發(fā)布時間：2018-03-04 18:02

  本文選題：非點源污染　切入點：基流分割　出處：《浙江大學》2017年博士論文　論文類型：學位論文

【摘要】：非點源污染已被公認為地表水體的首要污染源。然而,非點源污染并非僅局限于地表水體。受污染的地下水以基流形式對地表水的反補,同樣可能成為地表水體一個潛在的、隱蔽的和重要的非點源污染源。鑒于目前無法對大尺度流域的基流進行長時間序列的直接測定,使得如何更加可靠和準確地定量分割河川徑流中的基流及其污染物負荷,成為當前水文學和水環(huán)境研究中亟待解決的一個難點。本研究改進了現(xiàn)有的非線性水庫-出流算法(Nonlinear Reservoir Algorithm, NRA),探索了氣象因子與基流負荷消退之間的關系,利用基流負荷消退系數(shù),創(chuàng)建了基流非點源污染負荷量的定量分割模型—遞歸溯源算法(Recursive Tracing Source Algorithm,RTSA),進而對長樂江流域基流與地表徑流的非點源污染進行定量分析和評價。在此基礎上,結合統(tǒng)計降尺度模型(Statistical Down Scaling Model,SDSM)和流域水文過程機理模型(Soil and Water Assessment Tool, SWAT),對未來氣候變化條件下,長樂江流域基流非點源污染的動態(tài)變化進行了模擬和預測,為今后非點源污染治理提供參考,主要結果如下:(1)對比已有的基于線性水庫出流假設的遞歸濾波(Eckhardt's recursive digital filter和Kalinin)模型,本研究提出的耦合氣象因子的非線性水庫出流算法(Meteorology Corrected Nonlinear Reservoir Algorithm, MNRA)對各類降雨事件具有更高的敏感性,同時能夠更好地逼近實際的基流消退過程[Nash-Sutcliffe efficiency (NE= 0.98],有效減少基流分割定量過程中因不同退水條件(如氣候)下不同退水過程之間顯著變異性所引起的不確定性。根據(jù)MNRA的分割結果,2003-2012年長樂江流域年基流量(188-619 mm)占年總徑流量(284-944 mm)的比例高達 57.5-74.1% (avg.= 65.1%)。(2)本研究在提出基流負荷消退系數(shù)(τ,表征基流負荷量的消退)的基礎上,結合非線性水庫出流算法構建得到了基流負荷量分割算法—遞歸溯源算法(Recursive Tracing Source Algorithm, RTSA),實現(xiàn)了基流非點源污染負荷量的直接分割與定量。結果顯示,綜合考慮了氣象因子對基流流量及負荷量消退(包括污染物濃度的變化)過程影響的RTSA模型能夠較LOADEST模型更加準確地定量長樂江流域基流中TN、NO3-N、TP以及DP的污染負荷(NSE0.7,R20.7),更好地表征基流負荷的消退過程,有效避免因不同基流負荷消退過程中流量-負荷量/濃度關系顯著差異所引起的明顯高估或者低估,可作為多雨地區(qū)基流非點源污染負荷定量的一個有效手段。(3)2003-2012年,長樂江流域各年徑流/基流中TN、NO3-N、TP與DP負荷量與降雨量、年徑流量呈現(xiàn)成出顯著的正相關關系,枯水年與豐水年負荷量之間差異明顯,年際變化十分顯著:2003-2012年,長樂江流域多年平均總徑流TN、N03-N、TP 與 DP 的負荷量分別為 24.67 kg/ha、18.31 kg/ha、1.05 kg/ha 和 0.60 kg/ha;基于RTSA的基流負荷定量結果表明,基流是長樂江流域非點源污染負荷輸出的一個主要途徑。2003-2012年,長樂江流域以基流形式輸出的年均TN、N03-N、TP 與 DP 負荷量分別為 14.18 kg/ha、11.41 kg/ha、0.56 kg/ha 和 0.38 kg/ha,占總徑流中相應污染物負荷量的比例分別高達57.48%、62.33%、53.55%和64.29%。然而,從基流濃度指數(shù)(BCI)來看(普遍低于1.0),目前長樂江流域基流對于總徑流中以上幾種污染物主要以稀釋作用為主。(4) HadCM3海氣耦合模式A2(描述了 一個很不均衡的世界,人口快速增長、經(jīng)濟發(fā)展緩慢、技術進步緩慢)、B2( 一個人口和經(jīng)濟增長速度處于中等水平的世界,強調(diào)經(jīng)濟、社會和環(huán)境可持續(xù)發(fā)展的局地解決方案)氣候變化情景下,盡管年降雨量沒有顯著趨勢變化;但由于降雨模式的改變,使得長樂江流域徑流組成發(fā)生了一定的改變,具體表現(xiàn)為基流所占比重下降。A2、B2氣候變化情景下,研究區(qū)總徑流/基流中的TN、N03-N、TP與DP負荷及其濃度均表現(xiàn)出一定的上升趨勢,但基流對以上幾種污染物負荷量的貢獻率較基準期有所下降�；髂昃鵗N、NO3-N、TP與DP負荷量貢獻率在A2情景下分別為50.36% (14.93 kg/ha)、55.01% (12.70 kg/ha)、37.63% (0.58 kg/ha)和 44.58% (0.42 kg/ha); B2 情景下則分別為 53.62% (15.29 kg/ha)、59.78% (13.31 kg/ha)、43.65% (0.64 kg/ha)和 47.05%(0.44 kg/ha)。(5)未來氣候的持續(xù)變化將增強長樂江流域基流對總徑流中TN和N03-N的富集效應;由于基流中TP和DP濃度的增加速率明顯低于地表徑流中TP和DP濃度的增加速率,使得長樂江流域未來氣候變化條件下基流對總徑流中TP和DP以稀釋為主,但隨著基流中TP和DP濃度的不斷增加,由其帶來的水體富營養(yǎng)化污染風險卻與日俱增。換言之,如果不采取相應的治理/管理措施,基流非點源污染將持續(xù)成為長樂江流域地表水富營養(yǎng)化不可忽視的風險。
[Abstract]:......
【學位授予單位】：浙江大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：X71;X52
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本文編號：1566709