三峽庫區(qū)龍河流域非點源污染模擬研究.pdf

1、水資源短缺一直是全球發(fā)展面臨的巨大挑戰(zhàn)之一，日益增長的人口與日漸稀缺的水資源之間的矛盾限制著人類社會的生存與發(fā)展。我國的水資源存在兩大主要問題:一是水資源短缺，二是水污染嚴重。隨著我國對環(huán)境保護的不斷治理，點源污染排放得到了很好的控制，但是非點源污染造成的水質惡化形勢依然嚴峻。
　　長江三峽水利樞紐工程是目前世界上最大的水利水電工程，三峽大壩建成后改變了流域的自然狀態(tài)，使得水面變寬，流速減慢，水體的自凈能力顯著下降，庫區(qū)的富營養(yǎng)化

2、趨勢明顯加劇。鑒于此，本研究選取三峽庫區(qū)典型流域龍河為研究區(qū)，利用分布式水文模型SWAT對研究區(qū)內的非點源污染進行模擬，找到污染物排放關鍵源區(qū)，探索非點源污染防控最佳管理措施，提高非點源污染治理的效率。主要研究內容和結論如下:
　　(1)雨情分析。掌握研究區(qū)雨情雨勢是流域水文研究的前提，利用線性趨勢分析和滑動平均方法對三峽庫區(qū)內及周邊共27個氣象站點1951-2012近60年的月降水數(shù)據進行了分析。結果表明:近年三峽庫區(qū)年降水量和

3、降水日數(shù)均呈現(xiàn)減少趨勢。降水日數(shù)的減少趨勢大于降水量的減少趨勢，這表明降水日內平均降水量有增加的趨勢，降水日內容易出現(xiàn)短時強降雨，會導致土壤侵蝕和非點源污染的加劇。雨季、旱季降水量均呈現(xiàn)不顯著的減少趨勢。地形是影響降水空間分布的重要因子，山地對水汽具有阻擋抬升作用，容易形成降雨。隨著海拔的升高，降水量也有增加趨勢。三峽庫區(qū)監(jiān)測站點降水量與站點海拔高度之間關系非常密切，海拔每升高100m，降水量相應增加30mm，在分析降水量空間分布時要充

4、分考慮地形的影響。
　　(2)空間數(shù)據對SWAT模型水文模擬精度影響。SWAT模型所需空間數(shù)據主要有數(shù)字高程模型(DEM)、土地利用類型分布、土壤類型分布?？臻g數(shù)據源較多且精度不一，在建模之前通過分析前人研究成果對空間數(shù)據對模型模擬結果的影響進行了綜合分析，可以為模型數(shù)據的選取和提高模型模擬精度提供參考。研究結果表明:對不同對象（流量、泥沙、營養(yǎng)元素等）進行模擬時，空間數(shù)據（DEM、土地利用、土壤）分辨率存在不同的閾值，過高或過低

5、精度的數(shù)據都可能降低模型模擬的精度。流量和硝態(tài)氮(NO3-N)、泥沙和總磷(TP)對空間數(shù)據的質量變化響應較為一致。子流域劃分數(shù)量對流域產流模擬影響較小，而對產沙模擬影響較大。地表徑流模擬上，能夠體現(xiàn)對地表徑流貢獻較大的局地降水事件的分布式的降水數(shù)據要比利用氣象站點獲得的降水數(shù)據模擬得到的結果的精度要高。通過綜合分析最終選取分辨率為30m的DEM，比例尺為1∶100萬的土壤類型圖，分辨率為60m的土地利用類型圖為本研究的空間數(shù)據。

6、>　　(3) SWAT模型構建、校準、驗證以及不確定性來源
　　對流域進行離散共生成30個子流域，通過疊加土地覆蓋、土壤、坡度共生成1884個水文響應單元。通過敏感性分析獲得了對徑流模擬結果影響較為敏感的主要參數(shù)有正常濕潤條件下的徑流曲線數(shù)CN2、土壤蒸發(fā)補償系數(shù)ESCO、地下水延遲系數(shù)GW_DELAY、冠層最大儲水量CANMX、基流分割系數(shù)ALPHA_BF、地下水蒸發(fā)系數(shù)GW_REVAP、土壤飽和水力傳導系數(shù)SOL_K、土壤有效

7、含水量SOL_AWC、河道曼寧系數(shù)CH_N2、土壤容重SOL_ BD、河道飽和水力傳導系數(shù)CH-K2、溢流衰退系數(shù)ALPHA_BNK。對月流量進行校準后，校準期決定系數(shù)R2、納什效率系數(shù)Ens、百分比偏差PBIAS分別為0.79、0.78、5.36，驗證期3項指標的值分別為0.70、0.58、-0.61，達到了模型模擬精度要求。模型不確定性主要來自于模型概念結構不確定性、輸入數(shù)據不確定性、參數(shù)不確定性3個方面。
　　(4)非點源污

8、染關鍵源區(qū)確定
　　利用校準后的SWAT模型在子流域尺度和水文響應單元尺度上確定了非點源污染關鍵源區(qū)。結果表明:在子流域尺度和水文響應單元尺度上地表徑流和總徑流的空間異質性都較小，沒有明顯的關鍵源區(qū)。而泥沙、總氮和總磷的在子流域尺度和水文響應單元尺度上的空間異質性都要比地表徑流和總徑流的空間異質性大，較小的累積面積上的泥沙、總氮和總磷的輸出占到了整個流域上相應輸出的很大比例，能夠較準確的找出對應的關鍵污染源區(qū)。水文響應單元尺度上的

9、泥沙、總氮、總磷輸出的空間異質性遠遠高于子流域尺度上相應輸出的空間異質性，存在明顯的關鍵源區(qū)，所以在水文響應單元尺度上確定的關鍵污染源區(qū)更具代表性，對污染物輸出進行防治時更有針對性，能夠大大降低污染物治理的投入。對水文響應單元尺度上的關鍵污染源區(qū)進行實際防治操作時也會存在問題，一是水文響應單元過于分散且面積較小不適合進行規(guī)?；乐?，二是水文響應單元實地位置的確定存在一定難度。為了提高污染物排放防控水平，關鍵污染源區(qū)確定時要綜合考慮各指標

10、，將各污染物類型排放都較高的區(qū)域作為防治的關鍵污染源區(qū)。
　　(5)退耕還林非點源污染減排模擬評價
　　最佳管理措施主要分為結構性措施和非結構性措施，退耕還林作為非結構性措施，了解其對非點源污染防控效果可以為退耕還林政策的實施提供參考。保持校準后的模型設置和參數(shù)不變，通過將土地利用類型圖中的農地修改為林地，模擬了退耕還林對流域非點源污染減排的效果。研究表明:在實施退耕還林后流域出口處總經流量沒有減小，還有微小的增加，這可能是