（环境工程专业论文）基于swat模型的浙江省安吉县西苕溪流域非点源污染研究.pdf

浙江大学硕士学位论文 摘要 2 1 世纪以来，随着经济的不断发展，水体污染已经成为我国重要的环境问题。 随着点源污染逐步得到控制，非点源污染已成为我国水体污染的主要来源。西苕 溪是太湖流域上游的重要水源，与太湖的水质密切相关。但是目前西苕溪流域的 非点源污染仍缺乏系统全面的研究，难以为该流域非点源污染的控制和管理提供 强有力的科学支撑。鉴于此，本研究以浙江省安吉县西苕溪流域为研究区域，运 用污染物输入系数法对该流域的非点源污染现状进行评估，采用水质指数法 ( w a t e rq u a l i t yi n d e x ，w q i ) 对该流域的水质状况进行评定，然后基于地理信 息系统( g i s ) ，应用s w a t 模型对西苕溪流域的非点源污染进行评估和模拟， 以了解非点源污染负荷的时空分布和迁移转化规律，以期为整个流域非点源污染 的控制和管理提供参考依据。本文主要研究成果如下： ( 1 ) 浙江省安吉县西苕溪流域非点源污染c o d 、t n 、t p 、n h 3 - n 输出总 量分别为22 3 6 1 2t 、l0 0 7 2 2t 、7 8 1 1t 、8 2 9 0t ，其中农村生活污水、农林用地 和村镇工业废水是c o d 的主要污染源，农林用地是t n 的主要污染源，农村生 活垃圾、畜禽养殖和农林用地是t p 的主要污染源，畜禽养殖和村镇工业废水是 n h 3 - n 的主要污染源。在空间尺度上，非点源污染负荷主要集中在西苕溪流域中 下游地区，c o d 、t p 、n h 3 - n 输出量从上游至下游逐渐增加，但t n 输出量相 近。 ( 2 ) 西苕溪流域各支流水质的时间变化表现为：1 3 ( 或5 ) 月水质逐渐改 善，3 ( 或5 ) 7 月水质逐渐恶化，在7 月水质最差，7 11 月水质又逐渐好转。 西苕溪流域整体水质较好，但是从西苕溪流域上游至下游地区水质逐渐恶化，中 游地区水质最差，除晓墅溪外，西苕溪各支流的水质均呈恶化趋势。 ( 3 ) 浙江省安吉县西苕溪流域2 0 0 0 2 0 0 8 年泥沙、有机氮、硝态氮、氨氮、 有机磷和矿物磷的年均单位面积输出量分别为25 0 8 3 5t k m 2 、2 7 7 0 1k g k m 2 、 5 5 3 0 1k g k m 2 、1 0 3 1 8k g k m 2 、3 0 8 8k g k m 2 和4 2 8 5k g k m 2 。浙江省安吉县西苕 溪流域降雨和径流对泥沙影响很大，泥沙、径流和降雨对非点源污染负荷影响很 大，依次表现为泥沙 径流 降雨；泥沙和非点源污染负荷的变化特征与降雨和 径流基本一致，且主要集中在降雨量较大时期。泥沙和非点源污染输出量主要来 浙江大学硕士学位论文 源于浙江省安吉县西苕溪流域中下游。西苕溪流域非点源污染氮负荷的流失形态 以可溶态为主，磷负荷的流失形态以颗粒态为主。径流和水土流失对浙江省安吉 县西苕溪流域非点源污染影响最大。因此，在进行浙江省安吉县西苕溪流域非点 源污染负荷的控制和管理时，一方面需要合理使用化肥和加强源头控制，另一方 面需要采取积极有效的措施，提高植被覆盖度，减小径流产生量，减少水土流失。 关键词：水体污染；西苕溪流域；非点源污染；s w a t 模型；水质 浙江大学硕士学位论文 a b s t r a c t i nt h e21s tc e n t u r y , w i t ht h ed e v e l o p m e n to fe c o n o m y , w a t e rp o l l u t i o nh a s b e c o m eac r u t i a li s s u ei nc h m a w i t hg r a d u a lc o n t r o lo fp o i n ts o u r c ep o l l u t i o n , n o n p o i n ts o u r c ep o l l u t i o nh a su p g r a d e dt o am a i ns o u r eo fw a t e rp o l l u t i o n x i t i a o x i w a t e r s h e di sav i t a lw a t e rs o u r c ei nt h eu p s t r e a mo ft a il a k ew a t e r s h e d ，a n dw a t e r q u a l i t yo ft a il a k ei sc l o s e l yl i n k e dt ot h a to fx i t i a oc r e e k h o w e v e r , t h a tl a c k so f s y s t e m a t i c a n dc o m p r e h e n s i v es t u d i e so nn o n p o i n ts o u r c e p o l l u t i o no fx i t i a o x i w a t e r s h e di sd i f f i c u l tt op r o v i d es t r o n ga n dp o w e r f u ls c e n t i f i c a ls u p p o r tf o rc o n t r o l a n dm a n a g e m e mo fn o n p o i n ts o u r c ep o l l u t i o n i nv i e wo ft h i s ，t a k i n gx i t i a o x i w a t e r s h e di na n j ic o u n t y , z h e j i a n gp r o v i n c ea sas t u d ya r e a ，t h ee x p o r tc o e f f i c i e n t m e t h o dw a su s e dt oe s t i m a t et h ee x p o r to fn o n p o i n ts o u r c ep o l l u t i o nl o a d i n g sa n d w a t e rq u a l i t yi n d e x ( w q i ) w a sa p p l i e dt o i d e n t i f yw a t e rq u a l i t y t h e nb a s e do n g e o g r a p h i ci n f o r m a t i o ns y s t e m ( g i s ) ，s w a tm o d e lw a su t i l i z e d t os t i m u l a t ea n d e v a l u a t en o n p o i n ts o u r c ep o l l u t i o no fx i t i a o x iw a t e r s h e dt ou n d e r s t a n dt h et e m p o r a l a n d s p a t i a ld i s t r i b u t i o no fn o n p o i n ts o u r c ep o l l u t i o nl o a d i n g sa n dt h el a w o fm i g r a t i o n a n dt r a n s f o r m a t i o no ft h a t ，s u p p o s e dt op r o v i d er e f e r e n c eb a s i sf o rc o n t r o la n d m a n a g e m e n to f n o n p o i n ts o u r c ep o l l u t i o n t h em a i nr e s e a r c hr e s u l t sw e r ea sf o l l o w s ： ( 1 ) t h et o t a le x p o r to fc h e m i c a lo x y g e nd e m a n d ( c o d ) ，t o t a ln i t r o g e n ( t n ) ， t o t a lp h o s p h o r u s ( t p ) ，a m m o n i an i t r o g e n ( n h a - n ) w a s22 3 6 12t ，10 0 7 2 2t ，7 8 11t ， 8 2 9 0t m o r e o v e r , i tw a sf o u n dt h a tr u r a ls e w a g e a g r i c u l t u r a la n df o r e s tl a n d sa n d r u r a li n d u s t r i a lw a s t e w a t e rw e r em a i ns o u r c e so fc o d ，w h i l ea g r i c u l t u r a la n df o r e s t l a n d sw a st h el a r g e s tc o n t r i b u t o rt ot n m o s to ft pw a sc o n t r i b u t e db yr u r a lg a r b a g e ， l i v e s t o c ka n dp o u l t r ya n da g r i c u l t u r a la n df o r e s tl a n d s ，a n dn h 3 - nm o s t l yc a m ef r o m l i v e s t o c ka n dp o u l t r ya n dr u r a li n d u s t r i a lw a s t e w a t e r s p a t i a l l y , t h en o n p oi n ts o u r c e p o l l u t i o nl o a d i n g sw e r em a i n l yc o n c e n t r a t e di nm i d s t r e a ma n dd o w n s t r e a ma r e a so f x i t i a o x iw a t e r s h e d t h ee x p o r t so fn u t r i e n t ss u c ha sc o da n dt pa n dn h 3 - n i n c r e a s e dc o n t a n t l yf r o mu p s t r e a mt od o w n s t r e a ma r e a sw h i l et nh a ds i m i l a re x p o r t s ( 2 ) a l lt r i b u t a r i e so fx i t i a o x iw a t e r s h e dp r e s e n t e do b v i o u st e m p o r a lv a r i a t i o n t h a tw a t e rq u a l i t yg r a d u a l l yi m p r o v e df r o mj a n u a r yt om a r c h ( o rm a y ) a n dt h e n 浙江大学硕士学位论文 d e c l i n e df r o mm a r c h ( o rm a y ) t oj u l y ，t h ew o r s ti nj u l y , a n dt h e ni m p r o v e dg r a d u a l l y a g a i nf r o mj u l yt on o v e m b e ri nx i t i a o x iw a t e r s h e d h o w e v e r , t h eo v e r a l l w a t e r q u a l i t yo fx i t i a o x iw a t e r s h e dw a sg o o d ，s h o w i n gt h a tw a t e rq u a l i t yg r a d u a l l yd e c l i n e d f r o mu p s t r e a mt od o w m s t r e a r r t , t h ew o r s ti nm i d s t r e a ma n dt h ew a t e rq u a l i t yo fa l l t r i b u t a r i e sd e c l i n e db u tx i a o s h uc r e e k ( 3 ) t h ea n n u a la v e r a g ee x p o r tp e ru n i ta r e ao fs e d i m e n t ，o r g a n i cn i t r o g e n , n i t r a t en i t r o g e n , a m m o n i an i t r o g e n , o r g a n i cp h o s p h o r u sa n dm i n e r a lp h o s p h o r u so f x i t i a o x iw a t e r s h e di na n jic o u n t y , z h e ji a n gp r o v i n c ef r o m2 0 0 0t o2 0 0 8 ，r e s p e c t i v e l y , w a s25 0 8 3 5t k m 2 ，2 7 7 0 1k g k m 2 ，5 5 3 0 1k g k m 2 ，1 0 3 1 8k g k m 2 ，3 0 8 8k g k m 2a n d 4 2 8 5k g k m 2 t h er a i n f a l la n dr u n o f fh a dah u g ei m p a c to ns e d i m e n to fx i t i a o x i w a t e r s h e d t h er a i n f a l la n dr u n o f fa n ds e d i m e n th a dah u g ee f f e c to nn o n p o i n ts o u r c e p o l l u t i o nl o a d i n g so f x i t i a o x iw a t e r s h e d ，i na n j ic o u n t y , z h e j i a n gp r o v i n c e ，s h o w i n g f r o mh i g ht ol o wa sf o l l o w s ：s e d i m e n t r u n o f f r a i n f a l l t h es e d i m e n ta n dn o n p o i n t s o u r c ep o l l u t i o nl o a d i n g s ，w h i c hw e r em o s t l yc o n c e n t r a t e do ns u f f i c i e n tr a i n f a l l p e r i o d ，h a dt h es a m et r e n dw i t hr a i n f a l la n dr u n o f f t h ee x p o r t so fs e d i m e n ta n d n o n p o i n t s o u r c e p o l l u t i o nl o a d i n g s w e r em a i n l yf i o mt h em i d d l e s t r e a ma n d d o w n s t r e a mo f x i t i a o x iw a t e r s h e di na n j ic o u n t y , z h e j i a n gp r o v i n c e t h em a i nf o r m o fl o s so fn i t r o g e nl o a d i n gw a ss o l u b l e ，w h i l et h a to fp h o s p h o r u sl o a d i n gw a sp a r t i c l e r u n o f fa n ds o i le r o s i o nw e r et h em a i ns o u r c e so fn o n p o i n ts o u r c ep o l l u t i o no f x i t i a o x iw a t e r s h e di na n jic o u n t y , z h e ji a n gp r o v i n c e t h e r e f o r e ，w h e nm a n a g i n ga n d c o n t r o l l i n gn o n p o i n ts o u r c ep o l l u t i o n , w es h o u l dr e a s o n a b l yu s ec h e m i c a l f e r t i l i z e r a n ds t r o n g l yt a k ec o n t r o lo fp o l l u t i o ns o u r c e sa sw e l la st a k ep o s i t i v ea n de f f e c t i v e m e a s u r e st oi m p r o v ev e g e t a t i o nc o v e r a g ea n dr e d u c er u n o f fa n ds o i le r o s i o n k e yw o r d s ：w a t e rp o l l u t i o n ；x i t i a o x iw a t e r s h e d ；n o n p o i n ts o u r c ep o l l u t i o n ：s w a t m o d e l ；w a t e rq u a l i t y 感谢 国家水体污染控制与治理科技重大专项 “太湖流域苕溪农业面源污染河流综合 整治技术集成与示范” ( 2 0 0 8 z x 0 7101 0 0 6 ) 对本论文的资助! 浙江大学硕士学位论文 致谢 时光荏苒，岁月如梭，不知不觉我已经在浙江大学度过三个春秋了，即将结 束我的硕士生涯。在浙江大学学习期间，我获益良多。值此毕业之际，对所有曾 经关心和帮助过我的老师、同学、朋友和亲人表达最诚挚的谢意。 首先，我要感谢的是我的校内导师施积炎教授。在两年半的硕士生涯中，您 为我提供了一个宽松自由的研究和学习环境。在这种轻松愉快的氛围里，我能全 身心地投入学习和工作。您求真务实的治学态度深深地感染了我，让我懂得了不 管处于何种人生位置，始终需要保持谦卑好学的优良作风。您一丝不苟的工作精 神更是时刻鞭策激励着我，让我体会到了在工作和生活中奋斗拼搏的重要性。或 许我不是您最得意的门生，但是您始终是我最尊敬的老师。此外，我还要感谢我 的校外导师曹杰总工程师。在这一年的实践过程中，无论是生活还是研究，您都 给予我很多关怀和帮助。从您身上，我学会了很多。 此时，我特别要感谢陈英旭教授! 感谢您为我提供了一个这么好的平台，让 我有机会在这里学习、工作、成长。此外，我还要感谢环保所的吴伟祥、沈超峰、 楼丽萍、王飞儿老师，您们的关心和指导让我对科学研究始终保持着始终如一的 兴趣。 感谢环保所的所有同学对我的帮助和鼓励! 不管是已经毕业的钱轶超、陈蕾、 聂泽宇、杨建军、杨远强、栾静、余昱葳、戴露莹，还是在读的李伟、彭程、朱 神海、李若冰、龙碧波、朱瑶、李丹，感谢你们对我学业上的帮助! 感谢施老师 小组的成员和2 0 10 届的同窗，正因为有了你们，让我的研究生生活变得更加绚 烂多姿! 最想感谢的还是我的父母，感谢你们对我的关爱和支持。你们的谆谆教诲让 我不断成长，你们的默默关爱是我一直前进的动力。感谢你们为我所做的一切， 我永远爱你们! 吴一鸣 二零一三年三月杭州紫金港 浙江大学硕士学位论文 1 绪论 l 绪论 1 1 研究背景 非点源污染( n o n p o i n ts o u r c ep o l l u t i o n ，n s p ) ，是指在农业生产、工业生产 和日常生活中，泥沙、化肥、农药、秸秆、薄膜、污水、垃圾、畜禽粪便、水产 饵料等，通过水土流失、农田排水、表面径流、地下渗透、大气沉降等途径进入 水体、土壤、大气而引起的污染。相对于点源污染，非点源污染具有潜伏性、隐 蔽性、随机性、不确定性、模糊性、分散性和累积性等特点1 1 1 ，因此非点源污染 难以监测，控制管理难度较大。 国内外许多研究表明，非点源污染已经成为水体污染的重要来源。在荷兰， 农业化肥对水体中t n 、t p 的贡献率分别达到了6 0 和4 0 5 0 2 1 。在美国， 非点源污染占了污染总量的6 6 3 1 。在国内，已有许多学者对不同流域的非点源 污染进行了研究。密云水库流域非点源污染b o d 、c o d 、n h 3 - n 、t n 、t p 分别 占水库污染总负荷的7 0 、7 0 、9 0 、7 0 、9 0 1 4 1 ，巢湖流域非点源污染 t n 、t p 占总量的4 9 、4 0 f 5 】鄱阳湖环湖区的非点源污染c o d 、n h 3 n 、t n 、 t p 负荷均占入湖污染负荷总量的2 0 左右【6 1 ，滇池富营养化的污染物中非点源 污染占了3 3 4 0 1 7 1 ，黄河支流非点源污染t n 、t p 的贡献率分别为大于5 3 、 9 5 1 8 1 ，太湖流域内畜禽养殖的t n 、t p 和c o d 污染负荷分别占流域总污染负 荷的3 4 、5 8 和6 1 1 9 1 。可见，非点源污染已成为我国水环境污染的重要来源， 开展非点源污染的研究已迫在眉睫。 非点源污染已成为全世界河流、湖泊、沿海等水体污染的重要来源，而许多 研究已经证明s w a t 模型是对非点源污染进行研究的有效工具。s w a t ( s o i la n d w a t e ra s s e s s m e n tt 0 0 1 ) 模型是美国农业部( u s d a ) 农业研究中心( a r s ， a g r i c u l t u r a lr e s e a r c hs e r v i c e ) 历经3 0 余年开发的具有很强物理基础的分布式流 域水文模型，其以日为时间单位，能结合数字高程模型( d e m ) 、遥感( r s ) 、 地理信息系统( g i s ) 等技术，对较大尺度的流域的非点源污染状况进行长期连 续的模拟和预测。在国外，s w a t 模型在非点源污染方面的研究已非常普遍，国 内研究虽然发展很快，但是基础仍相对薄弱。 1 2s w a t 模型的产生与发展 浙江大学硕士学位论文 s w a t 模型是基于s w r r b ( s i m u l a t o rf o rw a t e rr e s o u r c e si nr u r a lb a s i n s ) 模型逐渐发展起来的，其整合了c r e a m s ( c h e m i c a l s ，r u n o f fa n de r o s i o nf r o m a g r i c u l t u r a lm a n a g e m e n ts y s t e m s ) 、g l e a m s ( g r o u n d w a t e rl o a d i n ge f f e c t so n a g r i c u l t u r a lm a n a g e m e n ts y s t e m s ) 、e p i c ( e r o s i o n - p r o d u c t i v i t yi m p a c tc a c u l a t o r ) 、 q u a l 2 e 和r o t o ( r o u t i n go u t p u tt oo u t l e t ) 等多个模型。s w a t 模型自产生以 来，在实际应用中不断改进完善，其发展历程如图1 1 所剥1 0 】。 i ：习、 i 水文、侵蚀、营养物i 作物生长组； i s 取r b 囤回一、 河道动力组 i 河道演算组 潲甑 多个水文响应：叫s w a t9 4 2 il 。1r 一 ；增加了放牧、施肥等管理措施；i ；改进了融雪演算和水质模拟模 ；块；扩展了营养成分循环模块 i 一一一- - - - - - - - _ - - - - - 。- - - - - l 修改了养分、水稻、湿地模 块，增加了城市径流平衡 l -i-_-_-。-_。-。- 结合到a r c v i e w g i s 中，具备很! 强的空间分析与处理能力 增加了敏感性分析和自动校准 与不确定分析 s w a t9 6 2 s w 灯9 8 1 s w a t 9 9 2 s w a r2 0 0 0 黼警瀛随 汛瓯2 0 0 3 _ - _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ - - _ - _ _ _ _ _ _ _ 主 斟警洙瓶 t a r c s w a t 增加了自动施肥和自动灌溉、植； 物冠层截留、c o ：循环、彭曼公； 式、土壤侧向流动、营养物质、 ：杀虫剂迁移模块 ：增加了细菌迁移模块、 ：g r e e n a m p t 入渗模块，马斯京： ：根法汇流计算；改进了天气发生： ：器，允许气象数据直接读入或生： ：成；改进高程处理过程；提供3 ： ：种潜在蒸发量的计算方法；增加： ：了水库模拟数量 l 一 - 。一一。一一。一。一1 ：改进了细菌迁移过程模拟，增： i ：加了半日降水生成器和天气预： l ：报情景模拟 ： - - 一一一一一一l - _ - _ _ _ 一 图1 - 1s w a t 模型的产生与发展历程 f i g u r e1 - 1o r i g i n a t i o na n dd e v e l o p m e n tp r o c e d u r eo fs w a tm o d e l 2 1 绪论 1 3s w a t 模型的基本原理 s w a t 模型主要包括水文、土壤侵蚀和污染负荷三个子模型。水文子模型包 括水文循环陆地阶段和水文循环汇流阶段，其中陆地阶段主要组件为水文、天气 气候、泥沙、土壤、作物生长、营养物、农药、农业管理；汇流阶段包括子流 域汇流( 河道和坡面) 和蓄水体( 水库、池塘、湿地等) 汇流。土壤侵蚀子模型 计算由降水和径流产生的泥沙产量。污染负荷子模型可对不同形态的氮和磷的转 化过程进行模拟。s w a t 模型包括7 0 1 个方程和10 3 1 个变量，其中主要的计算 方程如下： 水量平衡方程：s 形：s + t 伍却一q 。矿一乞一形。印一，) ( 1 1 ) ，= 1 式中，s t y , - 第i 天土壤最终含水量，m m ；s w o g i 天土壤初始含水量，m m ； ，- 时间，d ；尺却- g i 天降水量，m m ；q 呵- 第f 天地表径流量，m m ；乞- 第i 天 蒸发蒸腾量，m m ；w s e e p - 第f 天土壤剖面地层的渗透量和测流量，m m ；- 第f 天地。l 、水含量，m m 。 地表径流槲s c s c n ：= 面r 姆- 丽0 2 s ) 2 ；j s r = 筹- 2 5 4 ( 1 - 2 ) 式中，q 。一一地表径流量，m m ；r d , , y 一降水量，m m ；s 一最大可能滞留量，无 量纲；c n 日径流曲线数，无量纲，与坡度值相关。 泥沙沉积方程( m u s l e 模型) ： m 耐= 1 1 8 。矿q 脚i 彳 。户k 舰e g 眦e l s u s l e c f r g ( 1 - 3 ) 式中，聊蒯土壤侵蚀量，t ；q 。一- 地表径流量，m m h ；q 。威一洪峰流量，r n 3 s ； a h 。- 水文响应单元( h r u ) 面积，h m 2 ；k 舰e - 土壤侵蚀g - ? ；e - 植被覆盖 和管理因子；鼻胤e - 保持措施因子；l s 。脚一地形因子；c f r g - 粗糙度因子。 吸附态氮迁移方程：n a b 。，6 矿= 0 0 0 1 p o 州- m 知 ( 1 4 ) 式中，。h 。r 6 。矿一通过地表径流流失的吸附态氮( 以n 计) ，k g h m 2 ；见州一 浙江大学硕士学位论文 土壤表层有机氮的浓度，m g m 3 ；聊土壤流失量，k g ；a h 。一水文响应单元( h r u ) 面积，h m 2 ；占氮富集系数，是地表径流中有机氮浓度与土壤表层中有机氨浓 度的比值。 溶解态磷迁移方程：只幽。矿：! 垒等盟 垒生 ( 1 5 ) p b 1 1 s 听k d ，s u g 式中，圪m 。一通过地表径流流失的溶解态磷( 以p 计) ，k g 愉2 ；m 毗矿一 土壤表层的溶解态磷，k g h m 2 ；q 。，地表径流量，m m ；, o h - 土壤容质浓度，m g m s ； h s u r f - 表层土壤深度，m m ；k t t , s u 。f - 土壤磷分配系数，是土壤表层中溶解态磷浓度 与地表径流中溶解态磷浓度的比值。 1 4 国内外s w a t 模型应用研究进展 s w a t 模型在非点源污染研究中的有效性已在国内外得到了广泛证明。在国 外，尤其在美国，s w a t 模型在非点源污染研究中的应用已经相当成熟，国内的 研究虽然起步较晚，但近年来取得了较快的发展。目前研究内容主要集中于非点 源污染负荷的模拟与评估，非点源污染关键区的识别，土地利用变化、管理措施、 模型输入数据对非点源污染影响的模拟等方面。 1 4 1 非点源污染负荷的模拟与评估 s w a t 模型在我国北方、南方、西南、华中、华东地区的不同尺度流域都有 较好的应用。研究者能比较成功地运用s w a t 模型能对非点源污染污染进行模拟 和评估，并分析降雨、土地利用类型、土壤类型、化肥使用量等因素对非点源污 染负荷的影响，同时根据当地特点提出相应的管理措施，对非点源污染进行防控。 胡远安等1 1 1 发现江西省袁水上游小流域( 3 3 1k m 2 ) 不同土地利用类型的非 点源污染负荷产量差异较大，土地利用方式对非溶解性污染物影响较大，土壤背 景值对部分溶解性污染物影响也较大。焦锋等【1 2 埘江苏省湖滏流域内的林地、旱 地、水田的总氮和总磷输出量进行了有效模拟，并提出了流域水环境的管理措施。 万超和张思聪【1 3 1 研究表明，海河流域潘家口水库上游流域( 3 43 0 0k m 2 ) 的产沙 量和非点源污染负荷主要集中在暴雨期。程红光等1 4 1 发现，当降雨 4 0 0 r a m 时，不同土地利用类型的 1 绪论 溶解态氮和吸附态氮入河系数随着降水的增加而增加。许其功等【15 】利用s w a t 模型模拟了湖北茅坪河流域( 1 2 9 1k m 2 ) 农业非点源氮、磷的输出负荷，但是模 拟精度稍差，同时提出了使用有机肥、改变土地利用方式和保持水土等措施。张 思聪和刘铭环【1 6 1 应用s w a t 模型研究发现，淮河上游竹竿河流域( 26 1 0k m 2 ) 泥沙和非点源污染负荷的输出集中在汛期，主要受降雨、地形坡度、土壤类型、 土地利用、土地耕作和管理方式的影响。范丽丽等【1 7 1 运用s w a t 模型分析了重 庆市大宁河流域( 20 7 5 7 3k r n 2 ) 的非点源污染负荷的空间分布特征，发现其与 该流域的土壤侵蚀空间分布特征密切相关，并且根据该流域坡陡山多的特征提出 了横坡耕作的水土保持措施。许其功掣1 8 】发现三峡库区大宁河流域( 44 2 6k m 2 ) 的氮磷负荷空间分布差异较大，氮磷输出负荷与农田面积呈正比，同时对该流域 的非点源污染敏感区进行重点治理。李家科等【1 9 】利用s w a t 模型研究证明渭河 流域( 1 0 6 5 万k m 2 ) 的泥沙和氮负荷输出主要集中在汛期，并指出氮负荷的空 间分布和土壤流失主要与河网密集度、降雨强度、土地利用和土壤类型等因素有 关。李伟涛等【2 0 1 利用g 1 s 和s w a t 模型评价了深圳市的主要水源地汇水区的非 点源污染现状，得出清林径水库和赤坳水库的污染主要源于土壤侵蚀，西丽水库、 铁岗水库和石岩水库主要源于农药化肥，并提出了加强水源地的植物保护、增加 植被覆盖度、改善水库周围的土地利用结构等相应措施。王晓燕等【2 l 】基于s w a t 模型研究了北京市密云水库北边流域( 9 5 1 7 2k m 2 ) 非点源污染负荷的变化特征。 结果表明，在时间尺度上，由于受降雨的影响，硝态氮和矿物质磷在9 月流失量 最大，且有机氮、磷的年内变化特征与土壤侵蚀密切相关；在空间尺度上，由于 受该流域地形地貌的影响，有机氮、磷的流失量呈现“东西高、中部低”的分布特 征。土地利用类型对非点源污染负荷的影响较大，流失量依次为耕地 农村居民 点 果园 林地。张楠等2 2 1 运用s w a t 模型分析了不同水平年天津市非点源污 染氨磷负荷的产生量，研究发现山区和平原区的非点源污染负荷差异较大，此分 布特征与地形、坡度和土壤类型相关。朱伟峰等【2 3 】基于s w a t 模型分析了三江 平原蛤蟆通河流域的农业非点源污染特征，结果表明，在降雨集中期该流域非点 源污染产出大，土地利用类型的污染产出依次为耕地 水域 林地 荒地，土壤 类型非点源污染产出依次为草甸土 自浆土 沼泽土 暗棕壤。唐达方掣2 4 】采用 s w a t 模型对苏南丘陵研究区进行非点源负荷模拟，发现该地区的非点源污染总 浙江大学硕士学位论文 氮、总磷负荷与流量变化趋势基本一致，且主要集中在汛期；该地区耕地和城镇 面积逐渐增加，林地逐渐减少，总氮、总磷产出也有所增加；不同施肥条件对硝 酸盐氮、有机磷、溶解磷影响较大，对有机氮影响较小；调整土地结构和控制施 肥量都能较有效地控制非点源污染的产出。张皓天等2 5 1 运用s w a t 模型对黑龙 江蚂蚁河流域( 1 05 4 7k r n 2 ) 非点源污染进行模拟，研究表明，在时间尺度上， 该流域非点源污染负荷与降雨和径流显著相关；在空间尺度上，降雨集中且农田 较多的西南地区污染较重；不同土地类型的单位面积负荷输出依次为耕地 疏林 地 林地 草地。尹刚等【2 6 1 运用s w a t 模型对东北图们江流域( 2 28 6 1k m 2 ) 非 点源污染进行模拟，发现农业非点源污染主要发生在流域中部，有机氨、磷负荷 主要源于水土流失。楚贝掣2 7 发现湘江涟水河娄底水文站上游流域( 14 6 3k m 2 ) 氨氮和总磷与降雨量和泥沙负荷存在相关性，具体表现为：在时间尺度上，该流 域氨氮和总磷的输出依次为丰水年 平水年 枯水年，且污染物负荷主要集中在 汛期；在空间尺度上，不同土地利用类型的单位面积产污量依次为耕地 林地 草地。何俊仕等【2 8 1 以抚顺市浑河流域( 1 14 8 1k m ：) 为研究对象，通过s w a t 模 型研究发现总氮、总磷负荷主要集中于汛期，且与泥沙负荷密切相关，而且抚顺 和沈阳是总氮和总磷的主要贡献区，这与土地利用结构有关。刘博和徐宗学【2 9 】 通过s w a t 模拟发现，北京昌平沙河水库流域( 11 2 5k m 2 ) 总氮、总磷流失量 主要集中在汛期，且随着降雨的增加而增加；非点源污染氮负荷主要源于果园和 农田；退耕还林和减少化肥施用量均可降低氮磷负荷。 目前s w a t 模型已经比较广泛地被应用于美国、印度、加拿大等国家不同类 型流域( 包括森林、农业、水库等) 非点源污染负荷的评估和模拟中，均取得了 较好的成果。 c h u 等3 0 1 利用s w a t 模型模拟了美国马里兰州p i e d m o n t 地区流域( 3 4 6k m 2 ) 的产沙量、硝酸盐和可溶磷产量，并去除了流域外部地下水流的贡献率，发现年 模拟结果较好，月模拟结果较差。l i 等 3 l 】结合d a y c e n t 模型和s w a t 模型研 究发现，美国新罕布什尔州h u b b a r db r o o k 实验森林6 个子流域的森林枯枝落叶 层和土壤有机物中有9 3 的矿化氮进入溪流，而且土壤空间变化、土地覆盖、外 部氮、天气和生态破坏均会影响氮的输出。g r u n w a l d 等【3 2 】应用s w a t 模型成功 分析了美国俄亥俄州s a n d u s k y 流域的悬浮颗粒物、氮、磷产量和空间分布。e r n s t 1 绪论 等3 3 1 评估了德克萨斯州c e d a r c r e e k 水库流域( 1 3 3 5 0k m 2 ) 来自流域、污水处理 厂、大气沉降和水库内部的氨氮和磷酸磷通量，发现流域非点源污染对叶绿素a 和总磷影响最大，其次是水库内部污染物通量，且为防止水库富营养化，流域非 点源污染负荷需削减3 0 ，o p o ( 4 ) 需削减7 5 1 0 0 。p a r a j u l i 等【3 4 】利用校准验证 后的s w a t 模型模拟了a u b u r n 子流域和w a k a r u s a 流域上游的产流量、产沙量、 总氮、总磷、总粪便细菌和特定源粪便细菌的浓度，发现模拟结果良好。p o t t e r 和h i a t t 3 5 1 通过模拟发现，美国加利福尼亚州l a g u n a d es a n t a r o s a 流域的产沙量 - 9 农场和葡萄园的面积相关。n a r a s i m h a n 等【3 6 】结合s w a t 和w a s p 模型分析得 到，德克萨斯州c e d a rc r e e k 水库的总氮和总磷的8 5 源于于非点源污染，其中 农田贡献的沉积物、总氨、总磷负荷分别超过4 3 、2 3 、4 2 ，河道侵蚀贡献 的沉积物负荷约为3 5 ；为有效控制叶绿素a 浓度，非点源污染负荷至少需减少 3 5 。f l y n n 和v a n l i e w 3 7 1 证明了s w a t 模型同样适用于美国黄石国家公园l a m a r 河流域( 17 0 9k m 2 ) 融雪山区产沙量的模拟。v a z q u e z a m a b i l e 等【3 8 1 运用s w a t 模型模拟了印度东北部s t j o s e p h 河农业流域( 28 0 0k m 2 ) 每月、每季度的农药 输出量，模拟结果较好，且根据模拟结果对该流域农药风险进行了评估。p a r k 等1 3 9 牙0 用s w a t 模型模拟了未来天气变化对韩国c h u n g j u 坝流域非点源污染的 影响，发现该流域降雨量的增加会导致地下横向流和地下水补给量的增加，进而 影响到总氮负荷。a h m a d 等【4 0 应用s w a t 模型对加拿大t h o m a sb r o o k 农业流域 的产沙量、硝态氮和总氮负荷进行模拟，发现模拟结果良好。 1 4 2 非点源污染关键区的识别 也有国内外研究者运用s w a t 模型确定不同尺度流域内的重点非点源污染 区和水土流失区，从而为非点源污染的控制和管理提供参考依据。 在国内，肖军仓1 4 1 】等借助s w a t 模型和g i s 对江西省抚河流域( 1 58 1 1k m 2 ) 的降雨和坡度进行加权计算，分析该流域的非点源污染风险值，并将流域划分为 4 个非点源污染风险等级。胥彦玲等【4 2 】利用s w a t 模型模拟了陕西省黑河流域 ( 14 8 lk m 2 ) 的非点源污染磷负荷，确定了污染贡献较高的区域，并提出了增加 植被覆盖度、退耕还林还草、减少农事活动和养分累积量等主要防控措施。s h a n g 等【4 3 将基于s w a t 模型的关键污染区识别框架应用于云南省洱海流域( 25 6 5 k m 2 ) ，综合考虑了上游污染输入量、迁移过程中的损失以及农业生产数据，计算 浙江大学硕士学位论文 出每个村的氮负荷贡献率，从而确定了该流域的主要非点源污染区。汪朝辉等【4 4 】 运用s w a t 模型对清江流域非点源污染总氮、总磷负荷进行模拟，确定了水土流 失风险区。 在国外，r o s e n t h a l 和h o 胁a n 4 5 3 运用s w a t 模型模拟了美国德克萨斯州中 部流域( 90 0 0k m 2 ) 的产流量、产沙量和营养负荷量，然后根据其空间分布特征 确定了水质监测站。b e h e r a 和p a n d a f 4 6 1 运用s w a t 模型模拟了印度东部孟加拉邦 k a p g a r i 农业流域( 9 7 3k m 2 ) 的日径流、产沙量和养分浓度，并根据模拟结果确 定了非点源污染的关键子流域，提出了保护性耕作和氮磷肥施用比