基于swat模型的非点源污染模拟研究及应用

河海大学硕士学位论文基于SWAT模型的非点源污染模拟研究及应用姓名：刘薇申请学位级别：硕士专业：水文学及水资源指导教师：董增川20080601基于SWAT模型的非点源污染模拟研究及应用作者：刘薇学位授予单位：河海大学相似文献(10条)1.学位论文荣琨基于SWAT模型的晋江西溪流域非点源污染模拟2009非点源污染(Non-pointSourceofPollution)，是指由于降雨产流过程中的冲刷或侵蚀或者灌溉等，使得大面积上的污染物进入水体造成的污染。目前非点源污染已成为我国湖泊富营养化与水环境恶化的重要原因，控制非点源污染对水环境综合治理及农业可持续发展有重要的理论和现实意义。晋江西溪流域主要位于东南沿海经济社会比较发达的泉州市，西溪流域是福建省内水土流失最严重的区域，随着近年来工业污水等点源污染得到有效控制，非点源污染的影响日益显著，大量农业化肥、土壤氮磷营养物、有毒有害物质随降雨径流进入河道，污染了西溪水质，严重影响西溪水体功能，与流域社会经济迅速发展的现状极不协调，迫切需要进行西溪流域的非点源污染研究。但目前从流域非点源污染角度研究晋江西溪流域尚未见报道，因此本文在前人应用SWAT模型进行产流产沙模拟的基础上，继续对晋江西溪流域1973～1979年的非点源污染进行研究。SWAT模型是美国农业部(USDA)农业研究所(ARS)开发的具有很强物理机制的、长时段、适用于较大流域的分布式非点源污染模型。目前SWAT模型已在国内外许多地方成功的进行了非点源污染模拟，其有效性得到了广泛证明。但有关SWAT模型的非点源污染研究，从研究区分布范围看主要位于半干旱、半湿润的内陆地区，较缺乏降水量丰富的东南沿海湿润区流域的成果报道；研究内容多涉及流域植被覆被现状下的非点源污染模拟，应用SWAT模型对植被恢复的非点源污染响应研究较少，尚未见到不同坡度下植被恢复的非点源污染响应研究。福建省内基于SWAT模型的非点源污染研究仍较为鲜见。本文运用GIS软件建立了由DEM、土地利用、土壤、降雨等数字化资料构成的SWAT模型数据库；通过ArcView3.2的空间分析功能将流域划分为21个亚流域与309个水文响应单元；利用1973～1979年氨氮与矿物磷各年的输出总量实测资料对氨氮与矿物磷的模拟结果进行率定；根据模拟结果，研究了1973～1979年非点源污染各年的污染负荷、研究期7年平均的年内各月非点源污染变化、流域不同土地利用的非点源污染、非点源污染在研究区21个亚流域的空间分布、流域内各支流水系的非点源污染；初步探讨了流域水系分维与非点源污染的关系；模拟了西溪流域不同坡度下植被恢复的非点源污染响应；结合2001年的土地利用图研究了从20世纪70年代到2001年由于土地利用变化造成的流域非点源污染变化。参数率定过程中，率定了磷的有效性指数(PSP)、磷的土壤分离系数(PHOSKD)、氨氮的生物氧化速度常数(BC1)、亚硝氮的生物氧化速度常数(BC2)、土壤可利用水(SOL_AWC)、土壤蒸发补偿系数(ESCO)等参数。经率定，径流模拟的率定期(1972～1975年)月模拟效率系数(Ens)为0.91，相关系数(R2)为0，92；径流模拟的验证期(1976～1979年)月模拟Ens为0.85，R2为0.90。产沙模拟中以1972年为预热期，1973～1979年的产沙月模拟Ens为0.63，R2为0，65，7年平均相对误差(RE)为-14.1％。非点源污染模拟中以1972年为预热期，1973～1979年的氨氮年模拟Ens为0.69，R2为0.95，7年平均RE为-18.6％；同期矿物磷年模拟Ens为0.79，R2为0.85，7年平均RE为-1.5％。表明SWAT模型能较好的用于东南沿海晋江西溪流域的非点源污染模拟，产流、产沙及非点源污染模拟精度均较高，可应用于晋江西溪流域非点源污染模拟计算分析。经过计算分析，得出了以下主要结论：(1)1973～1979年，由于西溪流域各年降雨量差别不大等原因，各年非点源污染物输出量较为均衡，年总氮输出量最大值约为最小值的1.68倍，年总磷输出量最大值约为最小值的1.67倍；流域非点源污染负荷与降雨量有较强的相关性，流域月降雨量与月非点源总氮、总磷负荷的相关系数(R2)分别为0.89和0.91，年内各月非点源污染负荷分布不平衡，汛期(4～9月)6个月的总氮、总磷负荷分别占全年的76.2％和75.8％，年内总氮、总磷负荷随季节呈不规则的“M”形态变化。(2)1973～1979年，西溪流域非点源污染负荷与土地利用方式有密切关系，园地、旱地、水田的单位面积非点源污染负荷分列前三位，三者的单位面积非点源污染负荷远大于其它土地利用方式，水田与旱地两者相加产生了研究区非点源总氮、总磷污染总量的66％、83％。(3)1973～1979年，西溪流域非点源污染的空间分布不平衡，其中安溪县的官桥、龙门、长坑、上卿、城厢、蓬莱、虎邱和永春县的达埔等乡镇由于农田面积较多等原因非点源污染较为严重；西溪的各支流中，蓝溪流域由于农田面积较大、崩岗造成的重力侵蚀严重等原因非点源污染更严重。(4)西溪流域各水系区的水系分维值越大，农田面积比例越大，土壤侵蚀程度越大，因而非点源污染负荷越大。(5)SWAT模型能较好的模拟预测东南沿海植被恢复后流域产流、产沙、非点源污染的变化；植被恢复对产沙与非点源污染的影响远大于产流，植被恢复对非点源污染的影响主要是通过产沙的变化实现的；研究区内年均产流量、产沙量、非点源污染量均为林地草地耕地，即还林比还草更有利于研究区内的水土保持与减少非点源污染；将坡度大于15°的耕地还林后，流域年均产流、产沙、非点源总氮、非点源总磷污染可分别降低约0.632％、38.7％、34.9％、44.2％。(6)由于耕地减少、园地猛增等原因，晋江西溪流域各用地类型的非点源污染所占比例发生变化，由20世纪70年代的以耕地产污为主(66％总氮、83％总磷)，变化为2001年的以园地产污为主(60％总氮、69％总磷)，目前西溪流域园地的非点源污染较严重，是今后重点治理的用地类型；晋江西溪流域由于土地利用变化所造成的非点源污染从20世纪70年代到2001年呈上升趋势，由于园地面积猛增等原因，非点源污染由20世纪70年代的年均1530tN(6.3kgN/ha)与266tP(1.1kgP/ha)上升到2001年的2641tN(10.8kgN/ha)与542tP(2.2kgP/ha)，非点源总氮、总磷污染分别增长了72％、104％；从20世纪70年代到2001年，由于土地利用变化造成的单位面积非点源污染空间分布有一定的变化，单位面积非点源污染最严重的区域越来越集中于流域中部地区；由于园地和耕地在各水系区中的总量分布更加均衡，非点源污染总量在各水系区中的分布由20世纪70年代的蓝溪区污染总量最多，变化为2001年的除坑仔区仍较小外，在其它4个区中的分布较为均衡。2.会议论文荣琨.陈兴伟.林文娇晋江西溪流域非点源污染的SWAT模型模拟2008运用SWAT模型对晋江西溪流域的非点源污染进行了研究.在产流、产沙模拟的基础上,利用1973-1979年晋江西溪安溪站的氨氮、矿物磷实测值对模型进行校准,氨氮、矿物磷模拟的效率系数分别为0.69和0.79.模拟结果表明,1973-1979年西溪流域年均坡面非点源总氮流失量约为1530t,或6.3kg/hm2;总磷流失量约为270t,或1.1kg/hm2;耕作农田是非点源污染的重要来源;非点源污染在西溪各子流域中的空间分布不平衡,蓝溪子流域部分的污染更严重.3.期刊论文荣琨.陈兴伟.林文娇.RONGKun.CHENXing-wei.LINWen-jiao晋江西溪流域非点源污染的SWAT模型模拟-亚热带资源与环境学报2008,3(4)运用SWAT模型对晋江西溪流域的非点源污染进行了研究.在产流、产沙模拟的基础上,利用1973-1979年晋江西溪安溪站的氨氮、矿物磷实测值对模型进行校准,氨氮、矿物磷模拟的效率系数分别为069和079.模拟结果表明,1973-1979年西溪流域年均坡面非点源总氮流失量约为1530t或63kg/hm2;总磷流失量约为270t或11kg/hm2;耕作农田是非点源污染的重要来源;非点源污染在西溪各子流域中的空间分布不平衡,蓝溪子流域部分污染较严重.4.学位论文尹刚基于SWAT2000的图们江流域氮磷营养物非点源污染研究2009水环境污染可分为点源污染和非点源污染。非点源污染在点源污染得到有效控制之后，其危害日益显露出来。非点源污染具有分布时空范围广泛、空间差异大、不确定性强、信息获取难度大、组成成分和迁移过程复杂多变等特点，并且其所产生的危害较大，研究、控制与管理都比较困难，已经引起了普遍关注。本论文利用美国农业部（USDA）农业研究中心（ARS）研究开发的分布式水文模型SWAT组件系统进行吉林省延边州图们江流域的氮磷非点源污染研究，探讨与评价了SWAT模型在图们江流域的适用性，同时还初步建立了图们江流域非点源污染方面的数据库。本论文以氮磷营养物的非点源污染模拟为主要目标，主要内容包括：1、运用SWAT模型对图们江流域进行氮磷营养物的非点源污染模拟，研究氮磷等非点源污染物在图们江流域的时空分布。2、研究SWAT模型应用于图们江流域非点源污染模拟的适用性。SWAT模型具有功能强大、运算高效等特点，同时基于物理过程的模拟演算，对于探讨非点源污染物的迁移和分布有很大的帮助。通过对SWAT模型敏感参数的调整，提高对图们江流域非点源污染模拟的精度。3、查明图们江流域非点源污染的氮磷营养物贡献和污染关键区，为进一步研究提供相关依据。本论文在进行图们江流域非点源污染研究中，按照相关水系水文特征，将图们江流域划分为五个区域，通过对氮磷营养物的模拟，得到了以下结论：1、应用SWAT模型进行图们江流域氮磷非点源污染研究是可行的。通过对SWAT模型在图们江流域非点源污染研究中适用性的研究，证实该模型可以应用在图们江流域的非点源污染模拟上，且模拟精度在可以接受的范围内。2、初步建立了图们江流域非点源污染数据库，通过利用相关气象水文数据和非点源污染数据建立图们江流域非点源污染数据库，为以后的继续深入研究创造了一定条件。3、图们江流域的氮磷营养物非点源污染关键区主要位于海兰河、布尔哈通河和嘎呀河交汇区域附近，推测这是由于人类经济社会开发强烈，造成水土流失严重、土地裸露，因而形成氮磷营养物非点源污染的关键区域。5.会议论文任秀文.李开明.姜博士基于SWAT模型的流域非点源污染研究——以增江流域为例2008本文利用SWAT(SoilandWaterAssessmentTools)模型，在GIS技术和流域数字高程模型的支持下，建立了研究区非点源污染基础信息库，分析了流域非点源污染负荷的空间和时间分布特征，计算了流域内主要的土地利用类型的单位面积非点源污染负荷量，其中水田对于非点源污染负荷产出的贡献大。设计不同的情景，模拟了不同施肥量和畜禽养殖规模对非点源污染物的产出影响，与2000年模拟的基准情景进行的对比，得出减少化肥施用水平对溶解态氮磷负荷削减比例较大，而畜禽养殖规模的变化对吸附态氮及氨氮负荷的影响较大。6.学位论文戴枫勇SWAT模型在环太湖丘陵地区非点源污染研究中的应用2007农业非点源污染己经成为我国水环境恶化和湖泊富营养化的重要诱因，因此，控制农业非点源污染、保护生态环境对实现我国农业、资源和环境协调发展有重要的理论和现实意义。本文选择太湖流域中的典型丘陵地带——宜兴梅林小流域进行野外原位试验，通过野外观测与室内分析相结合的方法，研究小流域各营养物在降雨一径流下的迁移特征，建立稻季营养盐日迁移通量与日径流通量的回归方程，揭示了营养物在暴雨条件下随径流的流失过程。研究中采用美国农业部农业研究局(ARS)开发的SWAT模型对梅林小流域进行非点源污染模拟计算。模型需要收集和整理地形、气象、土壤属性、土地利用状况和管理措施等大量的数据，通过AVSWAT由流域DEM生成河网、划分子流域，并计算子流域和河道的地形参数，通