本文選題：非點(diǎn)源污染　切入點(diǎn)：基流分割　出處：《浙江大學(xué)》2017年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：非點(diǎn)源污染已被公認(rèn)為地表水體的首要污染源。然而,非點(diǎn)源污染并非僅局限于地表水體。受污染的地下水以基流形式對地表水的反補(bǔ),同樣可能成為地表水體一個(gè)潛在的、隱蔽的和重要的非點(diǎn)源污染源。鑒于目前無法對大尺度流域的基流進(jìn)行長時(shí)間序列的直接測定,使得如何更加可靠和準(zhǔn)確地定量分割河川徑流中的基流及其污染物負(fù)荷,成為當(dāng)前水文學(xué)和水環(huán)境研究中亟待解決的一個(gè)難點(diǎn)。本研究改進(jìn)了現(xiàn)有的非線性水庫-出流算法(Nonlinear Reservoir Algorithm, NRA),探索了氣象因子與基流負(fù)荷消退之間的關(guān)系,利用基流負(fù)荷消退系數(shù),創(chuàng)建了基流非點(diǎn)源污染負(fù)荷量的定量分割模型—遞歸溯源算法(Recursive Tracing Source Algorithm,RTSA),進(jìn)而對長樂江流域基流與地表徑流的非點(diǎn)源污染進(jìn)行定量分析和評價(jià)。在此基礎(chǔ)上,結(jié)合統(tǒng)計(jì)降尺度模型(Statistical Down Scaling Model,SDSM)和流域水文過程機(jī)理模型(Soil and Water Assessment Tool, SWAT),對未來氣候變化條件下,長樂江流域基流非點(diǎn)源污染的動(dòng)態(tài)變化進(jìn)行了模擬和預(yù)測,為今后非點(diǎn)源污染治理提供參考,主要結(jié)果如下:(1)對比已有的基于線性水庫出流假設(shè)的遞歸濾波(Eckhardt's recursive digital filter和Kalinin)模型,本研究提出的耦合氣象因子的非線性水庫出流算法(Meteorology Corrected Nonlinear Reservoir Algorithm, MNRA)對各類降雨事件具有更高的敏感性,同時(shí)能夠更好地逼近實(shí)際的基流消退過程[Nash-Sutcliffe efficiency (NE= 0.98],有效減少基流分割定量過程中因不同退水條件(如氣候)下不同退水過程之間顯著變異性所引起的不確定性。根據(jù)MNRA的分割結(jié)果,2003-2012年長樂江流域年基流量(188-619 mm)占年總徑流量(284-944 mm)的比例高達(dá) 57.5-74.1% (avg.= 65.1%)。(2)本研究在提出基流負(fù)荷消退系數(shù)(τ,表征基流負(fù)荷量的消退)的基礎(chǔ)上,結(jié)合非線性水庫出流算法構(gòu)建得到了基流負(fù)荷量分割算法—遞歸溯源算法(Recursive Tracing Source Algorithm, RTSA),實(shí)現(xiàn)了基流非點(diǎn)源污染負(fù)荷量的直接分割與定量。結(jié)果顯示,綜合考慮了氣象因子對基流流量及負(fù)荷量消退(包括污染物濃度的變化)過程影響的RTSA模型能夠較LOADEST模型更加準(zhǔn)確地定量長樂江流域基流中TN、NO3-N、TP以及DP的污染負(fù)荷(NSE0.7,R20.7),更好地表征基流負(fù)荷的消退過程,有效避免因不同基流負(fù)荷消退過程中流量-負(fù)荷量/濃度關(guān)系顯著差異所引起的明顯高估或者低估,可作為多雨地區(qū)基流非點(diǎn)源污染負(fù)荷定量的一個(gè)有效手段。(3)2003-2012年,長樂江流域各年徑流/基流中TN、NO3-N、TP與DP負(fù)荷量與降雨量、年徑流量呈現(xiàn)成出顯著的正相關(guān)關(guān)系,枯水年與豐水年負(fù)荷量之間差異明顯,年際變化十分顯著:2003-2012年,長樂江流域多年平均總徑流TN、N03-N、TP 與 DP 的負(fù)荷量分別為 24.67 kg/ha、18.31 kg/ha、1.05 kg/ha 和 0.60 kg/ha;基于RTSA的基流負(fù)荷定量結(jié)果表明,基流是長樂江流域非點(diǎn)源污染負(fù)荷輸出的一個(gè)主要途徑。2003-2012年,長樂江流域以基流形式輸出的年均TN、N03-N、TP 與 DP 負(fù)荷量分別為 14.18 kg/ha、11.41 kg/ha、0.56 kg/ha 和 0.38 kg/ha,占總徑流中相應(yīng)污染物負(fù)荷量的比例分別高達(dá)57.48%、62.33%、53.55%和64.29%。然而,從基流濃度指數(shù)(BCI)來看(普遍低于1.0),目前長樂江流域基流對于總徑流中以上幾種污染物主要以稀釋作用為主。(4) HadCM3海氣耦合模式A2(描述了 一個(gè)很不均衡的世界,人口快速增長、經(jīng)濟(jì)發(fā)展緩慢、技術(shù)進(jìn)步緩慢)、B2( 一個(gè)人口和經(jīng)濟(jì)增長速度處于中等水平的世界,強(qiáng)調(diào)經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和環(huán)境可持續(xù)發(fā)展的局地解決方案)氣候變化情景下,盡管年降雨量沒有顯著趨勢變化;但由于降雨模式的改變,使得長樂江流域徑流組成發(fā)生了一定的改變,具體表現(xiàn)為基流所占比重下降。A2、B2氣候變化情景下,研究區(qū)總徑流/基流中的TN、N03-N、TP與DP負(fù)荷及其濃度均表現(xiàn)出一定的上升趨勢,但基流對以上幾種污染物負(fù)荷量的貢獻(xiàn)率較基準(zhǔn)期有所下降。基流年均TN、NO3-N、TP與DP負(fù)荷量貢獻(xiàn)率在A2情景下分別為50.36% (14.93 kg/ha)、55.01% (12.70 kg/ha)、37.63% (0.58 kg/ha)和 44.58% (0.42 kg/ha); B2 情景下則分別為 53.62% (15.29 kg/ha)、59.78% (13.31 kg/ha)、43.65% (0.64 kg/ha)和 47.05%(0.44 kg/ha)。(5)未來氣候的持續(xù)變化將增強(qiáng)長樂江流域基流對總徑流中TN和N03-N的富集效應(yīng);由于基流中TP和DP濃度的增加速率明顯低于地表徑流中TP和DP濃度的增加速率,使得長樂江流域未來氣候變化條件下基流對總徑流中TP和DP以稀釋為主,但隨著基流中TP和DP濃度的不斷增加,由其帶來的水體富營養(yǎng)化污染風(fēng)險(xiǎn)卻與日俱增。換言之,如果不采取相應(yīng)的治理/管理措施,基流非點(diǎn)源污染將持續(xù)成為長樂江流域地表水富營養(yǎng)化不可忽視的風(fēng)險(xiǎn)。
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【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：X71;X52
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本文編號(hào)：1566709