晉江東溪流域農(nóng)業(yè)非點(diǎn)源污染模擬分析.pdf

1、水質(zhì)污染是全球關(guān)注的熱點(diǎn)環(huán)境問題。河流水質(zhì)的保護(hù)和改善，與流域水循環(huán)過程密切相關(guān)。流域分布式模型從流域的尺度出發(fā)，將降水-產(chǎn)流-產(chǎn)沙-污染過程作為一個(gè)整體，研究人類活動(dòng)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(hù)措施奠定基礎(chǔ)。 經(jīng)濟(jì)活動(dòng)較為活躍的泉州市，其社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)水資源量和質(zhì)的需求與水資源現(xiàn)狀矛盾較大。因此，選擇泉州市重要的水源地--山美水庫(kù)所在的晉江東溪流域，深入探討流域的徑流、土壤侵蝕和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)

2、輸移過程，從而采取針對(duì)性措施保護(hù)河流及山美水庫(kù)水質(zhì)。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?yàn)檠芯繀^(qū)，結(jié)合GIS和RS等技術(shù)，在收集流域基礎(chǔ)資料的基礎(chǔ)上建立空間和屬性數(shù)據(jù)庫(kù)，對(duì)流域1972-1979年的徑流、泥沙和農(nóng)業(yè)非點(diǎn)源污染負(fù)荷進(jìn)行模擬計(jì)算，并選取相對(duì)誤差、相關(guān)系數(shù)和效率系數(shù)三個(gè)指標(biāo)用于模型的適用性評(píng)價(jià)；在對(duì)流域徑流、土壤侵蝕和農(nóng)業(yè)污染特征分析的基礎(chǔ)上，從影響農(nóng)業(yè)污染的土壤侵蝕和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)兩大過程入手，定量評(píng)

3、價(jià)水土保持生物措施和農(nóng)業(yè)化肥施用對(duì)流域徑流、泥沙和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)排放的影響。結(jié)果表明，SWAT模型能較好地用于大型水庫(kù)影響下的東溪流域產(chǎn)流產(chǎn)沙模擬；山美水庫(kù)庫(kù)區(qū)流域內(nèi)年徑流分布自西、西北向東南遞減，入庫(kù)的泥沙和農(nóng)業(yè)污染負(fù)荷主要來自桃溪支流，且耕地是該流域土壤侵蝕和農(nóng)業(yè)非點(diǎn)源污染的主要來源；退耕還林還草能有效地減少入庫(kù)泥沙和污染負(fù)荷，減少化肥施用量是流域控制農(nóng)業(yè)非點(diǎn)源污染的有效措施。 非點(diǎn)源污染是當(dāng)前水環(huán)境污染問題研究的熱點(diǎn)。由于非點(diǎn)源

4、污染來源、擴(kuò)散途徑的復(fù)雜性，使得其研究和治理措施的制定具有一定的難度。美國(guó)農(nóng)業(yè)部(USDA)農(nóng)業(yè)研究中心(ARS)研制開發(fā)的SWAT模型被廣泛的應(yīng)用在非點(diǎn)源污染的管理和控制過程中，是非點(diǎn)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(jù)模型中的水文過程子模型、土壤侵蝕子模型和污染負(fù)荷子模型模擬復(fù)雜大流域的徑流、泥沙和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)輸移。該模型不僅可以模擬非點(diǎn)源污染負(fù)荷，而且可以建立不同的管理情景來評(píng)價(jià)不同的管理措施及其效果

5、。從SWAT模型在我國(guó)的應(yīng)用情況來看，研究?jī)?nèi)容多涉及非點(diǎn)源污染負(fù)荷模型的構(gòu)建、模型效率的檢驗(yàn)及流域現(xiàn)狀土地利用下的水文水質(zhì)模擬，有關(guān)流域管理措施及其影響機(jī)制的探討尚處于初期研究階段，利用非點(diǎn)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(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展具有不對(duì)稱性，且由于資源開發(fā)利用管理的不到位，土壤侵蝕、水質(zhì)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(kù)所在的晉江東溪流域?yàn)檠芯繀^(qū)

6、，利用分布式流域模型SWAT，結(jié)合GIS和RS等技術(shù)手段，進(jìn)行了流域水文過程模擬、農(nóng)業(yè)非點(diǎn)源污染負(fù)荷計(jì)算的研究。通過率定研究區(qū)水文、泥沙和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)輸移過程，定量分析農(nóng)業(yè)污染負(fù)荷，確定入庫(kù)泥沙和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的主要產(chǎn)出支流；在此基礎(chǔ)上，對(duì)相應(yīng)的防治措施進(jìn)行效應(yīng)分析和有效性評(píng)價(jià)，從而優(yōu)化管理措施的制定。主要研究?jī)?nèi)容與結(jié)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(shù)據(jù)，建立適用于SWAT模型模擬分析的研

7、究區(qū)非點(diǎn)源污染基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)。在此基礎(chǔ)上，設(shè)定集水面積為2700ha，將研究區(qū)劃分為27個(gè)子流域，根據(jù)土地利用與土壤類型的組合，進(jìn)一步劃分為349個(gè)水文響應(yīng)單元(HRUs)，然后進(jìn)行研究區(qū)的徑流、泥沙和非點(diǎn)源污染負(fù)荷的模擬計(jì)算。 (2)利用洪瀨水文站1972-1975年的實(shí)測(cè)年、月徑流泥沙數(shù)據(jù)進(jìn)行模型參數(shù)的校準(zhǔn)，1976-1979年數(shù)據(jù)則用于模型驗(yàn)證。結(jié)果表明，流域出口年徑流深模擬的相對(duì)誤差(RE)為5.3％，效率系數(shù)(Ens)和相關(guān)系數(shù)

8、(E2)均大于0.9；校準(zhǔn)期和驗(yàn)證期內(nèi)的月徑流模擬結(jié)果R2分別為0.98和0.83；流域月產(chǎn)沙模擬結(jié)果Ens為0.74，R2為0.78。此外，流域內(nèi)兩個(gè)庫(kù)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(chǎn)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(yīng)性較好。 (3)根據(jù)模型模擬結(jié)果，分析了山美水庫(kù)庫(kù)區(qū)子流域徑流的空間規(guī)律。流域內(nèi)年徑流分布總趨勢(shì)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(nèi)徑流的相對(duì)高值區(qū)，其中蓬壺、達(dá)埔一帶為最高徑流區(qū)，湖洋鎮(zhèn)分布有流域內(nèi)的最低徑流。 (4)根據(jù)模型模擬結(jié)果，分析了庫(kù)區(qū)子流域土壤侵蝕的空間分布規(guī)律。兩入庫(kù)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(shù)均大于湖洋溪；通過對(duì)比不同土地利用方式下的產(chǎn)沙，表明耕地是造成流域土壤侵蝕和水庫(kù)淤積的主要來源。 (5)在流域產(chǎn)流產(chǎn)沙模擬的基礎(chǔ)上，對(duì)流域農(nóng)業(yè)非點(diǎn)