论文部分内容阅读
非点源污染(Non-point Source Pollution,NPS)作为水安全问题的关键来源和全球经济发展的巨大障碍,已成为全球性经济建设、环境治理工作者面前一道亟待解决的难题。岷江上游作为川西典型的干旱河谷地区,经济贫困、文化多元,生态环境脆弱敏感。由于地震、滑坡、泥石流等多发、频发,加之水电建设、城乡污染等人类活动致使水文变化剧烈、径流减少、生态功能日益退化。岷江上游是成都平原的重要生态屏障和水源生命线,NPS引起的水安全问题不仅严重影响上游居民的生存、生产、生活、生态,也会间接对中下游地区的经济发展、人类生活带来影响。水土资源生态环境的科学开发与治理十分必要。本文收集了数字高程模型(Digital Elevation Model,DEM)、土地利用、土壤数据、气象、水文、水质等数据,通过对DEM的处理、土地利用数据的重分类、基于SPAW软件进行了土壤属性参数计算和水文分组、相关气象数据的计算,构建了岷江上游的SWAT(Soil and Water Assessment Tool,SWAT)数据库;在子流域和水文响应单元划分、加载气象数据、创建模型输入文件、运行模型等的基础上,应用SWAT-CUP软件对模型进行了率定与验证、参数敏感性分析、模型适用性分析等,建立了区域SWAT模型,从时间、空间、来源、形态4种维度分析地区NPS负荷特征,找到关键源区、主要影响因素以及重要来源;基于气候变化和土地利用情景设置,分析NPS负荷的演变特征及变化规律,提出最佳管理措施;基于地理信息系统(Geographic Information System,GIS)网格技术进行NPS危害性风险评价。成果如下:(1)构建了岷江上游SWAT数据库,通过空间数据库和属性数据库离散化处理,模型率定与验证,全局敏感性分析,验证了SWAT模型在本区的适应性。地区共划分为31个子地区,1369个水文响应单元(Hydrologic Research Units,HRUs);径流、泥沙以及水质的相关性系数(R~2)均大于0.6,纳什系数(Nash-Sutcliffe efficiency coefficient,NSE)均大于0.5;整体率定效果:径流>泥沙>水质。(2)利用率定后的模型模拟1981-2014年34年NPS负荷的产量、变化、空间分布以及来源。结果表明:全区多年年均降雨量为660.05mm,多年泥沙负荷量为4724.23万t,多年总氮(TN)、总磷(TP)负荷量分别为11212.52 t、2188.89t;NPS负荷控制的关键时期为丰水期,控制的关键源区为松潘县、黑水县;土壤养分流失是TN、TP污染负荷的主要来源;不同形态氮磷污染负荷量的贡献率为:氨氮>有机氮>硝态氮>亚硝态氮;有机磷>无机磷。(3)基于GIS网格技术,通过栅格转换、图层赋值、权重确定,加权叠加,找到NPS的危害性风险区。结果表明:NPS危害性风险较严重的区域主要分布在西部,整体面积占比为10.48%,覆盖黑水、松潘、汶川等县域,这些区域应加强对生态系统的保护,提高生态系统的稳定性。(4)选取1980、2010年的土地利用数据和1981-1997、1998-2014的气象数据,基于情景设置和变量控制探究气候变化和土地利用对地区NPS负荷的影响。结果表明:林地减少,草地和耕地增多时,NPS负荷增加;降雨量减少,平均气温增加时,NPS负荷减少;气候变化带来的NPS负荷减少量大于土地利用带来的增加量。(5)结合情景分析和成本效益评估提出地区最佳管理措施(Best Management Practices,BMPs)。结果表明:构建缓冲带是岷江上游地区最佳管理措施,适合大范围推广;退耕还林还草对污染负荷的消减量虽最大,但成本较高,适合小范围推广。