开题报告：环境工程博士论文开题报告范例：基于SWAT模型的赣江流域水环境模拟及总量控制研究

开题报告：环境工程博士论文开题报告范例：基于SWAT模型的赣江流域水环境模拟及总量控制研究基于SWAT模型的赣江流域水环境模拟及总量控制研究开题报告目录一、选题背景二、研究目的和意义三、本文研究涉及的主要理论四、本文研究的主要内容及研究框架〔一〕本文研究的主要内容〔二〕本文研究框架五、写作提纲六、本文研究进展七、目前已经阅读的文献一、选题背景改革开放以来，伴随着国民经济的飞速开展，我国的水污染问题日益严重。2010年《中国环境状况公报》[1]显示，全国地表水污染形势依然严峻。七大水系〔长江、黄河、珠江、淮河、海河、辽河和松花江〕总体呈轻度污染。204条河流409个国控断面中，各级别水质断面对应的比例分别为：Ⅰ至Ⅲ类〔59.9%〕、Ⅳ至Ⅴ类〔23.7%〕和劣Ⅴ类〔16.4%〕。首先，长江、珠江总体水质良好，淮河、松花江呈轻度污染，黄河、辽河呈中度污染，海河呈重度污染；其次，湖泊〔水库〕富营养化问题依然突出，对26个湖泊〔水库〕营养状态的监测显示，富营养化状态的占42.3%；第三，全国局部流域水生态系统的功能有所改善，但依然存在着主要生态环境问题，尚未能有效遏制生物多样性的下降趋势。此外，我国农村生态环境问题日渐凸显，农业非点源污染物的控制处于低级阶段，污染负荷较大，据研究[2-5]，在我国，北京密云水库、天津于桥水库、云南洱海和滇池、上海淀山湖、安徽巢湖、江苏太湖等水域，非点源污染负荷所占比例均高于点源污染。我国的水生态环境污染呈现多元化、复合型、结构性的特征，给人体健康和生态平安带来严重威胁，已逐渐成为制约经济和社会开展的瓶颈[6]，总体形势仍十分严峻。国务院总理温家宝在2007年《政府工作报告》中指出：2006年全国所有“十一五”规划指标，除了环保指标没能实现年初确定的主要污染物排放总量控制，其它指标均超额完成；在2011年《政府工作报告中》指出：2011年要加快重点流域水污染治理、大气污染治理、重点地区重金属污染治理和农村环境综合整治，控制农村面源污染；“十二五”期间要加大耕地保护、环境保护力度，加强生态建设和防灾减灾体系建设，全面增强可持续开展能力。主要污染物排放总量减少8%至10%，切实加强水利根底设施建设，推进大江大河重要支流、湖泊和中小河流治理。然而，与上述严峻的水污染形势和美好的愿景形成鲜明比照的是，我国从上世纪70年代开始的水环境总量控制理念的开展依旧处在探索和变革的阶段，并没有形成一套完备的理论体系，可以被证实为高效的控制了水环境污染。我国的流域水质管理技术始于20世纪70年代，相继在水环境容量计算[7]、水质数学模型[8,9]、流域非点源的计算[10,11]、水环境功能区划[12]、水环境质量标准[13]、水生态功能分区[14]、流域水污染综合防治[15,16]及排污许可证制度等诸多领域进行了探索和实践。在借鉴日本[17]、美国[18,19]及欧盟[20]先进水质管理体系的根底上，我国的水质管理技术不断得到深化和开展。“九五”期间确定了污染物排放总量控制指标，水污染控制由浓度控制进入目标总量控制阶段；“十五”期间，先后对“三湖三河”进行了污染物排放的总量控制，建立了以水环境容量为根底、排污许可证为主要管理手段和持续改善水环境质量为主要目标的水污染防治管理体系[21]；2007—2008年，孟伟等在借鉴美国和欧洲先进的水环境管理理念的根底上指出，我国尚未从流域尺度上对水环境特征开展全面系统的研究和评估，针对不同特征流域的水环境容量无法准确判断，尚未建立流域/区域水环境生态平安控制基准，没有明确流域/区域经济社会开展等人类活动与水生态环境影响的响应关系。因此，现阶段制定的管理标准体系，不能较好的实现流域/区域水环境特征的管理标准体系，不能对流域/区域水污染物总量实现有效控制，使得污染源控制与水环境管理存在较大的“一刀切”式的盲目性，难以有效保护水环境系统[6,22]。二、研究目的和意义本研究旨在利用SWAT模型，建立适合赣江流域和典型研究区〔锦江流域〕的水文和水环境模型，并利用率定好的模型，定量分析研究区的非点源污染时空演变特征和BMPs效益分析和评价。在此根底上，定量核算丰、平、枯水期的动态水环境容量，提出在非点源参与下基于控制单元的总量动态分配技术。以期为我国“控制单元的总量控制”的顺利实施提供一定的科学支持。三、本文研究涉及的主要理论20世纪60年代末，日本学者首先提出水污染总量控制的概念[26-28]。当时日本的经济快速开展带来了一系列的突出环境问题，为了提高水体和大气的环境质量，而提出污染物总量控制的问题[29,30]，总量控制是指把一定区域内的水体或大气中的污染物总量控制在一定的允许限度内，而“一定的允许限度”的表述成为日本学者提出环境容量概念的依据；1971年，日本开始着手研究水环境的污染总量控制[31]，并于1973年制定了《濑户内海环境保护临时措施法》，该法令首次将总量控制的概念引入到废水排放管理中，并以COD为控制指标对企业限额颁发排污许可证；1975年，日本卫生工学小组受日本环境厅的委托提出了《1975年环境容量计算化调查研究报告》，将水环境容量和水污染总量控制相结合，成为水污染物容量总量控制的理论根底[17]；1977年，日本环境厅提出“水污染总量控制方法”，并于1978年，对该法令的局部条文进行了修订，实现了以COD为控制指标的水污染总量控制工作；1979年，日本内阁明确了水污染物总量控制的根本方法、方针，并制定了年度的削减目标；1984年，日本首次将水污染总量控制目标规划正式运用到实际的水污染控制管理中，同时将总量控制法在伊始湾和东京湾水域进行实际应用，对无证排污的企业严令禁止，取得了良好的效果，这两个海湾内的污染源控制率高达80%[32]，显著改善了流域内的水环境质量。日本对超标排放的企业和单位给予严惩，同时对绝大局部的污染源实施在线实时监测，以总量控制为根底，要求各排污单位制定污染物总排放负荷年度削减方案[32,33]。日本自实施水污染总量控制至今，水体水质及生态环境有了明显改善，水污染物总量控制技术在日本蓬勃开展。1972年，美国国家环保局〔EPA,EnvironmentalProtectionAgency〕在《水清洁法》303〔d〕条款中，提出TMDL〔TotalMaximumDailyLoads〕方案的概念，年水平用最大年负荷量〔TotalMaximumYearlyLoads，TMYL〕来描述[18]。TMDL的具体内容为：在满足水质标准的前提下，受纳水体可容纳的某种污染物的日最大负荷量，并将污染物负荷总量在污染源之间进行分配[18]。美国的TMDL方案总目标识别系统可以识别全国受损和受到威胁的水体以及导致损害的污染源，将可分配的污染物负荷分配到每个污染源〔包括点源和非点源〕，TMDL同时考虑了平安临界值〔也称平安余量或平安因数〕、季节性变化及流域未来开展的排污余地等因素[19,34]，采取具体的污染物控制措施来使得目标水体到达相应的水质标准[35]，该方法在确保水质管理目标的前提下，允许充分地利用水环境容量，是国际上较为先进的水质管理措施之一[34,36]。1972年，美国开始在全国范围内实施水污染物排放许可证制度，并不断改良和完善该制度的实施方法与技术路线；1983年，正式立法，明确规定实施以水质限制为根底的水污染物排放总量控制，由联邦政府制定根本的政策和水污染物排放标准，并由各州强制执行的水污染总量控制制度。形成了以排放标准管理为主，以水质标准管理为辅，以水污染总量控制和排污许可证为主要内容的水体污染防治体系；1985年和1992年EPA公布了关于TMDL方案实施的细那么；1996年，EPA为了加快水质达标和改善TMDL方案，根据《清洁水法》303〔d〕条款的要求全面评价各州的执行情况；1997年，EPA对TMDL方案发布了详细的指导性指南书，该书指出了执行TMDL方案时可能产生的问题，并且，EPA通过了联邦参谋委员会的授权，组成了一个由农业、环境、森林等方面不同知识背景的专家学者和各州、领地及部族的政府官员组成的委员会；1998年，该委员会发布了建议，EPA充分考虑了这些建议，于当年8月起草了TMDL的新方案法那么，历经近1年的讨论及论证，在2000年7月13日公布[37-40]。2001—2002年，被批准或实施的TMDL方案超过5000多个，并呈现出持续上升趋势[41]。四、本文研究的主要内容及研究框架〔一〕本文研究的主要内容1主要研究内容1〕基于ArcGis10.0平台建立赣江流域根底信息数据库，包括属性数据库〔气象、径流、泥沙、水质、土壤物理化学性质、农作物的管理措施等〕和图形数据库〔地形图、土壤图、土地利用图、行政区划图、水生态功能分区、电子水系图、水功能区划图等〕；2〕基于ArcSWAT流域划分模块对数字高程模型〔DEM，DigitalElevationModel〕进行子流域划分；对点源、排污口和地表水环境功能分区等因子进行子流域尺度的概化；总结和提出控制单元的概念及内涵，并以赣江和典型研究区为例，提出不同尺度流域的划分原那么、指标体系、划分方法，以及划分方案的可行性验证；3〕建立赣江流域SWAT模型数据库，分别在赣江流域和典型研究区开展水文模拟和水环境模拟。对模型进行参数校准与验证，并对模型进行了适用性评价；4〕基于建立好的SWAT模型，对典型研究区的非点源污染负荷开展了时空演变特征分析，识别了关键源区，并实施了最正确管理措施BMPs效益分析和评价；5〕在SWAT模型的根底上，利用一维水质模型分别计算了赣江和典型研究区COD和NH4+—N的动态水环境容量；6〕分别对赣江和典型研究区进行了非点源参与下水环境容量总量的分配，基于基尼系数法对分配方案进行了评估。并在典型研究区开展了非点源参与下的总量动态分配，利用已建好的SWAT模型，对总量分配方案的可行性进行验证。2拟解决的关键问题1〕正确理解“流域—控制单元—子流域〔计算单元〕”之间的区别和联系，并提出不同尺度流域的控制单元划分原那么、指标体系和划分方案；2〕基于SWAT模型在典型研究区开展水环境模拟，定量分析非点源污染的时空演变特征及BMPs效益评价；3〕提出在非点源参与下，动态水环境容量的核算及总量动态分配方法，以及分配方案的可行性验证。〔二〕本文研究框架本文研究框架可简单表示为：五、写作提纲摘要ABSTRACT目录第一章绪论1.1选题依据及意义1.2国内外研究进展1.2.1流域水污染总量控制研究进展1.2.2水质模型研究进展1.3研究目的、内容及技术路线1.3.1研究目的1.3.2研究内容1.3.3研究方法及技术路线第二章流域概况2.1自然地理概况2.1.1地理位置2.1.2地形地貌2.1.3气候气象2.1.4水文水情2.1.5水环境现状2.2社会经济概况第三章“控制单元的总量控制技术”下控制单元划分3.1流域控制单元3.1.1概念的提出3.1.2概念辨析3.2材料与方法3.2.1研究区概况3.2.2划分原那么、指标体系与技术路线3.3根底数据库的建立及前处理3.3.1空间图件的收集与矢量化3.3.2子流域〔水文单元〕的划分3.3.3流域模型概化3.4划分步骤、方案与验证3.4.1操作步骤3.4.2划分方案3.5讨论3.6本章小结第四章基于ArcSWAT2009的水环境模拟4.1水环境模型的选择及运行平台4.1.1模型的分类4.1.2运行平台4.2技术路线与方法4.2.1技术路线4.2.2方法4.3基于ArcSWAT2009的赣江流域水文模拟4.3.1模型数据库的建立4.3.2SWAT模型的建立4.3.3模型的预热4.3.4模型的敏感性分析4.3.5水量校准与验证结果及分析4.4典型研究区水环境模拟4.4.1典型研究区的选取4.4.2数据库的建立4.4.3SWAT模型的建立4.4.4敏感性分析4.4.5模型的校准与验证4.5本章小结第五章研究区非点源污染负荷时空分布特征与最正确管理措施模拟5.1非点源污染负荷计算5.2非点源污染负荷的分布特征5.2.1时间分布特征5.2.2空间分布与关键源区识别5.3最正确管理措施〔BMPs〕5.3.1BMPs方案设计5.3.2BMPs效益分析5.4本章小结第六章基于SWAT模型的总量控制技术6.1动态水环境容量计算6.1.1水环境容量的根本理论6.1.2水环境容量计算模型的选取6.1.3水环境功能区划分6.1.4设计水文条件6.1.5水环境容量计算结果6.2非点源参与下控制单元动态水环境容量总量分配6.2.1分配模型6.2.2容量初始分配结果6.2.3评估方法以及评估结果6.2.4分配系数6.2.5典型研究区总量动态分配6.3基于SWAT的总量分配方案可行性验证6.4本章小结第七章结论与展望7.1主要研究结论7.2创新点7.3缺乏之处7.4后续研究预期参考文献致谢六、本文研究进展(略)七、目前已经阅读的主要文献[1]国家环保总局.中国环境状况公报——淡水资源[R].2011.[2]杨苏树倪喜云,大理州洱海流域农业非点源污染现状[J].农业环境与开展,1999,16(2):43.[3]熊丽君,基于GIS的非点源污染研究[D].河海大学.2004.[4]屠清瑛,顾丁锡,尹澄清等.巢湖——富营养化研究[M].合肥:中国科技大学出版社,1990:1-20.[5]鲍全盛,曹利军王华东,密云水库非点源污染负荷评价研究[J].水资源保护,1997,(01):8-11.[6]孟伟,刘征,张楠等.,流域水质目标管理技术研究(Ⅱ)——水环境基准、标准与总量控制[J].环境科学研究,2008,21(1):1-8.[7]ChengQ.H.,PanW.B.,CepphOrgComm.StudyonWaterEnvironmentcapacityofTNandTPintheDutangReservoir[M].2010.[8]LuoY.Z.,ZhangM.H.Management-orientedsensitivityanalysisforpesticidetransportinwatershed-scalewaterqualitymodelingusingSWAT[J].EnvironmentalPollution,2009,157(12):3370-3378.[9]GrayA.V.,LiW.CasestudyonwaterqualitymodellingofDianchilake,YunnanProvince,SouthWestChina[J].WaterSciTechnol,1999,40(2):35-43.[10]CaiM.,LiH.Apracticalmethodforestimatingnon-pointsourcepollutionloadforwatershed[M].2004.[11]WangX.J.,ZhangW.,HuangY.N.,etal.Modelingandsimulationofpoint-non-pointsourceeffluenttradinginTaihuLakearea:Perspectiveofnon-pointsourcescontrolinChina[J].ScienceoftheTotalEnvironment,2004,325(1-3):39-50.[12]周丰,刘永,黄凯等.,流域水环境功能区划及其关键问题[J].水科学进展,2007,(02):216-222.[13]四、中华人民共和国国家标准GB3838—88地面水环境质量标准[J].环境科学研究,1988,(05):96-102.[14]孟伟,张远郑丙辉,辽河流域水生态分区研究[J].环境科学学报,2007,27(06):911-918.[15]QuJ.H.,FanM.H.TheCurrentStateofWaterQualityandTechnologyDevelopmentforWaterPollutionControlinChina[J].CriticalReviewsinEnvironmentalScienceandTechnology,2010,40(6):519-560.[16]ChenJ.N.,ZhangT.Z.,DuP.F.Assessmentofwaterpollutioncontrolstrategies:acasestudyfortheDianchiLake[J].JournalofEnvironmentalSciences-China,2002,14(1):76-78.[17]王素娜,曹娥江支流水质评价与河流水系环境容量分析[D].浙江大学.2005.[18]USEPA.ProtocolofdevelopingnutrientTMDLs[R].Officeofwater4503FwashingtonD.C.20460,EPA841-B-99-007,1999.[19]USEPA.Federalwaterpollutioncontrolact[R].WashingtonD.C.,2002.[20]UnionEuropean.Directive2000/60/ECoftheEuropeanparliarmentandofcouncilof23October2000establishingaframeworkforcommunityac