(qū)，城鎮(zhèn)用地面積增加最多，其次是水域。而農(nóng)村居民點、水田和旱地面積都在減少。2000-2004年間研究區(qū)域土地利用變化的數(shù)量很大，表現(xiàn)為城鎮(zhèn)建設(shè)用地、水田

8、、農(nóng)村居民地和水域的變化。主要發(fā)生的土地利用類型轉(zhuǎn)化為：水田轉(zhuǎn)化為有林地、城鎮(zhèn)用地、水域、旱地和農(nóng)村居民地。
　　 5、根據(jù)提取的研究區(qū)域景觀格局指數(shù)，分析了研究區(qū)景觀格局動態(tài)演變過程。
　　 針對2000年和2004年的兩期景觀類型柵格圖進(jìn)行計算分析，斑塊密度、斑塊數(shù)目和形狀指數(shù)呈上升趨勢，最大斑塊指數(shù)呈現(xiàn)下降趨勢，水明整體景觀有破碎化的傾向。
　　 6、針對杭嘉湖區(qū)域的土地利用類型的空間分布特征，東部平原河網(wǎng)

9、區(qū)耕地和城鎮(zhèn)用地占主要部分，起著“源”的作用，產(chǎn)生污染量相對比較大，所以，相對來說，東部平原水網(wǎng)區(qū)地表水質(zhì)比較差。而西部山地丘陵區(qū)域大部分面積為林地，起著“匯”的作用，并且林地具有截留、過濾等作用，所以，相對于東部來說，地表水環(huán)境相對較好。
　　 7、針對杭嘉湖農(nóng)業(yè)非點源污染特征，對非點源污染控制與治理的措施進(jìn)行探討性研究。結(jié)合景觀生態(tài)學(xué)的觀點，針對杭嘉湖地區(qū)特殊的景觀組合，從水環(huán)境保護(hù)的需求出發(fā)，嘗試性的探討以保護(hù)水體質(zhì)量為目