（环境工程专业论文）旅游景区公路和栈道年径流污染负荷计算模型.pdf

西南交通大学硕士研究生学位论文第1 页 摘要 面源是一种分散的污染源，是指溶解性污染物或固体污染物在大面积降水 和径流冲刷作用汇入受纳水体而引起的水体污染。农业面源和城市地表径流是 两大面污染源，其中公路路面径流是具有单一地表使用功能的地表径流。公路 路面径流一直作为城市地表径流的一部分加以研究，但近年来。公路路面径流 污染负荷因其强度大、对受纳水体的影响严重而被列为次于点源、农业非点源 的第三大污染源，逐渐形成一门相对独立的研究学科。开展路面径流对地表水 体影响的研究对水环境保护，尤其景区水体污染防护工作具有较大的现实意义， 研究方法对同行也有借鉴参考价值。 传统上以降雨事件的平均径流浓度( e f c ) 为基础进行公路面源污染负荷 排放量的估计，但要获取有代表性的平均径流浓度需要进行3 0 5 0 次径流场 试验。九寨沟降雨在夜晚居多，加上旅游区的管理规定，为达到估计公路和栈 道面源污染物负荷目的去进行数十场径流场试验有一定困难。本研究以九寨沟 各湖泊子集水区内的公路和栈道为研究对象，结合九寨沟各方面条件，进行了 实验，分别选择公路和栈道各3 个地点，共设置了6 个人工降雨径流场，取得 了降雨过程中各时段径流量、水质( t p ) 同步监测资料。进行分析后发现累加 负荷曲线近似为一条直线。依据此线性关系，仅需要少量几场人工降雨试验就 能获得基于单位负荷系数的污染物负荷排放模型。 联系到美国学者s c h u e l e r 提出了一种计算模型： l l = 【( c f ) ( 纠 劬f 7 刁( c ) x 1 0 0 ，再运用单位负荷系数，构建出了地表径流负荷模 型：l = a f t p r a e ( 其中口为单位负荷系数，k g c m h m 2 ；三：污染物年排放 负荷，k g l a ：a ：公路或栈道的面积，h 丌1 2 ；f ：预测时段游客密度( 栈道) 或车辆密度( 公路) 与标准时段相应密度的比值；t ：清扫频率参数；p ：年 降雨总量：r ：有效降雨因子) 。并由此估算出九寨沟各湖泊子区公路和栈道排 放到湖泊的总磷负荷值。 在模型中为环境特征因子，在文中估算时近似的取为1 。但在其它公路 环境进行面源计算时，须对环境特征因子e 进行进一步的校正。 关键词：面源：人工降雨；e m c = 计算模型： 西南交通大学硕士研究生学位论文第l l 页 a b s t r a c t t h es u p e r f i c i a lp o l l u t a n ti sal d n do fc o n t a m i n a t i o ns o u r c eo fd i s p e r s i o n ， i t s m e a n i n gi st h a tt h ew a t e ri sp o l l u t e db e c a u s et h ed i s s o l v e dc o n t a m i n a t i o no rt h e s o l i dp o l l u t a n tw e r es c o u r e db yt h eb i ga r e ad e c l i n e sw a t e ra n dr a d i a ls t r e a m t h e s u p e r f i c i a lp o l l u t a n t si n c l u d ea g r i c u l t u r a ls u p e r f i c i a lp o l l u t a n ta n dc i t y e a r t h s s u r f a c er a d i a ls t r e a m a n dt h eh i g h w a ys u r f a c er a d i a ls t r e a mi st h ee a r t h ss u r f a c e r a d i a ls t r e a mt h a th a ss i n g l ee a r t h ss u r f a c eu s a g ef u n c t i o nt of l o w i nt h ep a s t ，t h e h i g h w a ys u r f a c er a d i a ls t r e a mf l o w sh a v eb e e nap a r tt h a tt h ec i t y ：a r t h ss u r f a c e r a d i a ls t r e a mt ot a k ei nt os t u d y b u ti nt h e s ey e a r s ，t h eh i g h w a ys u r f a c es t r e a mh a s g r a d u a ld e v e l o pt oao p p o s i t ea n di n d c p e n d e mr e s e a r c hr e a l mb e c a u s ei t ss e v e r i t y a f f e c t i o n a l o n gw i mg r a d u a lv a l u eo fd o m e s t i ct ot h ee n v i r o n m e n t a lp r o t e c t i o n w o r k ，a n dt h ew a t e rr e s o u r c e si si n c r e a s i n g l yn e e d y 。t h i ss t u d yo f s u r f a c es t r e a m s e e n lt ob eu r g e n ta n dn e c e s s a r y i nt h et r a d i t i o ns i n c et h ea v e r a g ei l i o t i b i a lt r a c to f r a i na f f a i r sf l o w sc o n c e n t r a t i o n ( 目幼t oc a r r yo nt h ee s t i m a t eo ft h a tt h eh i g h w a yl c o n t i a s i so s s e as o u r c e c o n t a m i n a t i o nb u r d e ne x h a u s t sq u a n t i t y , b u tw a n tt oo b t a i na v e r a g ei l i o t i b i a lt r a c to f h a v et h er e p r e s e n t a t i v et of l o wt h ec o n c e n t r a t i o nd e m a n dt oc a r r yo n3 0 5 0i l i o t i b i a l t r a c t st of l o w 吼i n d 0 1t e s tf o rt h eb a s a l n o wi fw a n tt oa c c o u n tt h eq u a n t i t yo f s u r f a c es t r e a m 。t h e r em u s tb ek n o wt h ee m c ，b u tw eh a dn oc o n d i t i o nt og e tt h e e m ci nj i u z h a iv a l l e y s ow em u s tf i n do u tam o d e t h a tc a na v o i dt h ee m c h l i u z h a iw eh a dm a d es i xn l a n u a lr a i n f a l le x a m i n a t i o n st og e ts o m ed a t e a f t e rw e h a da n a l y z e dt h e s ed a t e ，w ef o u n do u ts o m er u l e s d i s c o v e ra f t e rc a r r y i n go n a n a l y s i st i r e da d db u r d e nc n r v et ol o o kl i k et oas t r a i g h tl i n e n e e dal i t t l ea m o u n t a n ds e v e r a la r t i f l c i a l st or a i ni n d o lt e s to n l ya n dt h e nc a na c q u i r et oe x h a u s tm o d e l a c c o r d i n gt ot h ep o l l u t a n tb u r d e no ft h eu n i tb u r d e nc o e f f i c i e n ta c c o r d i n g t ot h i sl i n e s e x u a lb e h a v i o r t h r o u g ht h e s er u l e sa n do t h e ri n f o r m a t i o nw eh a ds e t - u pt h em o d e l ： 三= a f r p r 爿e u s et h em o d e l ，w eh a da c c o u n t e dt h et po ft h el a k e si nj i u z h a iv a l l e y a n d a n a l y z e dt h ep a r a m e t e rei nt h em o d e l i nf a c t ，t h ep a r a m e t e res h o u l dh a v em a n y c o n d i t i o nc a u s e st om a n yr e s u l t s k e y w o r d ：s u p e r f i c i a lp o l l u t a n t = m a n u a lr a i n f a l le x a m i n a t i o n s ：e 肘c ： m o d e l ， 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 页 第1 章绪论 1 1 选题依据及研究意义 在完成四川省发展改革委员会和四川省科技厅九寨沟一黄龙核心景区旅 游生态环境容量研究课题时，为了计算出九寨沟核心景区旅游生态环境容量， 我们必须得明确九寨沟内旅游设施对九寨水体有无污染。如果有，就得计算出 具体的污染量。根据对九寨沟内旅游设施的了解，我们把目标锁定在沟内的最 主要旅游设施：公路和栈道。而这两项对水体的污染都属于面源污染。纵观国 内外，对面源的研究主要集中在农业面源污染和城市地表径流污染，而九寨沟 旅游区作为国家一级自然保护区，无论是其地理位置、自然气候、地形条件、 地表结构、水体特征还是其日常的管理与维护，其内部的公路和栈道的面源污 染都与农业面源污染和城市地表径流污染有很大的差别。所以有必要专门对九 寨沟内的旅游设施排污量进行研究，从而得到一套针对旅游设施排污量的计算 方法。 现今计算面源污染量时都不可避免的要知道平均径流浓度( 删) 【2 】，而 九寨沟的气候条件和管理规定使我们很难测到径流浓度，更别说测出准确的平 均径流浓度。这就要求我们设计出一套可以不用平均径流浓度而能计算出面源 污染量的计算模型。 1 2 面源污染的综述 1 2 1 面源污染的概念 面源( 也称非点污染源) 是一种分散的污染源，是指溶解性污染物或固体污 染物在大面积降水和径流冲刷作用汇入受纳水体而引起的水体污染【l 】。它包括 由农业、养殖业、矿业与大型工程设施、地表径流、大气降尘与降雨以及造林 带来的污染物。面源污染具体是指由于土地利用活动产生的溶解的或固体的污 染物( 主要是地面各种污染如城市垃圾、泥砂、氮磷营养元素、农村家禽粪便、 农田中的化肥农药、重金属及其它有毒有害物质等) ，在降雨产生的径流的淋 溶和冲刷作用下，从非特定的地点随着降水产生的径流进入到受纳水体，从而 造成江、河、湖泊等水体的污染【1 2 】。既包括城市地表雨水径流引起的水体污染， 也包括广大农村地区等地表雨水径流引起的水体污染，它是相对于点源污染而 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 页 提出来的。其污染对受纳水体的影响，取决于距污染源最近的汇水河流的远近 及迁移污染物的径流。 由于面源污染起源复杂、类型繁多，形成过程受区域地理条件、气候条件、 上壤类型与结构，水文条件和植被覆盖类型等因素影响，具有随机性、广泛性、 滞后性、模糊性和潜伏性的特点【2 1 。研究控制难度很大，目前影响着区域地表 水面源计算的准确性及对面源管理和控制的因素主要有两个：( 1 ) 区域内不同 类型土地利用信息的准确性；( 2 ) 面源计算参数的合理性和科学性。 农业面源和城市地表径流是两大面污染源，其中公路路面径流是具有单一 地表使用功能的地表径流m 】。以前，公路路面径流一直作为城市地表径流的 一部分加以研究，但近年来，公路路面径流因其污染强度大、对受纳水体的影 响严重而逐渐发展成为一门相对独立的研究领域。 从地表的可透水性方面来划分，非点源污染又可以分为不可透水性地表径 流及可透水性地表径流两种【3 1 。城市地表、厂区、公路路面、屋面等径流都属 于不可透水性地表径流：而农田耕作区、矿山开发区、林区以及农村居住区等 都属于可透水性地表径流。 1 2 2 面源污染的特征 面源污染的特征可以归纳为下面七个方面i s 】： ( 1 ) 污染物主要发生在与气象事件密切相关的间歇时段，以扩散方式进入水 体，即污染物的来源和排放点不固定，排放具有间歇性，发生具有随机性。因 为非点源污染主要受水文循环( 主要为降雨及降雨形成径流过程) 的影响和支 配，而降雨径流具有随机性，所以由此产生的非点源污染具有随机性? ( 2 ) 非点源污染物在进入地表水体或下渗到地下水之前，主要产生在广阔的 地面上并在地面上迁移。 ( 3 ) 非点源污染很难或者不可能在其源处监测。与点源相比，非点源污染的 监测更为困难、复杂和昂贵。污染过程监测是在地面进行而不是在水中，无法 用排放标准进行限制1 5 0 。故尽可能通过搜集现有数据和现场踏勘，用模型估算， 一般不可能进行直接、准确的监测 ( 4 ) 非点源污染的范围与不可控的气候事件和地质地理条件相关，污染负荷 的时间变化( 次降雨径流过程、年内不同季节及年际间) 和空间( 不同地点) 变化 幅度大。 西南交通大学硕士研究生学位论文第3 页 ( 5 ) 非点源污染的治理集中在土地利用和径流管理措施上，而不是污水处 理。所以不便通过统一收集、集中处理等方式进行控制，只能对污染的来源及 其排放的途径采取控制措施，以减少其危害。 ( 6 ) 非点源污染物可能是由大气污染物沉降或输送形成的，主要受关注的污 染物是沉积物、营养物、重金属和有机物等。 ( 7 ) 点源污染最严重危害发生在枯水期，而非点源污染的严重危害却发生在 暴雨之后。由于非点源污染形成过程受区域地理条件、气候条件、土壤条件、 土壤结构、土地利用方式、植被覆盖和降水过程等多种因素的影响，具有随机 性大、分布范围广、形成机理模糊、潜伏性强、滞后发生和管理控制难度大的 特点。 1 2 3 面源污染研究现状 对面源污染的研究起始于七十年代的美国嗍。在此之前，人们一直认为点 源污染是造成水体污染的主要原因。为保护水资源，美国国会于1 9 7 2 年通过 了水污染法案，规定1 9 8 5 年达到零排放，即要求排入江河的污水必须经过 处理，使水体达到当地地表水原有的水质标准，不德增加江河的污染物负荷， 并期望以此达到完全控制污染的目的。在经过花费大量资金、入力建设许多污 水处理厂后，实际上却没能达到目标。在俄亥俄河、五大湖，当把所有工业废 水和城镇生活污水全都处理之后，水体污染问题并未得到解决。究其原因，发 现是由于暴雨径流把广大地面上的各种污染物都带入了水体( 仅生物化学需氧 量b o d 就占年污染总量的4 0 8 0 ) 。于是，美国国家环保局 ( u s e p a ) 1 9 7 7 1 9 8 1 年的科研计划中，正式提出了面源污染控制的研究课题， 开始了对面源污染的研究。其研究范围既包括广大农村地区地表雨水径流引起 的水体污染，也包括城镇地表雨水径流引起的水体污染。1 9 8 7 年美国国会重 新修订了水污染法案，加入了对来自工厂和城市的地表径流进行控制的条 文【l l 】。之后不久，u s e p a 颁布了相关限制径流排放的法规。 近年来，国外在城市地表径流方面开展了很多研究工作。这些研究工作要 有以下四个方面： 1 2 3 1 确定路面径流中污染物的成分、含量及影响其含量的因素路面径流 中可能携带有固体物质、重金属、营养物质、油和脂、细菌及其它污染物。己 开展的这方面的研究很多，如德国专家gs t o t z 对德国f r g 地区从1 9 7 8 年到 西南交通大学硕士研究生学位论文第4 页 1 9 8 1 年的1 4 5 场降雨所产生径流的8 5 0 个水样进行了分析，分析项目有重金 属、矿物油类、氯化物、化学需氧量( c o d 】、悬浮固体( s s ) 、b o d 、多环芳 烃( p a h s ) 等，并指出了影响各成分含量的因素【2 l ；挪威专家e g j e s s i n g 等人 测定了公路路面径流中p a i l s 和重金属的含量，并指出各种污染物的来源及其 在受纳水体中的分布情况；m a r i av i k l a n d e t 0 9 9 8 ) 测试了沉积于s w e d e n 街道上 的沉积物的颗粒级配及颗粒中重金属的含量，研究了其与交通流量及周围区域 环境的关系；c h a r a c k l i s 等人( 1 9 9 7 ) 通过对晴天和雨天时市政排水系统排水口 处的水质监测，研究了地表径流中溶解态及胶体态金属含量的分布【| 】；m a w h g r e e n 利用一种依据降雨强度大小按比例采样的仪器w a r r e nj o n e sw j 2 2 对 城市机动车道路面径流进行采样分析，分析了径流中嚣，氯化物、b o d 、金 属等污染物的含量，并分析了汽车交通、大气降尘、风况、冬季除冰撒盐、路 面清扫等因素对径流水质的影响；d a r r e n 等人对澳大利亚b r i s b a n e 市周围公 路的2 1 个测点的1 2 场降雨引起的路面径流进行了为期1 8 个月的测试研究， 分析了径流中尉、凯氏氮( r u x 3 、总磷( z n 、重金属等污染物的浓度，并研究 了径流中污染物的浓度与交通量、路面类型、测点特征之间的关系。 1 2 3 2 确定污染源及污染物从路面到受纳水体的迁移过程大量的研究结果 表明。引起路面径流污染的污染源很多。其中，机动车辆的运行被认为是最重 要的污染源。依据交通量、运行习惯、路况和车况的不同，排放的污染物质有： 轮胎颗粒、筑路材料颗粒、燃料燃烧排放物、发动机油料和所运送物资的泄漏 物、燃料和其它与车辆相关的液体、刹车连接装置产生的颗粒物等。这些物质 晴天累积于路面，雨天即被径流冲刷随径流进入水体。国外对污染物由路面迁 移到受纳水体的过程也进行了大量的研究，如h u b e 和d i c k e n s o n 于1 9 8 8 年发 表了污染物在晴天时的累积模式，该模式认为污染物在晴天的累积量是时间的 指数函数脚】；m e t c a l f 和e d d y 等人于1 9 7 1 年提出地表污染物的冲刷模型，该 模型认为径流过程中不透水地表表层沉积物的冲刷速率与沉积的污染物量成 正比；d e l e t i c 等人于1 9 9 8 采用自动监测设备对城市地表雨水口处径流雨水水 质的p h , 温度、浊度及电导率进行了连续测定，获得了大量的数据，并给出 了固体排放速率与地表径流量的相关式【2 6 】；s a n s a l o n e 等人( 1 9 9 7 ) 报导了城市 道路路面径流中重金属污染物的测试研究结果，分析了溶解态及非溶解态金属 的径流排放特征p 2 1 。目前，国外许多国家通过对多年暴雨径流监测数据进行统 计分析和计算机模拟，建立了很多用于描述径流过程的数学模型，常见的有 西南交通大学硕士研究生学位论文第5 页 s w m m , n p s 、m o s q i t o ，f l u p o l 等。 1 2 3 3 分析这些污染物质对受纳水体水质的影响上述污染物质随径流进入 水体后对水体水质的影响很大，水体的许多物理、化学性质随之改变，受纳水 体的化学性质有时被排入的路面径流所主导。据j b e l l i s 的研究，受纳水体 中金属含量的3 5 9 扣7 5 来自于公路路面径流，其中来自公路路面径流的c d ， c u ，p b ，z n 的含量分别占水体总含量的4 6 ，7 8 ，4 7 ，1 3 t o l ；g s t o t z 的研究认为，公路路面径流中p a h s 的含量是未受污染的河水或湖泊水的 5 0 - 6 0 倍p5 l ；香港环保部门已经认定路面径流是维多利亚港的潜在污染源，在 b o d d c n 河中检测到的c h 4 和n 2 0 与来自p e e n e 地区的路面径流有关l 。 1 2 3 4 针对路面径流中的污染物，研究必要的污染控制措施 b m a e s t r i 和b n ，l 0 r d 按照联邦公路管理委员会f h w a ( t h ef e d e r a l h i g h w a ya d m i n i s t r a t i o n ) 的要求，以减少路面径流带入受纳水体的污染负荷为 目的，研究了几种暴雨径流管理控制措施，认为植被控制、湿式滞留池、渗滤 系统和湿地是几种有效的公路路面径流污染控制措施1 ；j j s a n s a l o n ea n d s g b u c h b e r g e r 等人的研究表明，渗滤系统阳r i f , a r t i a l e x f i l t r a f i o n t r e n c h ) 可以 有效去除公路路面径流中的重金属、嚣和p a h s 等污染物质；y a y o u s e f 和t h v i t v e d - l a c o b s e n 等人在弗罗里达州o r l a n d o 地区的某公路上就植草管道对公 路径流中营养物质和重金属的去除效率的问题进行了为期9 个月的研究，结果 表明植草管道对重金属、尤其是呈离子状态的重金属有很好的截留效果，其对 历，丹，m ，c 的去除效率分别为6 2 、5 7 、，5 1 、4 3 【卅： a l e x a n d r e g o r d i n e 和b a r r yj a d a m s 研究了渗滤系统、干式滞留池、湿式滞留池、沉淀 池等径流控制措施，分析了各种措施对污染物的去除机理、设计方法及处理效 率，并认为渗滤系统中的渗坑是一种最有效的径流污染控制方法，设计合理、 维护良好的渗坑对污染物的去除效率可达9 8 t 卅：j s a r t e 和d r ，g a b o u 的研 究表明，尽管路面清扫对小粒径污染颗粒的去除效果较差，但在某些特殊情况 下的路面清扫工作对控制径流污染仍有很大的意义；此外，在冰雪季节控制除 冰剂的使用，对控制路面径流对受纳水体的污染也具有重要的意义伫6 l 。 国内对此类课题的研究，突出的有中国环境科学研究所的夏青等人运用系 统分析的方法对北京地区城市径流的污染进行概化的研究外，和长安大学环境 工程研究所的老师对西安市南二环路机动车道路面雨水径流和西安一临撞高 速公路路面径流做过的一些测试。 西南交通大学硕士研究生学位论文第6 页 1 2 4 面源径流对受纳水体水质影响的研究方法 迄今为止，面源径流的研究已发展成为- - f 3 独立的研究领域【2 1 。我国对路 面径流的研究目前仅限于在对公路建设项目进行环境影响评价时，就路面径流 对地表水体水质的影响进行了一些浅显的研究工作。由于各国情况有别，且随 着国内对环境保护工作的逐渐重视，水资源的日益贫乏，开展路面径流对地表 水体影响的研究工作显得尤为迫切和必要。 在进行路面径流对地表水体影响的研究工作时，重点在于对水体水质的影响 t l q 。由于路面径流污染源分布广泛、污染物的种类和浓度受多种因素的影响， 且污染排放的随机性大，方式多样，而且在自然环境状态下，水体的水质总是 受地理、水文和地形等因素的综合支配，还要加上地球化学和生物化学的种种 作用，所以通过对水体进行直接的监测研究、从而全面评价路面径流对水体水 质的影响是一项十分庞大的工作。即使使用现代先进的采样和分析方法，耗费 大量的人力、物力和财力，也不可能全面做到，而且在雨天时，地表水体的水 质并非仅仅为路面径流所影响，它还可能受到雨水本身携带的污染物、农田径 流中的污染物以及排水体制为合流制时的雨天溢流所影响，所以河流水质监测 结果的变化并非仅仅是路面径流作用结果的反应1 1 3 l 。所以，通过对水体水质进 行直接的监测来评价路面径流对受纳水体的水质影响虽然直观但有很大的局 限性。经研究分析认为，污染负荷法和受纳水体水质变化的数学模型计算法是 对这一问题进行研究的有效方法m l 。 现在应用比较广泛的计算面源径流污染负荷量的方法主要是采用平均径 流浓度( e 纪) 计算负荷量的方法【2 6 1 。如一场降雨径流全过程的污染物质量 负荷可由e m c 与总降雨量之积表示，即 l i = ( e m c ) i v i( 1 ) 那么年污染负荷就可以表示为： 砂= ( e m c ) g v i ( 2 ) l f f i l 在利用上式计算地表径流年污染负荷时，需要知道一年内每场次降雨的径 流量和e m c 值，这是很难做到的。通常采用上述参变量的平均值来计算年污 染负荷。美国学者s c h u c l c r0 9 8 7 ) 提出了一种简便的计算模型【b l ： l t = 【( c f h x a ) ( p x c ) 】1 0 0 ( 3 ) 西南交通大学硕士研究生学位论文第7 页 式中： l ，一计算时段内径流排放污染负荷，蚝； c ，一产流降雨校正因子：产生径流的降雨事件占总降雨时间的比例； 甲一平均径流系数，径流量i n 3 ，降雨量m 3 ； 一集雨区面积，l 髓2 ； p 一计算时段内的降雨量，m m ； c 一污染物的加权平均浓度，m g 几；通常，c 以次降雨径流平均浓度e m c ( e v e n tm e a nc o n c e n t r a t i o n ) 来表达： l o 旺单位换算因子； 1 3 论文研究思路、研究内容及技术路线 上述阐述指出了课题研究的意义和必要性，论文主要是针对九寨沟旅游设 施的径流污染负荷计算，建立地表径流负荷模型。 1 3 1 论文研究思路 在运用s c h u c l c r 模型进行负荷估计时，平均e m c 值不容易测准。通常的 规律是。测的降雨场次越多，e m c 值越小；测的降雨场次越少。e m c 值越大 1 1 4 1 。t h o m s o n 等人1 9 9 7 年在m i n n e s o t a 对公路路面径流污染物浓度进行的研 究证明，至少要对一个地区1 5 2 0 场降雨径流的实测计算才能较好地得出该 地区的径流平均浓度。几分钟的次降雨和更长时间的次降雨之间e m c 有很大 差别。 在对九寨沟公路和栈道面源排放负荷进行研究时，一方面，我们不具备 大量的实测资料以能测准e m c ；另一方面，希望能找到一种收敛更快的参变 量，以建立一种能替代平均径流浓度( e f c ) 而直接计算污染负荷的模型。 结合九寨沟风景区的自身条件，在已有的面源污染计算方法上，根据九寨 沟旅游设施的径流污染特点，建立一套专门针对旅游设施的、无需测出平均径 流浓度的计算面源污染量模型。最后用此模型实地计算出九寨沟内的公路和栈 道即公路和栈道对附近水体的污染量。 1 3 2 论文研究内容 根据上述研究思路，本论文的主要研究内容包括： 西南交通大学硕士研究生学位论文第8 页 1 3 2 1 研究九寨沟内公路和栈道的径流污染特点：九寨沟内的公路和栈道 主要为公路和栈道，这两项对周围附近水体造成的污染主要是由于降雨冲刷其 表面污染物形成的径流污染。其污染方式为面源污染，从属面源污染的一般规 律。但是由于九寨沟为国家一级风景保护区，它独特的地貌特征、气候条件使 其降雨量、降雨雨强、降雨频率与其它地方有很大的差别。所以有必要针对九 寨沟特殊的自然条件，归纳出它的径流污染特点。 1 3 2 2 面源污染的计算方法：要想计算出九寨沟内旅游公路和栈道对水体 的污染负荷量，就必须先研究一般面源污染特别是公路径流污染的计算方法。 判断哪些方法可适用于九寨径流污染计算，还存在哪些缺陷。 1 3 2 3 结合九寨径流污染的自身特点，建立径流污染负荷计算模型首先， 针对九寨沟景区的特点，设计出一套符合九寨气候条件、地理状况、管理规定 的实验方案。力求通过实验为后面的建模提供方向指导、实验数据、检测目标。 其次，按计划完成相应的实验，化验、整理出各项资料，为以后的建模 作准备。 第三，分析实验数据，找出其中的规律，再比较一下公路径流污染负荷 的方法，发现两者的异同点，并分析原因。 最后，根据实验资料中所蕴含的规律，建立适合九寨沟旅游交通径流污染 负荷计算模型。并对模型的优缺点进行分析。 1 4 论文研究技术路线 根据以上所述的研究内容，本论文的主要研究思路和技术路线如图1 1 。 西南交通大学硕士研究生学位论文第9 页 图i - i 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 0 页 通过本次研究工作，拟解决的关键问题有： 1 公路面源单位负荷系数研究。 2 九寨公路和栈道径流污染排放特点。 3 九寨沟内实验资料的分析。 4 九寨公路和栈道径流污染负荷计算模型的建立。 1 5 论文创新性 对现在普遍使用的采用平均径流浓度来计算地表径流污染的计算模型进 行的改进，建立旅游设施的地表径流污染负荷模型。具有一定的创新性。 西南交通大学硕士研究生学位论文第11 页 第2 章九寨沟的环境背景 2 1 九寨沟的自然环境 2 1 1 九寨沟的气候环境 九寨沟地处我国北亚热带秦巴湿润区与青藏高原波密一川西湿润区的过 度地带，其北有高大的秦岭山脉屏蔽，大大削弱了冬季从蒙古高原的冷高压寒 流对本区的影响，东南受龙门山的阻挡，使来自太平洋的暖湿气流多在龙门山 东坡停留，而九寨沟处龙门山西坡，故降水偏少。这样就使九寨沟在气候上 表现出冷凉干燥的季风气候特征，气候垂直分带明显。 九寨沟风景区月平均气温的变化规律是：一年中1 月份为最低，平均温度 为3 3 ，7 月份为最高，平均温度为1 7 9 c ，2 至7 月气温为上升阶段，3 到5 月上升最大，可达1 l 以上。6 到7 月上升缓慢，7 月达全年平均温度的 最高值，也是最热的时期，以后开始下降，1 0 到1 1 月降幅最大，可达6 度以 上，然后进入冬季。月平均气温在o 以下的月份为1 2 月、1 月、2 月【i 7 】。 九寨沟风景区的平均湿度6 0 ，年平均降水量为6 7 5 毫米，2 0 0 0 年降 水量是7 1 4 4 毫米、2 0 0 1 年降水量为7 7 1 4 毫米，2 0 0 2 年降水量是5 3 9 1 毫 米，2 0 0 3 年降水量为6 2 9 2 毫米。 由于九寨沟风景区各景点的海拔高度差异较大，降雪开始期有所不同，九 寨沟沟口降雪开始期一般在1 2 月上旬：扎如寺降雪开始期一般在1 1 月下旬； 长海降雪开始期一般在1 1 月上中旬：原始森林降雪开始期一般在l o 月下旬。 降雪发生较多的月份出现在3 4 月，积雪深度一般在l 肛1 5 厘米。 沟内平均风速较大值主要出现2 、3 、4 月份，平均风速1 4 2 米7 秒，平均 风速较小值主要出现7 、9 、1 1 月份，平均风速1 0 5 米秒；平均风速的极大 值出现在2 0 0 2 年4 月，平均风速为1 9 米秒：平均风速的极小值出现在2 0 0 0 年6 、7 月，平均风速为0 8 米秒。 则查洼沟全年主要以n w 西北风为主，在1 月、2 月、3 月风向的日变化 不大，主要以n w 西北风为主。其他月份分别有s e 东南、e s e 东东南等风向， 主要发生在8 时和2 0 时，1 4 时常年均为n w 西北风。 九寨沟地处我国北亚热带秦巴湿润区与青藏高原波密川西湿润区的过渡 西南交通大学硕士研究生学位论文第12 页 地带。其东南受龙门山的阻挡，使来自太平洋的暖湿气流多在龙门山东坡停留， 而九寨沟处龙门山西坡，故降水偏少【l q 。另一方面，九寨沟北部有高大的秦岭 山脉屏护，大大削弱了冬季从蒙古高原来的冷高压寒流对本区域的影响。这样 就使九寨沟在气候上表现出冷凉干燥的季风气候特征，气候垂直差异大。 区内海拔2 3 8 9 m 的诺日朗附近年平均气温5 5 ，七月极端最高气温 3 2 6 ，一月极端最低气温2 0 2 ，积雪期从每年1 1 月至次年4 月，最大积 雪深度达1 5 0 r a m ，全年无霜期l o o d 左右。年日照时数为1 6 0 0 小时，日平均 气温大于l o 的累积温度为3 0 0 0 一3 5 0 0 ，相对湿度为6 0 _ - 7 0 。年平均降 水量约7 6 1 8 m m ，年水面蒸发量7 4 6 2 m m ，陆面蒸发量2 7 5 m m 。 由于尚无九寨沟内长期的气象资料，而九寨沟距县城不足4 0 k m ，且无高 山阻隔，其气候变化与县城应趋一致。县城多年平均年降雨量为5 5 5 6 m m ， 1 9 5 9 年至1 9 9 8 年闻，最高年降雨量( 1 9 9 0 年) 为7 5 0 2 m m ，是最低年( 1 9 9 6 年) 的2 0 9 倍( 3 5 9 2 m m ) ，年降雨量少于5 0 0 m m 的占1 7 5 ；年降雨量大于6 0 0 m m 的占2 5 ；多数接近平均值。根据南坪气象站在城关后山的梯度观测资料， 降雨量、蒸发量、气温等要素均存在明显的高度效应9 ”。随地形每升高l o o m ， 气温降低约0 5 5 ，年蒸发量降低约2 5 2 m m ，而年降雨量增加2 4 4 m m 左右。 将九寨沟海拔2 3 8 9 m 的诺日朗气象观测站资料( 1 9 9 6 6 2 0 0 0 4 ) 与南坪气象站资 料对比，其大致与此结论相符合。因此，九寨沟降雨动态特征可参考南坪城关 降雨动态特征。 九寨沟降雨月季变化差异明显嗍。冬季降水较少，夏秋季节降水增多。降 雨多集中在5 一l o 月，占全年降水总量的7 5 ，常以暴雨的形式出现。降雨 的年内分配必然引起径流发生相应的变化。由于九寨沟降雨量年内分配曲线呈 现出两峰特征。因此，九寨沟下游的白河洪峰出现在7 月和9 月，一般都有 两个峰，使流量过程线呈马鞍形。 2 1 2 水文特征 九寨沟地处蛾江、嘉陵江三江江水分水岭地区。九寨沟地区处嘉陵江上 游白水河流域的西部。白水河发源于弓嘎岭斗鸡台，在黑河桥与黑河汇合，全 长5 7 k m ，水流湍急，河床平均比降为2 。九寨沟流域内主要河道内分布着 大量的，呈串珠状排列的高山湖泊( 海子) ，湖泊的总面积约2 8 5 k m 2 。其中以 则查洼沟上游的革海为最，水域面积为0 9 2 8 4 4 k m 2 。 西南交通大学硕士研究生学位论文第13 页 地表水体总体上由南向北径流，地表径流主要受大气降水和地下水补给。 由于降水年内分配不均，下游自水河洪峰出现在7 月和9 月，呈现双蜂特征。 九寨沟河流流量年内分配大体可以划分为枯水期( 或低水位期) ：1 1 3 月；平水 期：4 5 月和1 0 - 1 1 月：丰水期：6 - 9 月。洪枯期的月流量变幅系数为4 2 左右。 2 1 3 地貌特征及生态旅游资源 被彗灯童 看世界的力寨浏嘲坠哟艴蹲经1 0 3 0 4 6 - 1 0 4 0 4 和北纬3 2 。5 4 - 3 3 。1 9 之间。九寨沟是长江水系嘉陵江上游白水江源头的一条大支沟，流域面积 6 5 1 3 4 5 k m 2 。行政区划属四川i 省阿坝藏族羌族自治州九寨沟县( 原南坪县) ， 因沟中原有荷叶、盘亚、亚拉、尖盘、黑果、树正、则查洼、热西、郭都九个 藏族寨子而得名p ”。进入九寨沟最主要的交通线是九寨沟环形公路线( 九环 线) 。由成都出发，可经都江堰、汶川、茂县、松潘至九寨沟，里程4 3 8 k m ； 也可经广汉、绵阳、江油、平武、九寨沟县至九寨沟，里程4 7 2 k m 。另外， 由2 1 3 国道上的文县、保成铁路上的广元或江油均可转道进入九寨沟。 保护区东以甘孜公盖山顶、马家乡行政界线、王郎保护区界为界；南与松 潘县境内的黄龙寺保护区为邻，西与松潘县县界沿杂马且木德普山主山脊而下 到比芒，顺塔藏乡行政区划界线九寨沟口为界；北以扎如沟北面大山脊为界， 保护区总面积6 4 2 9 7 3 h m 2 。其中森林面积为2 7 7 9 3 k i n 2 ，占全流域面积的4 2 ，九寨沟内村寨耕地面积为6 1 4 k i n 2 ，接近全流域面积的1 。九寨沟流域 由扎如沟、荷叶沟、黑果沟、丹祖沟、日则沟和则查洼沟等6 条主要沟谷组成， 其中最大的一条沟为则查洼沟，流域面积为2 1 9 6 9 k i n 2 ，其次是日则沟，流域 面眵沩1 6 6 0 0 k 矗。九寨沟流域的水流自南向北流，流域的最高点在流域最南端 分水岭上的朵尔纳，海拔高度为4 7 6 4 m ，最低点在流域最北端的九寨沟与白水 河交汇处，海拔高度为1 9 9 6 m ，最大相对高差达2 7 6 8 m ，最大高差之间的水 平距离约4 6 k m 。在各主要支沟中，沟口高程都在2 0 0 0 m 以上t 砷。地处青藏高 原之东北部，是青藏高原向四川盆地陡跌的两大地貌单元的过渡地带，是我国 第一大地形台阶的坎前转折部位，在四川地貌图上属于盆地外围山地区，总体 上南高北低，西高东低。 区内以树正、日则和则查洼沟构成叩字地形，地势南高北低，起伏大， 最大相对高差达2 7 6 8 m ，平均相对高差大于1 6 0 0 m 。沟谷纵横，河网密度人 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 4 页 于o 8 k i n k i n 2 ；谷地狭窄，其宽度都小于2 0 0 m 。最大宽深比可达4 5 1 m ，平均 2 , 0 1 m ，属于高山峡谷地貌区，并呈现垂直性的山地地貌景观。 根据研究区内阶梯状地貌的特点以及地貌的形成作用和微地貌形态组合、 气候差异、植被组合等特征可划分为荷叶流水侵蚀堆积山地小区、则查洼岩溶 流水侵蚀山地小区、红星岩冰蚀山地小区，再以海拔高度和相对高度、植被特 征等，可进一步划分出极高山、高山、高中山和中山四种地貌类型。山地等级 是根据研究区的具体条件拟定的：极高山与高山界线为海拔5 0 0 0 m ；高山与中 高山的界线为海拔3 8 0 0 m ，为本区的森林上限；中高山与中山界线为海拔 2 8 0 0 m ，为高山针叶林带的下限。区内山峦重迭，湖泊跌宕，垂壁千切，雪山 高耸，组合成水光浮翠、倒映林岚的九寨自然奇景【2 5 1 。 游览区海拔2 0 0 0 米3 1 0 0 米，气候宜人，冬无寒风，夏季凉爽，四季美 丽，是世界上旅游环境最佳的景区之一。九寨沟集翠海、叠瀑、彩林、雪山和 藏族民俗文化于一体，原始和天然是她的个性和特征。在景区的树正沟、日则 沟和则渣洼沟“丫”字形沟内，分布着1 1 4 个翠海、4 7 眼泉水、1 7 群瀑布、1 l 段激流、5 处钙化滩流和9 个藏寨。景区面积1 3 2 0 平方公里，原始森林3 万 公顷，原生物种2 5 7 6 种，有大熊猫、金丝猴、独叶草等国家保护的动植物几 十种。九寨沟的水是九寨沟的灵魂，因其清纯洁净、晶莹剔透、色彩丰富、故 有“九寨沟归来不看水”之说i 洲。水、倒影、石磨、藏寨、经幡和藏羌歌舞等， 构成了九寨沟独特的旅游文化。九寨沟风景名胜区于1 9 9 2 年被列入世界自 然遗产名录；1 9 9 7 年被纳入世界人与生物圈保护区；2 0 0 0 年评为中国首批 a a a a 级景区；2 0 0 1 年2 月取得“绿色环球2 l ”证书。九寨沟风景区是全国优 秀风景名胜区、中国风景名胜4 0 佳、四j i l 省三大旅游精品之首。 2 2 九寨沟内子集水区划分及湖泊周围公路和栈道分布 2 2 1 湖泊景观特征及分布 九寨沟沟谷相对高差较大，沟床比降大( 见表2 1 ) ，从而各沟湖泊在剖面 上具有梯田状。湖泊瀑布景观是九寨沟的主体景观，区内观赏性很强的海子有 1 3 个( 见图2 1 ) ，它们分别为则查洼沟的草海、五彩池、上季节海、下季节海： 日则沟的箭竹海、熊猫海、五花海、金铃海、镜海；九寨沟的犀牛海、卧龙海、 五花海和芦苇海。瀑布景观有日则沟的高瀑布、珍珠滩瀑布、诺日郎瀑布：九 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 5 页 寨沟的树正瀑布、卧龙群海瀑布。九寨沟的海子瀑布相邻相依，动静交替，具 有浓郁的诗情画意0 0 l 。 表2 - 1 九寨沟流域及其主要沟谷特征单位：r a 项目 沟口海拔高 最高山峰海最大相对 沟长 流域平均流域面积 沟名 度( m ) 拔( m )高差( m )( m )宽度( m )( m 九寨沟 1 9 9 64 7 6 42 7 6 84 3 8 7 51 4 8 2 86 5 05 8 扎如沟 2 1 2 6 4 5 2 82 5 0 22 2 5 5 04 6 7 8 1 0 55 0 荷叶沟 2 1 8 04 1 1 0 1 9 4 9 9 2 4 52 6 5 82 4 5 7 黑果沟2 4 1 04 3 5 42 1 7 47 6 0 52 8 6 l2 l7 6 丹祖沟2 4