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36420字硕士毕业论文基于SWAT模型的于风河流域农业面源污染特征综述

论文类型:硕士毕业论文
论文字数:36420字
论点:污染,流域,土壤
论文概述:

本文是农业科技论文,针对流域农业面源污染特征,建立农业面源污染模型数据库,在野外水文水质监测的基础上,通过对 SWAT 模型模拟参数的率定和验证,确定凤羽河流域农业面源污染负荷产

论文正文:

第一章导言

1.1研究背景
目前的水污染问题通常分为点源污染和非点源污染。点源污染是指污水通过污水管网在排放点直接进入水体。这种污染形式具有污水排放点集中、污水排放路径清晰、污染范围本地化的特点(朱铁群,2000)。非点源污染是相对于点源污染而言的。非点源污染的最早定义是在1979年美国的《洁净水法案(CWA)》中提出的。它被定义为“污染物以大面积、分散和痕量的形式进入地表和地下水体”。在非点源污染系统中,农业非点源污染(ANPS)是分布最广、影响最大的部分(胡薛涛等,2002)。世界各国的研究表明,农业面源污染是目前水环境的主要污染源之一(郑涛等,2005)。段玉杰认为,农业面源污染是指农业生产活动中降水或灌溉过程中,农田中的沉积物、营养盐、农药等污染物通过地表径流、径流间、农田排水和地下渗流进入水体,对地表和地下水造成的环境污染(段玉杰,2010)。由于农业生产活动的多样性和复杂性,农业非点源污染也有多种形式,包括土壤侵蚀、农田污水灌溉、化肥和农药的施用、牲畜粪便和生活垃圾。因此,农业面源污染具有形成机制复杂、影响因素多、随机性大、分布范围广和潜在滞后的特点。由于这些特点,农业面源污染很难被人们所认识。直到点源污染控制达到一定水平,人们才开始关注非点源污染的控制和管理,并逐渐进入实施阶段。国外研究表明,30 %~50%的地球表面受到不同程度的非点源污染。农业是非点源污染的主要来源,世界上退化的12亿亩可耕地中约有12%是由农业非点源污染造成的(Dennis等人,1998)。美国环保局的研究表明,农业非点源污染是全国河流和湖泊最大的污染源,占总污染负荷的2/3,是湿地退化和地下水污染的主要原因(美国环保局,2003年);欧洲国家的研究表明,非点源污染的负荷占水环境污染总量的40% ~ 60%(克朗旺等人,1996年)。例如,爱尔兰大多数富营养化的湖泊流域没有明显的点源污染(Foy等人,1995年);瑞典农业中的氮占总产量的60%以上(Lena,1994年);荷兰农业非点源污染的总氮和总磷分别占总环境污染的60%和40%(布尔,1996年);水质恶化的芬兰湖泊占20%,农业非点源排放氮和磷的比例最大,占总量的50%以上。湖泊所在盆地的农业投入越大,就越容易导致氮、磷和其他营养物质的富集(Uunk,1991)。
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1.2农业面源污染概述

1.2.1农业面源污染机理
雨滴从空落下时具有一定的能量。当它们撞击土壤颗粒时,动能转化的力导致土壤颗粒四处飞溅,土壤颗粒四处分离。这使得土壤颗粒在地表径流产生时容易被带走,从而造成土壤侵蚀。雨滴的冲击还可以压实土壤表面,减少雨水的渗透,这间接导致地表径流的增加,从而进一步增强水流的侵蚀和携沙能力(孙庆炎等人,2008)。土壤侵蚀是农业面源污染的重要环节。水土流失是氮、磷等污染物的重要载体。水土流失和养分流失使土壤肥力和土壤质量变差,并给受纳水体带来氮、磷等非点源污染物。降雨导致可溶性氮和磷随水向下迁移。农业非点源污染物以溶解形式迁移到下层土壤的复杂过程也是表面溶质溶解过程。土壤渗漏过程受土壤特性、作物生长和微生物活动等多种因素的影响,是污染物以溶解状态迁移到下层土壤的过程。
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第二章研究材料和方法

2.1研究区概况
于风河位于云南省大理州洱源县,发源于上游清远洞。在河的两侧,东罗平山、香碧山和和林山形成一个封闭的盆地。南北向流入大甘坪村,然后向东,穿过碧湖,最后并入洱海。于风河是洱海的真正源头,所以洱源湖也被称为“洱海之源”。全长12.8公里,流域面积217平方公里。整个盆地主要由洱源县碧湖镇和于风镇组成,于风镇面积占80%以上。于风流域位于云南西部洱源县西南部,东经99° 52′~ 99° 55′,北纬25° 05′~ 26° 56′。该镇辖凤翔、盛远、上思、米白、江东、凤河、庄商、奇峰、9个村委会、44个自然村和121个村组。于风流域地势西南高东北低,逐渐倾斜。盆地内村庄除上村和上思外,均位于坝区,属半山区。于风河属于澜沧江水系,是洱海的重要水源。盆地气候属亚热带高原山地气候,干湿季节明显。年平均气温13℃,月最高气温21℃(6月和7月),月最低气温5℃(12月和1月),年平均降雨量750毫米,常年主导风向为西南风。洪水、冬春干旱、冰雹、霜冻和低温等自然灾害经常发生在盆地。于风流域农业用地面积为45.12 km2,占土地总面积的20.78%。其中,旱地19.31 km2,水田25.81 km2,分别占土地利用总面积的8.89%和11.89%。其他土地利用方式包括果园、林地、草地、农村居民点和水域,分别占土地利用总面积的2.26%、29.59%、45.93%、1.41%和0.03%。
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2.2数据采集步骤和方法
本研究主要包括以下类型的数据:水文数据和野外监测获得的气象数据;从实验室分析中获得的沉积物和水质数据;收集、整理或购买空数据、属性数据和农业经济统计;农田管理措施实地调查数据、畜禽养殖数据、农村生活相关数据。以下是不同类型数据采集、处理和分析方法的详细描述。由于流域面积小,位置相对偏远,流域内没有长期水文监测站,无法获得长期水文监测数据。因此,从2010年6月起,将在流域出口(东经99° 57 \' 0.3 \",北纬26° 4 \' 6.7 \")进行水文数据监测,2010年6月至2012年6月将采用人工监测。由于人工监测工作量大,监测工作危险,自2012年7月以来,在水池出口安装了美国Waterog H-3553气泡水位计、美国TIMSP430数据采集器、电源设备和无线传输设备等一系列设备(见图2.2)。建立了一套完整的水文气象遥测系统,实现水位数据的远程自动实时监测。流量数据根据水位与流量的关系曲线进行转换。因此,水位与流量之间的关系曲线只能通过监测多次全暴雨,得到于风河水位最大变化范围内水位与流量的对应值来计算流量。
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第三章于风流域水质监测变化特征分析15
3.1于风流域水质评价15
3.2流域水质指标年变化规律16
3.3降雨过程中水质水量变化特征分析16
3.4本章总结.........18[/溴/]第4章特警模型建立和参数初始化.........19
4.1型号输入数据处理.......19
4.2流域划分等级研究.......29
4.2.1最佳子流域划分等级研究.........30
4.2.2 HRU分配-次盆地细分.........32
第5章参数灵敏度分析和模型校准验证.......34
5.1参数灵敏度分析.......34
5.2参数校准验证.......35
5.2.1方法.........36
5.2.2参数校准评估标准.........36
5.3径流校准验证结果.......37
5.3.1径流校准验证.........37
5.3.2径流校准验证.........38
5.4沉积物校准验证.........39
5.5营养校准验证.......41
5.6本章摘要.........46

基于SWAT模型的农业面源污染评价

6.1在确定
利用率后,根据模型模拟结果,对流域农业面源污染负荷的产量进行了研究。这项研究的时间跨度为10年。由于缺乏基本的土地利用数据,假设10年来于风流域土地利用没有明显变化。表6.1显示了不同年份流域出口的地表污染负荷。从模拟结果可以看出,氮磷污染负荷在研究的10年间一直在波动。由于模型的输入土壤和土地利用数据假定为常数,波动主要由降水的年际差异引起。根据10年来氮磷年均产量分析,有机氮、硝态氮和总氮年均产量分别为4.33吨、41.72吨和50.71吨;分别是。从氮污染物的比例来看,硝态氮占总氮的82.2%,而有机氮的比例仅为8.5%左右。相应地,有机磷、无机磷和总磷的平均产量分别为1.31吨、7.43吨和8.74吨,其中无机磷占总磷产量的绝大部分和85%。
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结论

流域泥沙和非点源污染主要发生在主河两岸农业和居住频繁的地区。林地和草地占盆地东西边缘和南部大部分,非点源污染较少。与此同时,磷的损失主要以颗粒的形式出现,这些颗粒主要吸附在沉积物等沉积物上并被输送。因此,磷空的分布与土壤侵蚀有很高的相关性。耕地和农村居民点的非点源污染强度远远高于其他土地利用类型。住宅区小而分散。从污染总量来看,耕地占绝大多数。因此,耕地是非点源污染控制的重点。根据多年降雨量和污染输出数据的分析,污染负荷的产生与降雨量有很高的相关性。年内,非点源污染负荷随着降雨量的增加而增加,并在降雨量最大的8月达到高峰。同时,研究还表明污染物的产生与坡度有显著的相关性。根据不同施肥情景的分析结果,指出肥料投入对氮负荷产量的降低效果明显,但对磷负荷产量的降低效果不明显。因此,为了全面减少农田非点源污染,不仅要控制施肥,还要配合合理的灌溉、耕作和施肥时间等。
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参考资料(略)