【摘要】：當今社會水環(huán)境污染的嚴重性已受到國內外普遍關注,水污染問題通常分為點源污染和非點源污染兩種。在點源污染的控制能力逐步提升并得到有效治理的情況下,非點源污染成為了水源污染的主要污染源。特別是進入21世紀,中國農業(yè)非點源污染對水體富營養(yǎng)化的影響將進一步加劇,農業(yè)和農村發(fā)展引起的水污染將成為中國可持續(xù)發(fā)展的最大挑戰(zhàn)之一。影響非點源污染的因素很多,其中土地利用/覆被變化是造成非點源污染的關鍵影響因素,它通過影響徑流量、泥沙量,進而影響著非點源污染的產生及其營養(yǎng)物質的遷移轉化的過程,從而影響非點源污染的氮磷負荷量。秦皇島依山傍海,境內水系豐富,分屬灤河與冀東沿海河流兩大水系,是華北地區(qū)水資源相對豐富的地區(qū)。但近年來該地區(qū)水資源環(huán)境呈現(xiàn)污染加劇的趨勢,水環(huán)境的安全度相對較低,目前水環(huán)境點源污染的問題得到了一定的控制和解決,非點源污染的危害還沒有完全表現(xiàn)出來,但從發(fā)展的角度看,有必要對該地區(qū)的非點源污染進行研究,為該地區(qū)非點源污染的防治和治理提供一定科學依據(jù)。因此本文在重點考慮非點源污染的基礎上,以秦皇島地區(qū)為研究對象,探討了不同的土地利用方式對非點源氮磷污染的影響。主要包括以下內容:(1)在實地調查的基礎上,進行數(shù)據(jù)收集和整理,根據(jù)秦皇島地區(qū)主要河流流域、水質監(jiān)測數(shù)據(jù)、水文站點資料、雨量站點資料、氣象站資料等數(shù)據(jù),依托ArcGIS等軟件構建SWAT模型的空間數(shù)據(jù)庫和屬性數(shù)據(jù)庫。(2)以空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)為基礎,運用SWAT模型,對秦皇島地區(qū)的徑流、泥沙、非點源污染總氮、總磷負荷進行模擬。通過參數(shù)敏感性分析,獲得徑流、泥沙、總氮和總磷的較為敏感的參數(shù),進行模型參數(shù)的校準,并對模型的有效性和適用性進行驗證,構建模型適用性評價指標Re、R2和Ens都在要求的范圍內的SWAT模型。(3)基于2000年、2005年、2010年和2014年秦皇島地區(qū)土地利用/覆被數(shù)據(jù),通過空間疊加分析流域土地利用/覆被的時空變化特征,對秦皇島地區(qū)土地利用/覆被變化進行分析。(4)根據(jù)四個不同時期的土地利用類型圖得到各時期土地利用類型之間的面積和比例的變化,并運用SWAT模型分別添加四期不同的土地利用類型圖進行研究區(qū)徑流、泥沙、非點源總氮、總磷負荷的模擬,分析土地利用變化對徑流、泥沙、非點源污染總氮、總磷負荷的時空變化影響情況。(5)對比研究時段內非點源污染總氮、總磷負荷量與徑流量、泥沙量時空變化發(fā)現(xiàn),四種情景的的時空變化情況相對一致,說明徑流量和產沙量是總氮總磷負荷的關鍵制約因素。徑流量大,攜帶的溶解態(tài)的氮磷元素就多,泥沙量大,攜帶的吸附態(tài)的氮磷元素負荷就大,從而使總氮總磷負荷增大。(6)進行土地利用情景預測,運用SWAT模型對三種土地利用情景下的非點源污染的氮磷負荷進行模擬,在模擬結果的基礎上定量分析三種不同預測情景導致不同土地利用方式對秦皇島地區(qū)非點源污染氮磷元素的時空影響。
[Abstract]:The severity of water pollution in today's society has been paid close attention at home and abroad, and the water pollution problem is usually divided into point source pollution and non-point source pollution. The non-point source pollution is the main pollution source of the water source pollution in the case of the gradual improvement of the control ability of point source pollution and the effective treatment. Especially in the 21st century, the effects of non-point source pollution on the eutrophication of the water body will be further increased, and the water pollution caused by the development of agriculture and rural areas will become one of the biggest challenges for China's sustainable development. The factors that affect the non-point source pollution are many, among which the land use/ cover change is the key influencing factor of non-point source pollution, and it influences the process of the generation of non-point source pollution and the migration and transformation of the nutrient substances by influencing the runoff and the amount of the sediment, so as to influence the nitrogen and phosphorus load of the non-point source pollution. Qinhuangdao is rich in water system, which is a relatively rich area of water resources in North China. However, in recent years, the situation of water resources in the area has become more and more serious, and the safety of the water environment is relatively low. At present, the problem of point source pollution in the water environment has been controlled and solved, and the harm of non-point source pollution has not been shown completely, but from the viewpoint of development, It is necessary to study the non-point source pollution in the area and provide a scientific basis for the prevention and treatment of non-point source pollution in the area. Therefore, on the basis of the consideration of non-point source pollution, this paper discusses the effects of different land-use methods on the pollution of non-point source, nitrogen and phosphorus in the area of Qinhuangdao as the research object. It mainly includes the following contents: (1) On the basis of field survey, data collection and sorting are carried out, according to the data of main river basin, water quality monitoring data, hydrological station point data, rainfall station point data and weather station data in Qinhuangdao area, The spatial database and the property database of SWAT model are constructed with the software of ArcGIS. (2) Based on spatial data and attribute data, SWAT model is applied to simulate the total nitrogen and total phosphorus load of runoff, sediment and non-point source pollution in Qinhuangdao area. Through the parameter sensitivity analysis, the more sensitive parameters of runoff, sediment, total nitrogen and total phosphorus are obtained, the model parameters are calibrated, and the validity and applicability of the model are verified. The model suitability evaluation indexes Re, R2 and Ens are all within the required scope. (3) Based on the data of land use/ cover in Qinhuangdao area in 2000, 2005, 2010 and 2014, the spatial and temporal change of land use/ cover in Qinhuangdao area is analyzed by the spatial superposition analysis. and (4) according to the land-use type map of the four different periods, the change of the area and the proportion between the land-use types of each period is obtained, and the SWAT model is used for respectively adding four different land-use type maps to study the simulation of the total nitrogen and the total phosphorus load of the area runoff, the sediment, the non-point source total nitrogen and the total phosphorus load, The influence of land-use change on total nitrogen and total phosphorus load of runoff, sediment and non-point source pollution was analyzed. (5) The time-and-spatial variation of total nitrogen, total phosphorus load and runoff and sediment volume of non-point source pollution in the comparative study period were found to be relatively consistent with the time-and-spatial variation of the four scenarios, indicating that the runoff and sediment concentration are the key factors of total nitrogen total phosphorus load. and the total nitrogen total phosphorus load is increased. (6) using the SWAT model to simulate the nitrogen and phosphorus load of the non-point source pollution in the three land use scenarios, The spatial and temporal effects of different land-use patterns on the nitrogen and phosphorus elements of non-point source pollution in Qinhuangdao area were quantitatively analyzed on the basis of the simulation results.
【學位授予單位】：河北師范大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：X52

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本文編號：2321753