【摘要】：非點(diǎn)源污染,特別是人類農(nóng)業(yè)活動造成的農(nóng)業(yè)非點(diǎn)源污染,已經(jīng)成為水環(huán)境質(zhì)量惡化的主要因素。國內(nèi)外眾多的研究均表明非點(diǎn)源污染的控制已經(jīng)處在了迫在眉睫的階段,采取非點(diǎn)源污染控制與治理措施可極大的改善流域水環(huán)境,修復(fù)流域生態(tài)環(huán)境。最佳管理措施(Best Management Practices,BMPs)是避免流域水環(huán)境受到農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動所造成的污染的一系列措施,它分為工程措施與非工程措施,最佳管理措施的評估對流域水環(huán)境治理具有指導(dǎo)意義。本研究以北京市媯水河流域?yàn)槔?利用SWAT模型評估工具,對媯水河流域非點(diǎn)源污染特征進(jìn)行了分析,并且根據(jù)污染物的流失強(qiáng)度對關(guān)鍵源區(qū)進(jìn)行了識別。通過設(shè)置不同情景措施,利用SWAT模型對單情景措施削減效率與組合情景措施削減效率分別進(jìn)行了評估,并分析了各個情景的削減效果,為媯水河流域非點(diǎn)源污染負(fù)荷識別與調(diào)控提供定量化依據(jù)。主要研究結(jié)論如下:(1)通過現(xiàn)場調(diào)研與資料收集,構(gòu)建了空間數(shù)據(jù)庫與屬性數(shù)據(jù)庫,其中,空間數(shù)據(jù)庫包括數(shù)字高程圖、土地利用圖與土壤類型圖;屬性數(shù)據(jù)庫包括氣象數(shù)據(jù)庫、土壤屬性數(shù)據(jù)庫與污染源數(shù)據(jù)庫�；谘芯繀^(qū)DEM劃分子流域,并利用模型中Burn In功能對水系進(jìn)行修正,最終得到25個子流域,275個水文響應(yīng)單元。使用SWAT-CUP軟件對模型參數(shù)進(jìn)行敏感性分析,在月尺度下分別對2015~2017年徑流量、2015~2016年TN和TP進(jìn)行了率定與驗(yàn)證,率定驗(yàn)證結(jié)果均滿足E_(NS)≥0.50,R~2≥0.60,表明模型適用性較好。(2)通過分析模型結(jié)果可以看出,研究區(qū)TN、TP的負(fù)荷量變化具有明顯的時(shí)空變異特點(diǎn)。在時(shí)間上,雨季的負(fù)荷量明顯高于每年的枯水時(shí)期,并且與降雨量呈正相關(guān)關(guān)系;在空間上,不同子流域的氮磷流失強(qiáng)度差異極為明顯,TN流失強(qiáng)度主體分布趨勢為流域南部整體大于流域北部,TP流失強(qiáng)度主體分布趨勢為從上游到下游逐漸增大。氮磷流失強(qiáng)度在空間分布上存在一定差異,并且與降雨量的分布也存在較大差異,說明降雨量只是影響氮磷流失強(qiáng)度的一個因素,土地利用類型、土壤屬性等因素也影響著氮磷流失強(qiáng)度。在TN、TP流失污染貢獻(xiàn)負(fù)荷上,林地位居首位,分別占流域TN、TP流失污染總貢獻(xiàn)負(fù)荷的49.44%、46.23%;其次為耕地,占比分別為30.1%、29.53%。在TN、TP流失負(fù)荷強(qiáng)度上,由大到小依次排序?yàn)榫用駞^(qū)用地(0.39kg/ha、0.18kg/ha)、耕地(0.35kg/ha、0.12kg/ha)、草地(0.34kg/ha、0.11kg/ha)和林地(0.24kg/ha、0.07kg/ha)。(3)使用流失強(qiáng)度指數(shù)法對研究區(qū)非點(diǎn)源污染關(guān)鍵源區(qū)進(jìn)行識別,根據(jù)自然裂點(diǎn)分級法將氮磷流失強(qiáng)度分為五個等級,分別為高、較高、中、較低、低這五個等級,最終得出非點(diǎn)源污染的關(guān)鍵源區(qū)為6、11、17、19、22、23號子流域,這6個子流域面積占到整個研究區(qū)的24.6%,TN負(fù)荷量占到整個研究區(qū)的54.3%,TP負(fù)荷量占56.2%,氮磷污染負(fù)荷都占到了整個研究區(qū)污染負(fù)荷的半數(shù)以上。(4)研究設(shè)置了8種情景方案,其中包括工程措施與非工程措施,通過將各情景措施轉(zhuǎn)化為SWAT非點(diǎn)源污染模型的參數(shù)和變量,對各情景削減效率進(jìn)行評估,工程措施中,情景2(植草水道)、情景3、4(植被緩沖區(qū))削減效率最好,對TN的平均削減效率分別為34.3%、59.5%、71.4%,對TP的平均削減效率分別為31.0%、60.7%、76.7%;非工程措施中,情景5、6化肥削減措施與情景7免耕措施氮磷削減效率均低于10%,情景8殘茬覆蓋耕作對TP的削減效率較好,為12.9%。采取各情景方案后研究區(qū)氮磷流失強(qiáng)度的空間分布也隨之改變。對情景2+情景6+情景8的組合措施方案削減效率進(jìn)行評估,對TN的平均削減效率為38.5%,對TP的平均削減效率為50.1%。除11、23號子流域外,其余關(guān)鍵源區(qū)內(nèi)子流域氮磷流失強(qiáng)度均有所改善。在選取最佳管理措施時(shí),要結(jié)合當(dāng)?shù)貐^(qū)域的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動與水質(zhì)管理目標(biāo)。
【圖文】：

圖 1-1 SWAT 模型水文循環(huán)過程土壤侵蝕侵蝕和泥沙產(chǎn)量以 hru 為單位利用 MUSLE 方程進(jìn)行計(jì)算，，其方程如式所示：0.5611.8( ) CFRGsurf peak hru usle usle usle usle Q q area K C P LS (1.6式中，sed 為土壤侵蝕量，單位 t；surfQ 為地表徑流量，單位 mm/ha；peakq 為峰值流單位 m3/s；hruarea 為 hru 面積；單位 ha；usleK 為土壤侵蝕因子；usleC 為植被覆蓋和因子；usleP 為保持措施因子；usleLS 為地形因子；CFRG 為粗糙碎屑因子。氮、磷循環(huán)1°氮循環(huán)①殘留物降解為活性有機(jī)氮 , ,0.2ly ntr ly frsh ly orgN(1.7)式中，Ndec,ly為殘留物氮的降解，單位 kg/ha，ntr ,ly 為殘留物降解系數(shù)，orgNfrsh,ly為 層土層中的殘留物有機(jī)氮含量，單位 kg/ha。

圖 1-2 SWAT 模型中氮循環(huán)過程2°磷循環(huán)①腐殖質(zhì)活性態(tài)有機(jī)磷的礦化1/2, , , ,1.4 ( )mina ly min tmp ly sw ly act lyP orgP(1.13)式中，Pmina,ly為腐殖質(zhì)活性態(tài)有機(jī)氮的氮礦化，單位 kg/ha；βmin為腐殖質(zhì)活性態(tài)有機(jī)磷礦化系數(shù)；tmp ,ly 為第 ly 層土層中的營養(yǎng)物循環(huán)溫度因子；orgPact,ly為活性態(tài)有機(jī)磷濃度，單位 mg/kg。②殘留物降解為活性有機(jī)磷, , ,0.2dec ly ntr ly frsh lyP orgP(1.14)式中，Pdec,ly為殘留物磷的降解，單位 kg/ha，ntr ,ly 為殘留物降解系數(shù)，orgPfrsh,ly為第 ly 層土層中的殘留物有機(jī)磷含量，單位 kg/ha。③殘留物有機(jī)磷的礦化, , ,0.8minf ly ntr ly frsh lyP orgP(1.15)
【學(xué)位授予單位】：濟(jì)南大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：X52

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本文編號：2661086