【摘要】：非點源污染,特別是人類農(nóng)業(yè)活動造成的農(nóng)業(yè)非點源污染,已經(jīng)成為水環(huán)境質(zhì)量惡化的主要因素。國內(nèi)外眾多的研究均表明非點源污染的控制已經(jīng)處在了迫在眉睫的階段,采取非點源污染控制與治理措施可極大的改善流域水環(huán)境,修復流域生態(tài)環(huán)境。最佳管理措施(Best Management Practices,BMPs)是避免流域水環(huán)境受到農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動所造成的污染的一系列措施,它分為工程措施與非工程措施,最佳管理措施的評估對流域水環(huán)境治理具有指導意義。本研究以北京市媯水河流域為例,利用SWAT模型評估工具,對媯水河流域非點源污染特征進行了分析,并且根據(jù)污染物的流失強度對關(guān)鍵源區(qū)進行了識別。通過設(shè)置不同情景措施,利用SWAT模型對單情景措施削減效率與組合情景措施削減效率分別進行了評估,并分析了各個情景的削減效果,為媯水河流域非點源污染負荷識別與調(diào)控提供定量化依據(jù)。主要研究結(jié)論如下:(1)通過現(xiàn)場調(diào)研與資料收集,構(gòu)建了空間數(shù)據(jù)庫與屬性數(shù)據(jù)庫,其中,空間數(shù)據(jù)庫包括數(shù)字高程圖、土地利用圖與土壤類型圖;屬性數(shù)據(jù)庫包括氣象數(shù)據(jù)庫、土壤屬性數(shù)據(jù)庫與污染源數(shù)據(jù)庫�；谘芯繀^(qū)DEM劃分子流域,并利用模型中Burn In功能對水系進行修正,最終得到25個子流域,275個水文響應單元。使用SWAT-CUP軟件對模型參數(shù)進行敏感性分析,在月尺度下分別對2015~2017年徑流量、2015~2016年TN和TP進行了率定與驗證,率定驗證結(jié)果均滿足E_(NS)≥0.50,R~2≥0.60,表明模型適用性較好。(2)通過分析模型結(jié)果可以看出,研究區(qū)TN、TP的負荷量變化具有明顯的時空變異特點。在時間上,雨季的負荷量明顯高于每年的枯水時期,并且與降雨量呈正相關(guān)關(guān)系;在空間上,不同子流域的氮磷流失強度差異極為明顯,TN流失強度主體分布趨勢為流域南部整體大于流域北部,TP流失強度主體分布趨勢為從上游到下游逐漸增大。氮磷流失強度在空間分布上存在一定差異,并且與降雨量的分布也存在較大差異,說明降雨量只是影響氮磷流失強度的一個因素,土地利用類型、土壤屬性等因素也影響著氮磷流失強度。在TN、TP流失污染貢獻負荷上,林地位居首位,分別占流域TN、TP流失污染總貢獻負荷的49.44%、46.23%;其次為耕地,占比分別為30.1%、29.53%。在TN、TP流失負荷強度上,由大到小依次排序為居民區(qū)用地(0.39kg/ha、0.18kg/ha)、耕地(0.35kg/ha、0.12kg/ha)、草地(0.34kg/ha、0.11kg/ha)和林地(0.24kg/ha、0.07kg/ha)。(3)使用流失強度指數(shù)法對研究區(qū)非點源污染關(guān)鍵源區(qū)進行識別,根據(jù)自然裂點分級法將氮磷流失強度分為五個等級,分別為高、較高、中、較低、低這五個等級,最終得出非點源污染的關(guān)鍵源區(qū)為6、11、17、19、22、23號子流域,這6個子流域面積占到整個研究區(qū)的24.6%,TN負荷量占到整個研究區(qū)的54.3%,TP負荷量占56.2%,氮磷污染負荷都占到了整個研究區(qū)污染負荷的半數(shù)以上。(4)研究設(shè)置了8種情景方案,其中包括工程措施與非工程措施,通過將各情景措施轉(zhuǎn)化為SWAT非點源污染模型的參數(shù)和變量,對各情景削減效率進行評估,工程措施中,情景2(植草水道)、情景3、4(植被緩沖區(qū))削減效率最好,對TN的平均削減效率分別為34.3%、59.5%、71.4%,對TP的平均削減效率分別為31.0%、60.7%、76.7%;非工程措施中,情景5、6化肥削減措施與情景7免耕措施氮磷削減效率均低于10%,情景8殘茬覆蓋耕作對TP的削減效率較好,為12.9%。采取各情景方案后研究區(qū)氮磷流失強度的空間分布也隨之改變。對情景2+情景6+情景8的組合措施方案削減效率進行評估,對TN的平均削減效率為38.5%,對TP的平均削減效率為50.1%。除11、23號子流域外,其余關(guān)鍵源區(qū)內(nèi)子流域氮磷流失強度均有所改善。在選取最佳管理措施時,要結(jié)合當?shù)貐^(qū)域的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動與水質(zhì)管理目標。
【圖文】：

圖 1-1 SWAT 模型水文循環(huán)過程土壤侵蝕侵蝕和泥沙產(chǎn)量以 hru 為單位利用 MUSLE 方程進行計算，，其方程如式所示：0.5611.8( ) CFRGsurf peak hru usle usle usle usle Q q area K C P LS (1.6式中，sed 為土壤侵蝕量，單位 t；surfQ 為地表徑流量，單位 mm/ha；peakq 為峰值流單位 m3/s；hruarea 為 hru 面積；單位 ha；usleK 為土壤侵蝕因子；usleC 為植被覆蓋和因子；usleP 為保持措施因子；usleLS 為地形因子；CFRG 為粗糙碎屑因子。氮、磷循環(huán)1°氮循環(huán)①殘留物降解為活性有機氮 , ,0.2ly ntr ly frsh ly orgN(1.7)式中，Ndec,ly為殘留物氮的降解，單位 kg/ha，ntr ,ly 為殘留物降解系數(shù)，orgNfrsh,ly為 層土層中的殘留物有機氮含量，單位 kg/ha。

圖 1-2 SWAT 模型中氮循環(huán)過程2°磷循環(huán)①腐殖質(zhì)活性態(tài)有機磷的礦化1/2, , , ,1.4 ( )mina ly min tmp ly sw ly act lyP orgP(1.13)式中，Pmina,ly為腐殖質(zhì)活性態(tài)有機氮的氮礦化，單位 kg/ha；βmin為腐殖質(zhì)活性態(tài)有機磷礦化系數(shù)；tmp ,ly 為第 ly 層土層中的營養(yǎng)物循環(huán)溫度因子；orgPact,ly為活性態(tài)有機磷濃度，單位 mg/kg。②殘留物降解為活性有機磷, , ,0.2dec ly ntr ly frsh lyP orgP(1.14)式中，Pdec,ly為殘留物磷的降解，單位 kg/ha，ntr ,ly 為殘留物降解系數(shù)，orgPfrsh,ly為第 ly 層土層中的殘留物有機磷含量，單位 kg/ha。③殘留物有機磷的礦化, , ,0.8minf ly ntr ly frsh lyP orgP(1.15)
【學位授予單位】：濟南大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：X52

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本文編號：2661086