基于ArcSWAT的流域氮素非點(diǎn)源污染模擬和污染源識(shí)別.pdf

1、由氮、磷等營(yíng)養(yǎng)物過(guò)量引起的水體富營(yíng)養(yǎng)化已經(jīng)成為全球共同關(guān)注的熱點(diǎn)問(wèn)題。隨著點(diǎn)源污染控制能力的提高，非點(diǎn)源污染對(duì)水質(zhì)的影響日益顯著。實(shí)現(xiàn)流域非點(diǎn)源污染的定量溯源和總量控制，一直是本領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)。然而，目前對(duì)于土壤養(yǎng)分庫(kù)和大氣沉降在水體非點(diǎn)源污染中的貢獻(xiàn)研究卻仍然比較困難。本研究以我國(guó)東南沿海經(jīng)濟(jì)相對(duì)發(fā)達(dá)地區(qū)的典型農(nóng)業(yè)流域——長(zhǎng)樂(lè)江流域?yàn)檠芯繉?duì)象，通過(guò)實(shí)地調(diào)查、數(shù)據(jù)收集、水質(zhì)監(jiān)測(cè)，建立SWAT模型所需的各類空間數(shù)據(jù)庫(kù)和屬性數(shù)據(jù)庫(kù)，并將流域

2、內(nèi)非點(diǎn)源污染通過(guò)相應(yīng)管理操作措施的設(shè)置與模型進(jìn)行有效耦合，通過(guò)模型參數(shù)率定和驗(yàn)證，建立長(zhǎng)樂(lè)江流域氮污染過(guò)程模擬的SWAT模型;以此為基礎(chǔ)，估算流域非點(diǎn)源氮輸出負(fù)荷，分析其時(shí)空變異性，明確不同水文響應(yīng)單元、不同土地利用類型、不同污染源的氮負(fù)荷輸出貢獻(xiàn)，識(shí)別不同時(shí)段和土地利用類型的關(guān)鍵性污染源;通過(guò)情景設(shè)置，模擬預(yù)測(cè)不同污染源氮投排放量削減情況下的河流氮濃度，從而提出相應(yīng)的污染控制策略，為流域非點(diǎn)源氮污染控制和治理提供科學(xué)的理論支撐。

3、>　　 主要研究結(jié)果如下:
　　 (1)長(zhǎng)樂(lè)江流域的降雨量和河流流量均與河流TN負(fù)荷量顯著相關(guān)(p＜0.05)。受二者影響，TN負(fù)荷在7月出現(xiàn)“波谷”，而兩側(cè)的6月與8月均出現(xiàn)“波峰”，年內(nèi)TN負(fù)荷隨季節(jié)呈不規(guī)則的“M”形態(tài)變化。長(zhǎng)樂(lè)江各月TN濃度均超過(guò)水質(zhì)控制臨界濃度(2.0mgl-l)，段首、段末平均值分別為3.39和4.08mg1-1。
　　 (2)長(zhǎng)樂(lè)江流域不同子流域單位面積的TN年均入河量為29.20～65.

4、34kghm-2，東部和南部（鹿山街道、崇仁鎮(zhèn)和甘霖鎮(zhèn)）是非點(diǎn)源控制的關(guān)鍵區(qū)域;農(nóng)用地比例、土壤含氮量和河網(wǎng)密度能解釋各子流域TN入河量變異的87.66％以上，其中對(duì)入河量影響最大的是農(nóng)用地比例。
　　 (3)從不同土地利用類型的單位面積TN入河量來(lái)看，長(zhǎng)樂(lè)江流域表現(xiàn)為旱地(79.72kghm-2)＞園地（72.73kghm-2）＞人居地(51.97kghm-2)＞水田(45.52kghm-2)＞林地(15.19kghm-2)。

5、
　　 (4)從不同污染源類型分析，非點(diǎn)源的TN污染主要來(lái)自氮肥施用、大氣沉降和土壤氮庫(kù)，三者對(duì)河流TN負(fù)荷的貢獻(xiàn)率分別為35％、32％和25％;長(zhǎng)樂(lè)江流域畜禽養(yǎng)殖和農(nóng)村生活帶來(lái)的污染比較低。
　　 (5)不同時(shí)期、不同土地利用的關(guān)鍵性污染源不同。從時(shí)間上來(lái)看，控制自然源（土壤氮庫(kù)和大氣沉降）的關(guān)鍵時(shí)期是雨季，雨季（3～8月）這兩大污染源引起的TN入河量分別占全年總?cè)牒恿康?4％和77％，而控制人為源（農(nóng)村生活、畜禽養(yǎng)殖

6、和施用化肥）的重點(diǎn)是污染投排放期，例如當(dāng)?shù)卮笞谧魑锷L(zhǎng)期（3月～9月）氮肥帶來(lái)的TN入河量占氮肥全年總?cè)牒恿康?2％。從土地利用的角度來(lái)看，園地和人居地的非點(diǎn)源污染關(guān)鍵性污染源分別是施用氮肥、生活排污;而水田和旱地的三大污染源（施用氮肥、大氣沉降和土壤氮庫(kù)）入河量相差不大，均很重要。
　　 (6)通過(guò)模擬預(yù)測(cè)不同污染源氮投排放量削減情況下的TN入河量，得到土壤氮庫(kù)、大氣沉降和氮肥與TN入河量的回歸模型，分別為y=0.0003x+

7、2299.1R2=0.9999**、y=0.3671x+842.37(R2=0.9883**)、y=0.2198x+1240.3(R2=0.9744**)。采用不施加外源氮肥的情景模擬結(jié)果作為水質(zhì)控制臨界濃度，模擬得到長(zhǎng)樂(lè)江TN水質(zhì)控制濃度平均值為1.89mgl-1;當(dāng)所有氮源均削減60％以上，長(zhǎng)樂(lè)江TN濃度可以達(dá)到水質(zhì)控制濃度。
　　 (7)根據(jù)本文研究結(jié)果，我們對(duì)長(zhǎng)樂(lè)江流域的非點(diǎn)源污染控制提出兩個(gè)方面的建議，一是應(yīng)根據(jù)非點(diǎn)源

8、污染的關(guān)鍵性時(shí)空分布特征，針對(duì)不同子流域的土地利用類型和農(nóng)耕制度，分時(shí)、分區(qū)、分類制定非點(diǎn)源污染控制方案，例如長(zhǎng)樂(lè)江流域非點(diǎn)源污染的關(guān)鍵區(qū)是東部和南部（鹿山街道、崇仁鎮(zhèn)和甘霖鎮(zhèn)），主要土地利用類型為水田和園地，該區(qū)域應(yīng)重點(diǎn)控制作物生長(zhǎng)季氮肥的流失，可采用“前氮后移”，深施和水肥綜合管理技術(shù)等。二是由于現(xiàn)實(shí)中不可能直接控制土壤氮庫(kù)和大氣沉降氮量，而單純削減氮肥，可能有降低產(chǎn)量的風(fēng)險(xiǎn)，因此提高農(nóng)田氮肥利用率，輔之以增強(qiáng)區(qū)域氮素自凈和持留能力