基于SWAT模型的灌區(qū)農(nóng)田退水氮磷污染模擬及調(diào)控研究.pdf

1、寧夏引黃灌區(qū)是我國歷史最悠久的灌區(qū)之一,近年來,隨著灌區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)水平的提高,化肥投入量不斷增加,灌區(qū)的水環(huán)境日益惡化。目前,灌區(qū)化肥投入已經(jīng)處于較高水平,再加上養(yǎng)殖業(yè)、工業(yè)廢水和生活污水的點源排放,灌區(qū)各排水溝都受到了不同程度的污染,大部分排水溝的水質(zhì)為劣Ⅴ類,污染物主要包括NH4-N、TN、TP、COD和BOD5。排水溝的污染物對灌區(qū)地表水體質(zhì)量造成了嚴(yán)重影響,直接威脅到母親河黃河的水質(zhì)安全。
　　 本文以野外調(diào)查、定位監(jiān)測和

2、室內(nèi)化驗分析獲取數(shù)據(jù)為基礎(chǔ),以模型研究為手段,采用國內(nèi)外廣泛應(yīng)用的SWAT模型,開展了研究區(qū)域農(nóng)田退水主要污染負(fù)荷的評價研究,探討了SWAT模型在研究區(qū)域的適用性,模擬了不同水氮管理措施對農(nóng)田退水污染負(fù)荷的影響。取得的主要結(jié)論如下:
　　 (1)在寧夏青銅峽灌區(qū)典型排水區(qū)域——西排水溝開展了農(nóng)田退水污染監(jiān)測試驗,對退水中的氮磷變化特征進行了分析。研究表明:2010年4月至10月,西排水溝中NH4-N最高濃度為4 mg L-1,平

3、均濃度為1 mg L-1,超過《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》Ⅲ類水的準(zhǔn)限值,屬中度污染；TN平均濃度為4.6 mg L-1,遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》所規(guī)定的Ⅴ類水的準(zhǔn)限值(2mgL-1),屬重度污染。
　　 (2)通過野外調(diào)查和室內(nèi)分析獲取了研究區(qū)域大量基礎(chǔ)數(shù)據(jù),利用ArcGIS建立了研究區(qū)域的空間數(shù)據(jù)庫；在對SWAT模型修正和改進的基礎(chǔ)上,構(gòu)建了灌區(qū)農(nóng)田退水污染評價模型,運用實測數(shù)據(jù)對模型參數(shù)的敏感性進行了分析,并評價了模型在

4、研究區(qū)域的適用性,研究表明:改進后的SWAT模型在研究區(qū)域有較好的適用性,校核期和驗證期的NS系數(shù)均在0.6以上,相關(guān)系數(shù)大于0.7,模擬的結(jié)果令人滿意。
　　 (3)運用SWAT模型對研究區(qū)域農(nóng)田退水污染負(fù)荷的來源以及污染負(fù)荷在空間和時間上的分布特征進行了分析,研究表明:西排水溝中氮磷污染負(fù)荷絕大部分來自于耕地,TN和TP負(fù)荷分別占總負(fù)荷的98.99％和99.23％;耕地對污染負(fù)荷的貢獻,主要來自于稻田,稻田TN和TP負(fù)荷分別

5、占總負(fù)荷的77.34％和75.65％;氮磷負(fù)荷的空間分布與土地利用類型的分布一致,主要集中在耕地；在時間上氮磷負(fù)荷主要集中在5-8月的灌溉和施肥季節(jié)。
　　 (4)利用模型模擬了不同水氮管理措施對研究區(qū)域稻田TN負(fù)荷和產(chǎn)量的影響。研究表明:水稻產(chǎn)量和TN負(fù)荷隨施氮量的減少而降低,但遞減的規(guī)律有所不同,前者成對數(shù)型遞減,后者成指數(shù)型遞減；與研究區(qū)域的現(xiàn)狀相比,施氮量減20％后,稻田退水中的TN負(fù)荷減少了24.3％,而產(chǎn)量僅降低了4