基于SWAT模型的凤羽河流域农业面源污染特征研究

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目前,农业面源污染在水环境污染中的作用越来越突出,成为了水环境改善的瓶颈问题,控制农业面源污染对于改善区域水环境具有非常重要的意义。洱海属于初期水体富营养化的高原湖泊,凤羽河是洱海水体的主要来源之一。本研究选取洱海流域内典型小流域—凤羽河流域,采用SWAT模型和实地监测相结合的方法,进行农业面源污染研究。确定凤羽河流域农业面源污染负荷产生量、来源及其空间分布,讨论流域农业面源污染的发生发展规律,为流域农业面源污染负荷总量控制提供依据;同时,对于洱海流域农业面源污染实施源头控制具有指导和借鉴意义,为开展高原湖泊小流域的农业面源污染治理提供科学依据。本研究以凤羽河流域为研究对象,利用2010年6月~2012年12月流域出口的水文水质监测数据,建立SWAT模型数据库,进行农业面源污染的分析研究,探讨流域内的农业面源污染组成和分布情况。主要研究结论如下:(1)从整个监测期总体来看,流域总氮和总磷的平均浓度分别是0.76mg/L和0.15mg/L,均为国家地表水环境质量标准规定的Ⅲ类水,作为洱海的主要水源之一,目前的水质状况已亟待改善。从年内变化情况来看,汛期的污染物浓度要高于非汛期。暴雨过程监测结果显示:在降雨初期污染物浓度相对较高,随着降雨—径流过程的推移,各种污染物的浓度都呈波浪形下降趋势。(2)根据现场调查、野外水文监测、室内实验和资料分析汇总,建立凤羽河流域面源模型数据库,为模型运行提供支撑。根据凤羽河流域出口监测点获得的水文和水质监测数据,进行SWAT模型的率定和验证。凤羽河流域出口监测点模拟值和实测值率定期和验证期径流、泥沙和养分负荷的决定系数R2、纳什系数Ens和相对误差Re均能满足模型模拟精度的要求,SWAT模型在凤羽河流域有较好的适用性。(3)凤羽河流域有机氮、硝氮和总氮的年际产生量分别为4.33t、41.72t和50.71t,其中硝态氮占总氮产生量的82.2%;有机磷、无机磷、总磷的平均产生量分别为1.31t、7.43t、8.74t,其中无机磷占总磷产生量的85%。(4)从凤羽河流域水土流失和养分流失的的空间分布来看,流域内水土流失和面源污染主要发生在主河道两侧农事耕作频繁和居民点聚集的区域;流域的东西部边缘和南部大部分区域以林地和草地为主,面源污染较少发生。(5)不同土地利用类型中,耕地和农村居民点所产生的单位面积泥沙和污染物负荷远大于其他土地利用类型。鉴于居民点面积较小且零星分布,从产生污染负荷的总量上来看,耕地占绝大部分比例。因此,耕地是流域内面源污染控制的重点。根据多年降雨和污染输出数据分析,污染负荷的产生跟降雨量有较高相关性。年内总氮、总磷产量呈不规则变化,在雨季营养盐的输出会有一个“小高峰”,因此雨季是流域内面源污染输出的重点时段。研究区坡度与产生的泥沙负荷、有机氮、硝氮、有机磷和矿质磷负荷呈显著性相关关系。(6)不同施肥情景的模拟分析结果表明,减少化肥施用量对研究区氮污染负荷的输出有一定的削减效果,但对磷负荷的削减效果不明显。因此,要全面削减耕地产生的面源污染负荷,除控制施肥量外,还应采取合理的灌溉时间、灌溉频率、施肥时间和施肥频率等管理措施。
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