长江流域上游非点源污染及其对水文过程的响应研究

作     者：张桂轲 

作者单位：清华大学 

学位级别：硕士

导师姓名：唐莉华

授予年度：2016年

学科分类：08[工学] 0815[工学-水利工程] 

主      题：长江流域上游 SWAT模型 非点源污染 水文过程 

摘      要：工业和城市生活污水易于集中处理,已经逐渐得到有效控制;而非点源污染因其分散性、随机性等特点已成为水污染防治的重点和难点问题。水文过程是非点源污染物质输出的主要驱动力,因此探究其对非点源污染输出的影响具有重要意义。长江上游地区控制着整个长江水资源的命脉,尤其在三峡水库建成后,所面临的非点源污染防治任务更加艰巨。因此,本文基于SWAT模型对长江流域上游非点源污染特征以及水文过程在其中的影响进行了研究,得到了一些对流域非点源污染治理的建议。本文基于研究区DEM、土地利用、土壤、气象及污染源统计数据等基础信息,在长江流域上游(宜昌站以上)建立了非点源污染模型SWAT。根据实测数据对模型参数进行了率定与验证,结果表明:SWAT能够较真实的反映长江流域上游的水文过程、泥沙及氮(N)、磷(P)输移过程,因此基于SWAT的模拟结果,可以对流域内非点源污染负荷时空特征及影响因素进行深入分析。根据SWAT模型1975-2014年的模拟结果分析了长江流域上游非点源污染的时空分布特征。结果表明,近40年来,长江流域上游年均总氮(TN)负荷强度为13.94kg/ha,总磷(TP)负荷强度为2.92kg/ha,且呈现显著的上升趋势。从年内来看,丰水期TN和TP的负荷强度远远高于枯水期,5月-9月TN、TP负荷量占全年总负荷量的比例分别为74%和85%。各子流域TN、TP负荷强度与耕地面积比例高度相关,沱江流域负荷强度最大,嘉陵江流域负荷量最大。流域出口宜昌站多年平均TN、TP的输出量分别为36.90万吨/年和10.31万吨/年,且有逐渐上升的趋势。四川盆地各河段N、P浓度普遍较高,部分河段超过劣V类水质指标限值。论文还分析了流域氮素输出对水文过程的响应。氮素的输出受到降雨-径流动力传输过程和氮素供给量的共同控制。农业流域氮素供给充足,降雨-径流过程的控制作用更加凸显,因此汛期的氮素浓度高于非汛期;而在非农业流域,受氮素供给量的控制,汛期氮素浓度反而可能低于非汛期。受土地利用、土壤性质等影响,不同径流成分中氮素的输出特点不同。长江上游农业区土壤渗透性普遍较小,氮素负荷主要来源于地表径流,其贡献率为77.8%。因此减小农业区汛期地表径流中的氮素负荷是非点源污染防治的重点。