随着工业点源污染控制水平的提高,非点源污染已成为当今水环境污染的主要污染源,而人类的土地利用是非点源污染的主要影响动因。不同的土地利用活动和管理模式会导致土壤侵蚀和营养物随地表径流流失,从而形成对流域的大面积非点源污染。陕西黑河引水工程是西安市的主要供水水源,其水质与水量直接关系到西安市300万市民的身体健康与西安市社会经济的可持续发展。其水源区处于秦岭北麓深山区,区内山高坡陡,土壤脊薄,世代栖居的农民只能靠“广种薄收”来维持生计,因而由耕作活动所产生的非点源污染是水源区的主要污染源。因此,进行黑河水源区不同土地利用格局下的非点源污染研究,提出控制流域非点源污染的土地利用优化管理模式及措施,对保护黑河水源具有现实意义。本研究旨在通过GIS与环境模型(SWAT2000)结合的技术手段和景观生态学的研究方法,探讨流域土地利用与非点源污染的关系,通过建立流域环境经济协调的最优化模型来探讨流域最佳土地利用开发和管理模式,进而从根本上提出了解决流域非点源污染的控制对策。取得了以下成果:1.建立流域非点源污染研究的基础数据库。采用美国ESRI公司提供的ARCGIS软件以及ArcView扩展模块为平台,建立流域数字高程模型(DEM);通过遥感解译软件ERDAS8.5解译遥感图像获得两期(2000年和1976年)土地利用类型图;对黑河流域1:2000的土壤类型图数字化并进行校准获得研究区域的土壤类型图。从而为非点源污染的研究提供了基础数据库。2.通过对SWAT2000模型的率定、模拟与验证,分析和评价了SWAT2000模型在黑河流域的适用性和可靠性。从本研究率定与模拟结果来看,水文部分的模拟误差基本在15%以内,泥沙部分的误差大部分在20%以内,各主要非点源污染物的误差在25%以内,满足模型率定要求。这样的结果表明:率定后的模型具有一定的精确度,可用于研究区非点源污染过程的模拟研究。3.运用径流差值法来估算流域非点源污染负荷。根据非点源污染的产生受降雨径流过程的影响,其负荷与降雨径流具有密切的相关性的特点,建立了非点源污染负荷的估算方法——径流差值法。应用该方法来估算流域非点源污染负荷,为解决实测资料短缺的条件下流域水质估算提供了一种计算方法。4.通过不同土地利用情景非点源污染负荷的定量化研究,分析了土地利用对非点源污染的影响。在SWAT2000模型参数率定结果的基础上,从土地利用恶化与改善两个角度考虑,将土地利用设置为5种情景,运用该模型对这5种情景下的非点源污染负荷进行了模拟,并对模拟结果进行了对比分析,其结果表明:(1)林地可有效削减非点源污染负荷;(2)流域现状土地利用下总氮、总磷的负荷量分别为173.334t和38.653t,流域水环境存在着潜在的威胁,未来水环境的保护关键在于土地的合理利用及有效管理;(3)当黑河流域土地利用恶化为红草河流域时,流域水质会遭到极大地恶化,反之,随着水源涵养林保护工程的实施,林地面积逐渐增加,流域环境也会逐渐得到改善;(4)理论联系实际,为了有效改善流域水环境,控制非点源污染,未来土地利用将要达到的土地利用最佳状况为,响应国家水源保护政策,流域人口逐渐搬离,15o以上的坡地全部还林,在满足源头水水质标准情况下,允许15o以下坡度中有少量适宜农耕的耕地,无未利用地,且植被覆盖较好。在该土地利用情景下,林地的非点源污染氮的单位负荷为0.67kg/ (hm2·a),磷的单位负荷为0.11kg/ (hm2·a);耕地的非点源污染氮的单位负荷为8.85kg/ (hm2·a),磷为4.2kg/ (hm2·a)。5.黑河流域土地利用变化趋势与非点源污染的研究。用模型模拟与景观生态学方法结合,探讨了1976～2000年来土地利用变化对非点源污染的影响,得出如下结论: 1976～2000年这25年,土地利用的演化趋势向更合理、更有利于水环境保护的方向发展,林地面积逐渐增加,耕地和未利用地逐渐减少,且土地的合理化利用程度得到了极大地提高,但土地利用在不同坡度等级上的分布比例没有明显的变化,居民及工矿用地逐渐扩大,水环境仍存在着潜在的危险;为了保护水源区,未来应实施人口搬离政策,并继续加大植树造林的力度和水源保护政策实施力度,限制开采业和人为扰动,政府应继续发挥主导作用,引导居民更合理地利用土地,特别是更合理地利用15o以上的坡地。6.建立流域土地利用环境经济协调最优化模型。在土地利用情景模拟的基础上,考虑当地的经济产出与水环境保护,建立了流域土地利用环境经济协调最优化模型,其求解结果表明:未来土地利用达到的最佳利用状况为15o以上的坡地全部还林,在满足饮用水源水质标准的情况下,允许15o以下坡地中有4.24 km2适宜农耕的耕地,无未利用地,且植被覆盖较好。7.针对未来流域土地利用与管理,提出了非点源污染控制的措施。针对流域非点源污染负荷与流域人类活动密切相关的特点,从流域土地合理利用与管理方面,提出了非点源污染控制与治理的措施。