基于土地利用-覆被變化的陜西黑河流域非點(diǎn)源污染研究.pdf

1、隨著工業(yè)點(diǎn)源污染控制水平的提高,非點(diǎn)源污染已成為當(dāng)今水環(huán)境污染的主要污染源,而人類的土地利用是非點(diǎn)源污染的主要影響動(dòng)因.不同的土地利用活動(dòng)和管理模式會導(dǎo)致土壤侵蝕和營養(yǎng)物隨地表徑流流失,從而形成對流域的大面積非點(diǎn)源污染. 陜西黑河引水工程是西安市的主要供水水源,其水質(zhì)與水量直接關(guān)系到西安市300萬市民的身體健康與西安市社會經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展.其水源區(qū)處于秦嶺北麓深山區(qū),區(qū)內(nèi)山高坡陡,土壤脊薄,世代棲居的農(nóng)民只能靠"廣種薄收"來維持

2、生計(jì),因而由耕作活動(dòng)所產(chǎn)生的非點(diǎn)源污染是水源區(qū)的主要污染源.因此,進(jìn)行黑河水源區(qū)不同土地利用格局下的非點(diǎn)源污染研究,提出控制流域非點(diǎn)源污染的土地利用優(yōu)化管理模式及措施,對保護(hù)黑河水源具有現(xiàn)實(shí)意義. 本研究旨在通過GIS與環(huán)境模型(sWAT2000)結(jié)合的技術(shù)手段和景觀生態(tài)學(xué)的研究方法,探討流域土地利用與非點(diǎn)源污染的關(guān)系,通過建立流域環(huán)境經(jīng)濟(jì)協(xié)調(diào)的最優(yōu)化模型來探討流域最佳土地利用開發(fā)和管理模式,進(jìn)而從根本上提出了解決流域非點(diǎn)源污染

3、的控制對策.取得了以下成果: 1.建立流域非點(diǎn)源污染研究的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫.采用美國ESRI公司提供的ARCGIS軟件以及ArcView擴(kuò)展模塊為平臺,建立流域數(shù)字高程模型(DEM)；通過遙感解譯軟件ERDAS8.5解譯遙感圖像獲得兩期(2000年和1976年)土地利用類型圖；對黑河流域1∶2000的土壤類型圖數(shù)字化并進(jìn)行校準(zhǔn)獲得研究區(qū)域的土壤類型圖.從而為非點(diǎn)源污染的研究提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫. 2.通過對SWAT2000模型的率

4、定、模擬與驗(yàn)證,分析和評價(jià)了SWAT2000模型在黑河流域的適用性和可靠性.從本研究率定與模擬結(jié)果來看,水文部分的模擬誤差基本在15﹪以內(nèi),泥沙部分的誤差大部分在20﹪以內(nèi),各主要非點(diǎn)源污染物的誤差在25﹪以內(nèi),滿足模型率定要求.這樣的結(jié)果表明:率定后的模型具有一定的精確度,可用于研究區(qū)非點(diǎn)源污染過程的模擬研究. 3.運(yùn)用徑流差值法來估算流域非點(diǎn)源污染負(fù)荷.根據(jù)非點(diǎn)源污染的產(chǎn)生受降雨徑流過程的影響,其負(fù)荷與降雨徑流具有密切的相關(guān)

5、性的特點(diǎn),建立了非點(diǎn)源污染負(fù)荷的估算方法--徑流差值法. 應(yīng)用該方法來估算流域非點(diǎn)源污染負(fù)荷,為解決實(shí)測資料短缺的條件下流域水質(zhì)估算提供了一種計(jì)算方法. 4.通過不同土地利用情景非點(diǎn)源污染負(fù)荷的定量化研究,分析了土地利用對非點(diǎn)源污染的影響.在SWAT2000模型參數(shù)率定結(jié)果的基礎(chǔ)上,從土地利用惡化與改善兩個(gè)角度考慮,將土地利用設(shè)置為5種情景,運(yùn)用該模型對這5種情景下的非點(diǎn)源污染負(fù)荷進(jìn)行了模擬,并對模擬結(jié)果進(jìn)行了對比分析,

6、其結(jié)果表明:(1)林地可有效削減非點(diǎn)源污染負(fù)荷；(2)流域現(xiàn)狀土地利用下總氮、總磷的負(fù)荷量分別為173.334t和38.653t,流域水環(huán)境存在著潛在的威脅,未來水環(huán)境的保護(hù)關(guān)鍵在于土地的合理利用及有效管理；(3)當(dāng)黑河流域土地利用惡化為紅草河流域時(shí),流域水質(zhì)會遭到極大地惡化,反之,隨著退耕還林政策以及水源涵養(yǎng)林保護(hù)工程等的實(shí)施,林地面積逐漸增加,流域環(huán)境也會逐漸得到改善；(4)理論聯(lián)系實(shí)際,為了有效改善流域水環(huán)境,控制非點(diǎn)源污染,未來

7、土地利用將要達(dá)到的土地利用最佳狀況為,響應(yīng)國家水源保護(hù)政策,流域人口逐漸搬離,15°以上的坡地全部還林,在滿足源頭水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)情況下,允許15°以下坡度中有少量適宜農(nóng)耕的耕地,無未利用地,且植被覆蓋較好.在該土地利用情景下,林地的非點(diǎn)源污染氮的單位負(fù)荷為0.67kg/(hm<'2>·a),磷的單位負(fù)荷為0.11kg/(hm<'2>·a)；耕地的非點(diǎn)源污染氮的單位負(fù)荷為8.85kg(hm<'2>·a),磷為4.2kg/(hm<'2>·a).

8、 5.黑河流域土地利用變化趨勢與非點(diǎn)源污染的研究.用模型模擬與景觀生態(tài)學(xué)方法結(jié)合,探討了1976～2000年來土地利用變化對非點(diǎn)源污染的影響,得出如下結(jié)論:1976～2000年這25年,土地利用的演化趨勢向更合理、更有利于水環(huán)境保護(hù)的方向發(fā)展,林地面積逐漸增加,耕地和未利用地逐漸減少,且土地的合理化利用程度得到了極大地提高,但土地利用在不同坡度等級上的分布比例沒有明顯的變化,居民及工礦用地逐漸擴(kuò)大,水環(huán)境仍存在著潛在的危險(xiǎn)；為了

9、保護(hù)水源區(qū),未來應(yīng)實(shí)施人口搬離政策,并繼續(xù)加大退耕還林和植樹造林的力度,限制開采業(yè)和人為擾動(dòng),政府應(yīng)繼續(xù)發(fā)揮主導(dǎo)作用,引導(dǎo)居民更合理地利用土地,特別是更合理地利用15°以上的坡地. 6.建立流域土地利用環(huán)境經(jīng)濟(jì)協(xié)調(diào)最優(yōu)化模型.在土地利用情景模擬的基礎(chǔ)上,考慮當(dāng)?shù)氐慕?jīng)濟(jì)產(chǎn)出與水環(huán)境保護(hù),建立了流域土地利用環(huán)境經(jīng)濟(jì)協(xié)調(diào)最優(yōu)化模型,其求解結(jié)果表明:未來土地利用達(dá)到的最佳利用狀況為15°以上的坡地全部還林,在滿足源頭水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的情況下,