博士基金申请书-官厅水库流域非点源氮、磷污染模拟与评价.doc

申请类别全额资助A联合资助B总编号学科代码610.2高等学校博士学科点专项科研基金申请书课题名称：官厅水库流域非点源氮、磷污染模拟与评价申请者：郝芳华所在学校（系）：北京师范大学邮政编码：100875博士点名称：环境科学与工程是否重点学科：是是否博士导师：否是否重点实验室及名称：环境模拟与污染控制国家重点联合实验室申请日期：二零零一年三月2001年1月制11 - -说明一. 本申请书所列内容必须实事求是，逐项认真填写，表达要明确严谨。填写内容含糊不清、不合要求、手续不全及字迹潦草的申请书，不予受理。二. 上报的申请书打印或正楷复印（必须清晰整洁）一式六份，按通知要求如期（以邮戳为准）报高校科学技术基金办公室，过期不予受理。三. 学科名称及学科代码按国家技术监督局1992年11月发布的国家标准学科分类与代码（GB/T13745-92）分别填写学科名称及代码；研究类别栏目中，请选择提示符A、B、C打勾。四. 重点学科、重点实验室系指国家级重点学科、重点实验室。五. 课题组成员凡有研究员、工程师职称者，应填入教授、讲师等相应栏目內。六. 获本基金资助课题并已完成的申请者，应在简表中注明原资助课题的完成时间；并附国家教委基金资助项目研究工作总结及资助期限内的代表性论文一式六份。七. 申请书中有关栏目（简表除外）填写不下时可另附纸说明。八. 为便于资助课题的管理，课题起始年月一律从下年度元月一日算起。九. 该申请书为十六开本，各单位可以自行翻印，但格式、内容、大小必须和原件完全一致，否则不予受理。简表研究课题名称官厅水库流域非点源氮、磷污染模拟与评价学科名称环境学相关学科环境水利 研究类别基础A应用基础B学科代码610.2学科代码570.55其它C起始年月终止年月申请经费2002年01月2004年12月600万元申请者姓名郝芳华出生年月1963年03月性别女技术职称定职时间行政职务联系电话副教授1995副所长01062207937毕业学校河海大学毕业时间1988年最终学位硕士外语语种1：英语程度A.一般B.四会B语种2：程度A.一般B.四会学术兼职（限45汉字）中国水力学学会会员,中国GIS协会资源与环境信息系统专业委员会委员填写概括课题内容的六个关键词（主体词），关键词个数可少于六个，关键词之间用逗号隔开官厅水库，流域，非点源，氮磷污染，SWAT模型，模拟申请人已完成的本基金原资助课题执行年限资助经费完成时间本课题组及课题负责人其他经费来源（30个字）（申请联合资助，应注明联合资助单位及金额）一、研究的目的、意义和成果的预计去向（包括本课题所需要解决的科学问题、理论上的科学价值或预见在应用中对经济建设的影响等）。官厅水库位于北京市西北部，流域面积47000Km2，是我国解放后修建的第一座大型水库。它不仅是北京市重要的水源地，而且具有防洪、灌溉、供水、发电、旅游及养殖等多种功能，对北京市社会经济的发展起着重要作用。但是由于水库水体污染日益严重，1997年退出饮用水源体系。随着北京市规模的发展和人口的增加，对水源的需求量也随之持续增长，水资源供需矛盾日益尖锐。为解决北京市的水资源短缺问题，北京市政府决定改善官厅水库水质，恢复其饮用水功能。根据官厅水库的水质监测结果分析，目前官厅水库的主要环境问题是有机污染和富营养化，水库水质已处于中营养向富营养过渡的阶段，某些指标，如氨氮等已达到或超过富营养化水平。究其原因，一方面是由流域上游工业废水及城镇污水的排放量逐渐增加造成，另一方面则是农田化肥施放、水土流失等非点源氮、磷污染的不断增加所引起，且非点源污染对水体污染所占的比重不断增大。尤其是近年来，磷污染还有增加的趋势，同时库区底部淤积大量污泥，严重影响了水库的蓄水和供水能力。但是，流域非点源氮、磷污染在官厅水库污染中所起的作用，其产生、迁移和转化的机理及有效控制方案还有待研究。因此，有必要对官厅水库流域非点源氮、磷污染作专门定量化研究，揭示其发生原因和时空分布的规律，探讨其迁移、转化的规律，提出流域非点源氮、磷污染的防治措施，以改善官厅水库水质。 美国、日本等国的研究表明，即使点源污染得到全面控制以后，江河的水质达标率仅为65%，湖泊的水质达标率为42%，海域水质达标率为78%。美国的非点源污染量占污染总量的2/3，其中农业的贡献率为75%左右。按照1987年经济合作与发展组织(OECE)的报告，在其成员国中，硝酸盐与杀虫剂是最大的分散污染源，欧洲国家也得出了相似的结论。在我国的北京密云水库、天津于桥水库、安徽巢湖、云南洱海、上海淀山湖等水域，非点源污染比例超过点源污染，已上升为威胁人类饮用水的主要因素，非点源污染已成为水环境的首要污染源。非点源来源面广，大量的泥沙、氮磷营养物、有毒有害物质进入江河、湖库，引起水体悬浮物浓度升高、有毒有害物质含量增加，溶解氧减少，水体富营养化和酸化。因此在水环境污染控制中，若不重视非点源污染研究问题，仅靠单纯的点源污染控制，很难达到预期的环境目标。本课题通过对SWAT模型及其AVSWAT模块进行改进和调试，选择和调整适用于官厅水库的模型参数，对官厅水库流域的非点源氮、磷污染进行模拟分析和评价，从而确定流域内非点源氮、磷污染的时空分布规律并预测其发展趋势。在此基础上，提出控制非点源污染的可行性方案，以确保在水库水质良好的前提下，保证21世纪北京市的用水供应。主要参考文献：1. Cesare Dosi and Theodore Tomasi,Prefece, Nonpoint source pollutio Regulation:Issues and Analysis,Edited 2. by Cesare Dosi and Theodore Tomasi, Dordrecht, the Netherlands: Kluwer Academic Publishers, 19943. Bao Quansheng et al. Progress in the research in aquatic environmental nonpoint source pollution in China, Journal of Environmental Science, 1997,9(3)4. Gilliland, M. W. , and Baxter-Potter, W.A Geographic Information System t o Predict Non-point Source Pollution Potential., Water Resour. Bull., 23:281(1987)5. Sharpley A. N. and Williams J.R.EPIC-erosion/productivity impact calculator, USDA ARS Technical Bulletin, No.1768,1990:256. Verhoff,F.H., and Melfi,D.A. Total Phosphorus Transport During Storm Events. Jour. Environ. Eng. Div. Amer. Soc. Civil Eng., 104:1021(1978)二、研究课题所涉及的科学领域，国内外达到的水平，存在的主要问题；本课题的学术思想、立论根据、主攻关键及独到之处。 本课题研究涉及环境学、水文学、环境水利等学科领域。 在工业发达国家，特别是美国，水环境非点源污染研究的历史较长并且非常活跃。从70年代以来，提出了一系列的非点源污染的机理模型和连续时间序列响应模型，应用于非点源污染的定量评价和预测。近年来，非点源污染模型在建立新的应用型模型的基础上，重点加强了3S(RS、GPS、GIS)技术在非点源污染定量负荷计算、管理和规划中的应用研究，并已经取得了良好的效果。我国的非点源污染的研究始于80年代初，内容涉及非点源污染负荷评价，模型介绍及模型与GIS的结合技术等。但由于重视不够以及研究的阶段性和孤立性，目前我国的非点源污染研究方面存在以下几个问题：非点源污染模型多为经验型和研究型的，而机理型和应用型模型少；多数非点源污染模型带有局地性的特点，不便推广应用；缺乏应用于大流域范围的资料缺少情况下的非点源污染模型；有关非点源污染的计算机软件开发应用研究在国内还没有开始；非点源污染治理的管理和政策方面的研究还不深入。建立考虑流域水文过程和污染物迁移机理，可应用到资料缺少的大流域范围，并具有3S技术支持的非点源污染评价和管理模型是当前研究领域面临的重要任务。 本课题的学术思想：本课题以流域可持续发展的思想为指导，以改善官厅水库水质，控制官厅水库富营养化为目标，以在流域尺度上模拟和评价官厅水库流域非点源氮、磷污染为主要内容。依据水平衡的原理，将降水，河川径流、浅层地下水和深层地下水等作为一个整体考虑，对流域水文过程和水文循环的进行研究。依据物质平衡原理和氮、磷等营养物质的产生，迁移及转化的机理过程，对流域非点源污染物进行有效的多年模拟和预测。本课题的立论依据有：定量评价和预测水库流域非点源污染负荷，分析非点源氮、磷污染的时空分布规律是控制流域非点源污染，防治水库富营养化的重要保障。大面积水资源的开发和管理要求充分认识流域水文过程，并具有在流域尺度上的模拟能力，基于SWAT模型的官厅水库流域非点源氮、磷污染非点源污染的模拟包括两个部分，一是水循环的陆地阶段，要求计算进入河川径流的水、沉积物和富营养物质的数量，一是水文循环的演算阶段，对通过流域主河道和水库的水、沉积物的运动进行演算；研究污染物产生、迁移和转化机理过程，确定流域非点源氮、磷污染的危险区域和主控因子，从而为控制流域非点源污染提供依据。从治理措施和政策角度，提出并实施控制流域非点源氮、磷污染的最佳管理措施（BMPs）。本课题的主攻关键在于：借助3S技术，在现有的SWAT模型基础上，研究改进SWAT模型及ARSWAT模块，并应用于官厅水库透水性流域，对非点源氮、磷污染进行评价和预测，为流域非点源污染的治理提供了科学依据。本课题的独到之处是：实现对资料缺少条件下的官厅水库透水性流域的非点源氮、磷污染进行模拟，定量评价和预测流域内的非点源氮、磷污染；应用3S技术，并与SWAT相结合，实现非点源氮、磷污染的长期动态模拟；探讨最佳管理措施（BMPs）在流域范围内对非点源污染控制中的应用，提出流域非点源污染控制的政策建议。三、研究内容，工作方案（包括采取的措施、技术路线、进度安排、拟达到的技术指标、提交成果方式等）。1. 研究内容、进度安排、措施与技术指标 本研究采用SWAT模型模拟氮、磷污染物在水体中的迁移，扩散和转化的时空分布规律，实现对官厅水库流域非点源氮、磷污染的定量评价和预测。根据工作的内容不同分解为以下几个部分：（一）与3S相结合，进行模型所需数据的收集、整理、分析和提取 （2002.12002.5）收集和研究官厅水库流域的自然环境方面的图形和数据、水资源利用数据、农业耕作和管理数据；对流域遥感影像进行分析和判读，分析流域的植被覆盖度，地形坡度和坡向，沟谷密度及其面积；进行流域暴雨径流现场观测以及土壤侵蚀试验，对流域非点源污染的影响因子进行量化；应用GIS技术，建立官厅水库流域非点源污染的空间数据库和属性数据库；应用AVSWAT模型扩展模块，分析和提取SWAT模型所需的输入数据。（二）计算区域划分、模型参数的选择及模型调试 （2002.62003.3）在现状调研的基础上，根据分析精度的要求，资料状况和区域特点范围，对官厅水库流域进行必要的划分，将流域分为多个计算单元；选择和调整影响流域非点源氮、磷污染的参数在此基础上，进行模型的调试研究。（三） 进行模型检验和流域非点源氮、磷污染的模拟分析 （2003.42003.10）根据流域自然环境的特点和非点源污染的状况，确定模型模拟所需的基本输入参数，并进行模型参数估值；应用SWAT模型对官厅水库流域的非点源氮、磷污染进行模拟分析，并根据流域的实际监测数据，进行模拟结果的验证和模型参数的率定；输出模拟分析结果，并使用ARCVIEW进行模拟结果的图形显示。（四）官厅水库流域非点源氮、磷污染的评价和预测： （2003.112004.7）依据SWAT模型的模拟结果，借助GIS技术，对流域非点源氮、磷污染分析和评价。计算非点源氮、磷污染对水库富营养化定量负荷及其对水体污染的贡献率。确定官厅水库流域非点源氮、磷污染时空分布规律，进行非点源污染危险区域识别和非点源污染的主控因子分析。预测官厅水库流域非点源氮、磷污染发展趋势。（五）提出主要非点源污染源的控制技术方案和建议。 （2004.82004.12）依据对官厅水库流域非点源氮、磷的评价和预测，提出流域非点源污染控制的政策建议，并探讨最佳管理措施（BMPs）在流域范围内对非点源污染控制中的应用。研究的技术路线图（见附4）2. 成果提交方式在国内外核心学术刊物上发表相关学术论文8篇，培养博士研究生2名，硕士研究生5名，其中一些研究成果以研究生学位论文的形式提交。（接4页）四、为了进行本课题的研究，课题组已具备的工作基础和实验条件。 1. 课题组已具备的工作基础申请者和课题组成员大都获得博士学位、硕士学位或做过博士后研究，多年一直从事水资源、水环境污染及评价等方面的研究，积累了丰富的流域水污染治理方面的经验，取得了一定的研究成果，是所在的国家重点联合实验室的学术骨干。他们的学术思想活跃，工作作风严紧，踏实，同时拥有长期的合作研究经验，富于探索和创新精神。在水文水资源、环境模拟、环境规划和评价、水土保持、环境保护与污染控制、环境系统管理等方面，开展了多领域多学科基础性研究，具有较强的实验技能和理论基础。2. 课题组的实验室条件本课题组所在单位环境模拟与污染控制国家重点联合实验室水环境模拟实验室，设备齐全，人员齐备，为暴雨径流现场观测和土壤侵蚀试验提供了监测仪器和试验场所。属于本课题组专用的数十台PIII级计算机为本研究所涉及的化学分析、模拟计算、信息处理等提供了充分的保证。但尚需购买部分实验设备和模拟软件，增加部分监测设施。五、课题负责人再次申请博士学科专项基金时，说明本基金原资助课题的执行情况（课题计划、经费、成果）。 无 简表二：课题申请人及主要参加人员的基本情况表姓名出生年月技术职称专业工作单位投入工时（月/年）签名郝芳华1963.3副教授环境水利北师大环科所8王会肖1966.9副研究员水文水资源北师大环科所8王西琴1965.12博士后环境水利北师大环科所8刘 虹1960.8实验师化学分析北师大环科所8吴险峰1970.6博士生水文水资源北师大环科所6李道峰1975.12博士生环境科学北师大环科所6张建永1976.10硕士生数值模拟北师大环科所6孙 峰1977.7硕士生数值模拟北师大环科所6崔 磊1978.10硕士生环境评价北师大环科所5常 影1978.7硕士生环境规划北师大环科所5毕许静1979.3硕士生环境评价北师大环科所5总人数教授副教授讲师博士生硕士生其他人员112135本课题合作单位简单情况： 无 简表三 经费概算 单位：万元人民币合计设备费材料费计算费资料费差旅费6.01.51.00.90.81.8需购置的设备名称数量金额水质分析仪（德国WTW）11.51988年 于河海大学大学硕士申请者简介：最后学位： ；何时何地获上述学位：申请者自1988年工作以来，一直从事水资源、水环境污染及评价等方面的研究，积累了丰富的流域水污染治理方面的经验，并取得了一定的研究成果，参加完成的“网箱养鱼对水质要求、影响及防治措施的研究”课题，曾获得北京市科技进步一等奖，是所在的国家重点联合实验室的学术骨干, 目前在职攻读博士学位。简表四：申请者和主要合作者五年以来的主要研究成果、发表的论文、著作目录（按申请者、合作者；发表时间由新至老顺序填写）序号时间姓名论文、著作名称发表刊物及出版社1234567819991997200119992001200020002001郝芳华等Hao