基于L-THIA模型地表徑流非點源污染負(fù)荷時空模擬及其環(huán)境效應(yīng)——以呼蘭河-阿什河流域為例.pdf

1、隨著社會經(jīng)濟不斷發(fā)展，環(huán)境問題日益嚴(yán)重，并成為世界各國關(guān)注的熱點，選取合適的途徑和方法對污染物進行治理，解決環(huán)境危機變得尤為重要。非點源污染主要受降水、土地利用方式等自然和社會因素共同作用形成的，不合理的土地利用方式和管理方式會導(dǎo)致流域營養(yǎng)物隨著徑流流失，進而引起土壤侵蝕、水土流失，產(chǎn)生流域性的污染。不同空間和時間尺度的土地利用變化引起的環(huán)境效應(yīng)已經(jīng)成為地理學(xué)和環(huán)境科學(xué)的研究熱點。
　　本研究選取東北地區(qū)松花江流域的兩個子流域（呼

2、蘭河流域和阿什河流域，以下簡稱呼阿流域）為研究區(qū)域，對流域內(nèi)1980年、1995年、2000年及2010年的土地利用變化及其驅(qū)動力做了探討，并運用長周期水文模型：L-THIA模型對四個時期土地利用變化引起的非點源污染進行了初步模擬估算，實現(xiàn)對研究區(qū)非點源污染的定量評價，并確定了流域內(nèi)主要的污染物。在此基礎(chǔ)上結(jié)合系統(tǒng)動力學(xué)（SD）和土地變化空間模型（CLUE-S）對未來不同發(fā)展模式下土地利用變化及非點源污染負(fù)荷進行模擬預(yù)測，并分析呼阿流域

3、非點源污染狀況對流域內(nèi)松江濕地帶來的可能影響，進一步探討呼阿流域最佳土地利用管理措施（BMPs），為流域非點源污染的初步控制和管理提出初步對策，通過分析水文過程對松江濕地水生生物的影響，為濕地調(diào)控和恢復(fù)保護提出合理建議。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴通過單因子和綜合水質(zhì)標(biāo)識法，對呼阿流域整體水環(huán)境現(xiàn)狀進行了初步定量評價，研究結(jié)果表明，呼阿流域的綜合水質(zhì)指數(shù)為3.74，處于Ⅲ類水質(zhì)；單因子水質(zhì)標(biāo)識確定了呼阿流域的主要污染物為總氮TN、

4、總磷TP和重金屬Hg。根據(jù)健康風(fēng)險評價模型對研究水體重金屬可能造成的暴露風(fēng)險進行評估，結(jié)果顯示污染物總風(fēng)險評估值為1.0939×10-5，對人體暴露風(fēng)險產(chǎn)生較低的危害。⑵通過構(gòu)建流域非點源污染空間和屬性數(shù)據(jù)庫，根據(jù)1980～2010年的土地利用和水質(zhì)狀況，對L-THIA模型中的參數(shù)進行修改校正，對流域徑流量和非點源污染負(fù)荷進行模擬估算，結(jié)果表明模擬徑流量有效性誤差在10％以內(nèi)，流域徑流量變化范圍在2.15×109 m3～3.5×109

5、m3；對非點源污染負(fù)荷進行模擬發(fā)現(xiàn)在30年期間，總氮TN增加了64.56%；總磷TP增加了55.48%；重金屬（Zn、Cu、Pb）負(fù)荷量增加了34.61%。雖然農(nóng)業(yè)用地是非點源污染負(fù)荷的主要輸出土地利用類型，但建設(shè)用地面積的增加成為污染負(fù)荷的最大“貢獻者”。⑶運用SD和CLUE-S模型模擬流域2025年三種不同情景模式下土地利用空間格局變化。經(jīng)過精度驗證，利用SD模型對流域土地利用需求的誤差小于8%，CLUE-S模型模擬Kappa值為0

6、.63，精度理想。結(jié)果表明，2025年三種不同情景下土地利用空間格局存在較大的差別，尤其體現(xiàn)在社會經(jīng)濟快速發(fā)展模式下，土地利用變化轉(zhuǎn)換程度劇烈。基于L-THIA模型對三種土地利用情景下非點源氮磷污染負(fù)荷結(jié)果發(fā)現(xiàn)社會經(jīng)濟快速發(fā)展的情況下TN和TP的污染負(fù)荷增加速度要大于其它情景模式。⑷通過對松江濕地污染負(fù)荷進行模擬結(jié)果顯示，TN值從1980年～2010年，增加了51.73%；TP從1980年～2010年增加幅度達(dá)55.56%。對濕地內(nèi)水文