【摘要】：松花江流經(jīng)黑龍江、吉林、內(nèi)蒙古三省(自治區(qū)),具有豐富的時間和空間異質(zhì)性。現(xiàn)有對松花江水環(huán)境問題的研究多集中于全流域尺度,對流域水資源及非點(diǎn)源污染規(guī)律的解析做出了重要貢獻(xiàn)。但對于地區(qū)行政管理需求而言,需要針對特定區(qū)域的水文及水污染的規(guī)律進(jìn)行科學(xué)研究,以解決區(qū)域的特征性環(huán)境問題,進(jìn)行更細(xì)致的環(huán)境規(guī)劃管理。本文以哈爾濱市市轄區(qū)優(yōu)先控制單元(后簡稱哈爾濱優(yōu)控單元)作為研究區(qū)域,分析其近年來的水資源和非點(diǎn)源污染變化情況,并基于三種GCMs(General Circulation Model)生成了未來的氣候情景,進(jìn)而預(yù)測了未來不同時期水資源和非點(diǎn)源污染的變化情況,并根據(jù)其分布變化特征,進(jìn)一步劃分水環(huán)境管控單元,為區(qū)域水環(huán)境管理與水資源綜合利用提供技術(shù)依據(jù),并為河長制的分段管理提供技術(shù)參考。研究選擇哈爾濱優(yōu)控單元作為研究區(qū)域,收集資料并建立數(shù)據(jù)庫,構(gòu)建了適用于研究區(qū)的SWAT(Soil and WaterAssessment Tool)模型,將研究區(qū)劃分成25個亞流域,以2008-2014年作為基準(zhǔn)期分析區(qū)域水資源和非點(diǎn)源污染的時空變化規(guī)律,結(jié)果表明哈爾濱優(yōu)控單元降水具有時空分布不均性,年降水量呈不顯著上升趨勢。多年平均降水呈現(xiàn)出北少南多的規(guī)律,平均降水量較大的地區(qū)主要集中在支流阿什河上游區(qū)域,降水量可達(dá)700mm以上。基準(zhǔn)期哈爾濱優(yōu)控單元年平均氣溫在3.38-5.44℃之間,年均流量725-2872m3/s。徑流貢獻(xiàn)較大的亞流域分布在支流阿什河上游及松花江干流的上游和下游附近。徑流貢獻(xiàn)最大的是亞流域20,最小的是亞流域12。區(qū)域非點(diǎn)源TN和TP負(fù)荷在空間上分布不均,亞流域19的TN和TP負(fù)荷最大�；谌齻�GCMs模式在A1B情景下的輸出結(jié)果分析未來情景下的水資源和非點(diǎn)源變化情況。采用統(tǒng)計降尺度方法(Statistical Downscaling Model,SDSM),得到可用于SWAT模型的氣象數(shù)據(jù)。結(jié)果表明:三個模式在21世紀(jì)末期溫度增量均高于中期,并且高于基準(zhǔn)時期。21世紀(jì)中期和末期溫度增加最大的模式分別為GFDL和HadCM3,三個模式主要的溫度增加時段均出現(xiàn)在冬季。GFDL多年平均降水在21世紀(jì)中期降低,末期增加;HadCM3和MIROC在21世紀(jì)中期和末期多年平均降水均增加。降水變化幅度最大的是HadCM3,相對較小的是GFDL。季度性降水增加主要出現(xiàn)在秋季,減少主要出現(xiàn)在冬季。21世紀(jì)中期,GFDL模式25個亞流域中僅有7個降水量增加,HadCM3模式和MIROC模式25個亞流域中僅有2個降水量降低;21世紀(jì)末期,GFDL模式25個亞流域中有7個降水量降低,整體來說,降水在空間上呈現(xiàn)西北增加較多、東南增加較少的規(guī)律。采用降尺度后的氣象數(shù)據(jù)得到未來情景下的水資源和非點(diǎn)源污染情況,結(jié)果表明,在21世紀(jì)中期和末期,GFDL模式流量均降低,HadCM3模式和MIROC模式均增加。在空間分布中,流域內(nèi)流量貢獻(xiàn)較大的地區(qū)集中在支流阿什河上游及松花江干流的上游和下游。GFDL模式在21世紀(jì)中期全部亞流域流量均下降,21世紀(jì)末期有10個亞流域流量增加;HadCM3模式和MIROC模式在21世紀(jì)中期和末期僅有13和16兩個亞流域流量下降。GFDL模式在21世紀(jì)中期的TN和TP負(fù)荷均降低,在21世紀(jì)末期TN和TP負(fù)荷均增加;HadCM3和MIROC模式的降水量在21世紀(jì)中期和末期都有所增加,其對應(yīng)的TN和TP負(fù)荷也有所增加。三個模式中,21世紀(jì)末期的增加量均高于中期,其中HadCM3模式對應(yīng)的TN和TP負(fù)荷增加最大。非點(diǎn)源TN和TP在空間上的分布較相似,GFDL模式的負(fù)荷低于HadCM3和MIROC。三個模式中輸出能力最大的均為亞流域19,最小的均為亞流域12,總氮輸出較大的亞流域為19、2、17、14、22,總磷輸出較大的亞流域為19、2、17、8、22。以《全國水資源分區(qū)》和《全國生態(tài)功能區(qū)劃》中的三級分區(qū)為參考,結(jié)合區(qū)域在基準(zhǔn)時期和未來時期的水環(huán)境變化情況,繼續(xù)劃分了9個水環(huán)境管控單元,并按照亞流域非點(diǎn)源氮磷負(fù)荷情況將各亞流域分為優(yōu)先控制區(qū)、重點(diǎn)控制區(qū)、基本控制區(qū)、一般控制區(qū)。由于未來情景下非點(diǎn)源污染負(fù)荷呈現(xiàn)增加趨勢,各控制區(qū)的級別也有所上升,優(yōu)先控制區(qū)由基準(zhǔn)時期的3個增加至21世紀(jì)中期的5個,再增加至21世紀(jì)末期的9個�；究刂茀^(qū)和一般控制區(qū)都在逐漸減少。針對管控單元中不同控制級別的亞流域采用了包括人工濕地、植被緩沖帶、退耕還林,化肥減量、水源涵養(yǎng)林等措施。采用SWAT模擬使用退耕還林、化肥減量、植被緩沖帶三種措施后的非點(diǎn)源污染,結(jié)果表明植被緩沖帶對非點(diǎn)源的削減最大,建議在哈爾濱優(yōu)控單元采用25度以上耕地退耕還林、降低10%化肥和5 m植被緩沖帶的綜合管理措施。研究結(jié)果為哈爾濱優(yōu)控單元的規(guī)劃管理和河長制的實施提供了參考。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：X52

【參考文獻(xiàn)】

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1 張鴻雪;暢建霞;韓越;;基于TOPMODEL與統(tǒng)計降尺度模型的涇河流域未來徑流變化分析[J];自然災(zāi)害學(xué)報;2015年04期

2 楊彥蘭;申麗娟;謝德體;駱云中;倪九派;;基于輸出系數(shù)模型的三峽庫區(qū)(重慶段)農(nóng)業(yè)面源污染負(fù)荷估算[J];西南大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版);2015年03期

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4 姜曉峰;王立;馬放;李海強(qiáng);張淑娟;梁雄偉;;SWAT模型土壤數(shù)據(jù)庫的本土化構(gòu)建方法研究[J];中國給水排水;2014年11期

5 孟現(xiàn)勇;吉曉楠;劉志輝;肖軍倉;陳曦;王芳;;SWAT模型融雪模塊的改進(jìn)與應(yīng)用研究[J];自然資源學(xué)報;2014年03期

6 林炳青;陳瑩;陳興偉;;SWAT模型水文過程參數(shù)區(qū)域差異研究[J];自然資源學(xué)報;2013年11期

7 朱瑤;梁志偉;李偉;楊yN;楊木易;毛巍;徐寒莉;吳偉祥;;流域水環(huán)境污染模型及其應(yīng)用研究綜述[J];應(yīng)用生態(tài)學(xué)報;2013年10期

8 王立;馬放;謝乾;姜曉峰;梁雄偉;李海強(qiáng);;SWAT模型在我國的發(fā)展歷程及其在寒地應(yīng)用展望[J];中國給水排水;2013年18期

9 王立;馬放;吳潔婷;徐亞男;;基于菌根技術(shù)的“三段式”農(nóng)業(yè)面源污染防治研究展望[J];中國給水排水;2013年06期

10 趙玲玲;夏軍;許崇育;王中根;蘇磊;;水文循環(huán)模擬中蒸散發(fā)估算方法綜述[J];地理學(xué)報;2013年01期

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2 姜曉峰;阿什河流域非點(diǎn)源污染分布特征解析與防控策略[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2016年

3 李峰平;變化環(huán)境下松花江流域水文與水資源響應(yīng)研究[D];中國科學(xué)院研究生院（東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所）;2015年

4 張正;伊通河流域非點(diǎn)源污染的模擬與預(yù)測[D];吉林大學(xué);2014年

5 范麗軍;統(tǒng)計降尺度方法的研究及其對中國未來區(qū)域氣候情景的預(yù)估[D];中國科學(xué)院研究生院（大氣物理研究所）;2006年

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本文編號：2784711