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1、不同管理措施对密云水库流域水量水质变化的影响关键字：不同,管理,措施,密云水库,水库,流域,水量,水质,变化,变化的,影响 不同管理措施对密云水库流域水量水质变化的影响本文为Word文档，感谢你的关注！ 摘要：在密云水库上游控制流域建立SWAT（S0il and Water Assessment Tooll水文模型，根据实测水且.水质数据对模型的参数进行优化。识别流域土壤侵蚀和污染物关键区域，并对不同管理措施对流域水量水质的影响进行定量研究。研究结果表明：密云水库流域土壤侵蚀强度较大的集中在流域中下游临近河道的区域；潮河流域非点源污染状况较为严重，潮河和白河总氮流失超高风险区分别占总面积的62
2、 62%和43.09%，白河流域总磷均为低流失风险区，潮河流域总磷高流失风险区占17.81%；等高耕作和梯田种植对于产沙量和污染物都有较好的去除效果，其中等高耕作对于产沙量和总氮、总磷负荷的削减率，潮河分别为25.16%、10.79%和32.89%，白河为47.60%、34.92%和53.49%；通过对比退耕还林和退耕还草措施得知，退耕还林的效果更优。研究结果可为密云水库流域水土保持和水环境治理提供决策依据。 关键词：SWAT模型；密云水库；水量水质；管理措施 S127 A 1672-1683（2017）-02-0080-09 非点源污染是影响流域水环境的重要因素之一。因其具有分布广泛、污染物
3、不确定、监测困难等特点，使其定量研究尚存在很多难点。非点源污染源不固定，极易受到了人类生产、生活以及农业生产活动等的影响。定量分析人类活动对流域水量水质的影响，不仅可以有效治理与控制非点源污染，同时为流域水环境问题治理、资源合理规划与利用提供决策依据。 不同土地利用和管理措施对流域水量水质有着直接影响，有必要对其进行定量分析。对非点源污染的定量分析通常需要借助地理信息技术相支持，计算出整个流域内各个区域的非点源污染分布，然后与该区域的水质要求相结合，进而对其进行定量分析与情景模拟。SWAT（S0il and Water As-sessment Tool）模型，因简单实用，广泛用于流域水循环模拟
4、、流量预测以及非点源污染控制评价中。如：Ashok采用SWAT模型对土地利用复杂的小流域氮磷污染物进行模拟并取得了较好效果；之后Mishra和Epelde采用SWAT模型分别对不同流域农业措施与水量水质关系进行研究，表明了人类活动干扰与流域非点源污染物浓度的直接关系；国内亦有较多研究，如张建永利用SWAT模型研究了北京官厅水库流域径流、营养物流失等情况；秦耀民等以黑河为研究对象，采用SWAT模型研究了土地利用方式、土地覆盖情况两种因素对水质的影响；刘博等也采用SWAT模型，主要研究了土地利用情况、水质管理措施、水文环境等因素对北京沙河水库非点源污染的影响。针对密云水库流域非点源污染也有了相关研
5、究，如：王晓燕等和李明涛等在SWAT模型和GIS技术的支持下，分析了流域内非点源污染物的时间变化规律并都认为耕地面积对于流域内非点源污染的负荷贡献较高。徐宗学和庞靖鹏等以密云水库流域为研究对象，对径流和泥沙进行模拟，并对土壤侵蚀关键区进行识别；张平基于SWAT模型对于氮磷流失风险区进行了划分。以往的研究中，对不同管理措施对流域水量水质变化影响的进行模拟和分析较少，本文是对上述研究的深入与完善。 密云水库作为北京市主要水源地受气候变化和人类活动影响，近年来水环境也发生了变化。本研究采用SWAT模型，选择密云水库流域为研究对象，对流域水量水质的参数进行调整，验证模型适用性。在此基础上，识别流域土壤
6、侵蚀和污染物关键区域，并对不同管理措施对流域水量水质的影响进行定量化分析。 1研究区域与方法 1.1研究区概况 密云水库控制流域位于潮白河境内，是北京市重要的水源地之一。其流域位于北纬4019-4138和东经11525-11735之g，流域面积为15788 km，见图l。整个流域的地形西北高、东南低，水流从西北部山地流入密云水库。流域以丘陵为主，山地面积占整个区域面积约三分之二。密云水库流域位于暖温带，降水主要集中在夏秋季，其中6月到9月为汛期，占到降水量的80%以上，降水量空间分布呈东南多，西北少的特点。年平均气温910。土壤类型主要有四种类型：褐土、棕壤、草甸土和栗钙土。 1.2SWAT模
7、型简介 SWAT（Soil and Water Assessment Tool）模型是由美国农业部农业研究中心（USDA-ARS）开发的半分布式流域水文模型，该模型基于SWRRB，并吸取了CREAMS、GLEAMS、EPIC和ROTO的主要特征。20世纪90年代开发以来，经历多次扩展和升级，在流域水文平衡、长期地表径流、日平均径流模拟以及泥沙侵蚀流失量、农药输移、非点源污染等方面得到了广泛应用。 SWAT模型能够模拟流域内多种形式的氮和磷的迁移转化过程，由于模型输出结果中没有直接给出TN和TP的结果，本文采用以下公式进行计算： （1）式中：TN_OUT为流域出口总氮负荷（t）；ORGN_OUT
8、为流域出口有机氮（t）；NO_OUT为流域出口亚硝态氮（t）。 （2）式中：TP_OUT为流域出口总磷的负荷（t）；ORGP_OUT为流域出口有机磷的负荷（t）；MINP_OUT为流域出口无机磷的负荷（t）。 SWAT模型首先进行子流域划分，然后根据每个子流域内不同的土地利用方式、土壤类型、地形等将子流域划分出多个水文响应单元（HRUs）。SWAT模型模拟分为两部分：陆表过程和受纳水体过程，前者控制每个水文响应单元内主河道的径流、沉积物、营养物和农药的输入量；后者决定径流、沉积物等物质从河网向流域出口的输移运动。 1.3数据来源与处理 构建SWAT模型所使用的数据主要有两种，即空间数据和属性数
9、据。空间数据主要包括高程、土地利用地图、土壤类型地图等几种。文中所采用DEM数据、土地利用数据、土壤数据见表1。属性数据包括水文、气象、点源等相关资料。气象数据采用北京、承德、多伦、丰宁、怀来、遵化、张家口六个站点的最高、最低气温、日照时数、风速和相对湿度等资料，由国家气象局提供。降水数据采用密云流域1993年到2001年75个站点日降水资料，流量资料采用潮河下会站和白河张家坟站1993年-2001年日流量资料，由密云流域管理局提供。密云水库流域以非点源污染为主，模型输入中关于综合污水及固气物排放现状、化肥农药使用和分散式饲养禽畜废水等资料可详见文献。 采用模型推荐的子流域划分阈值12 000
10、 ha，潮河和白河流域分别划分为33、3 1个子流域，将土地利用类型和土壤类型分类的阈值设置为10%，潮河流域划分为327个HRU s，白河流域划分为241个HRU s，共568个HRU s，子流域划分见图2。 采用模拟结果月值的相关系数R和纳西效率系数E。评价模型精度。 （6） 2结果与分析 利用SWAT模型对密云水库流域水量、泥沙、TN和TP的月值分别进行模拟，模拟预热期为1993年-1994年，1995年-1999年期间为率定期，验证期为2000年-2001年，在参数率定过程中，通过对较为敏感参数进行调整，主要率定的参数有Cn2、Esco、Sol-K、Spcon、Ch-N2、Ch-K2、
11、Re-vapmn、Sol_Z、Canmx等，对于其他参数采用模型默认值进行设置，参数范围与其所代表的意义可详见模型应用手册，并采用上述指标对模型适用性进行验证，表2和图3-图6为率定和验证结果。结果表明，SWAT模型可以较好的模拟密云水库流域径流、泥沙、污染物迁移转化过程，模型对径流的模拟效果最好，泥沙次之，总氮总磷效果差一些。SWAT模型对密云流域的适用性较好，可以满足模拟要求。 2.1流域关键区识别 通过的密云水库流域1990年-2003年各子流域土壤侵g量计算土壤侵蚀模数，并参照土壤侵蚀强度分级标准，分别标注为微度、轻度侵蚀、中度侵蚀、强度侵蚀，并计算土壤侵蚀面积占比：潮河流域微度、轻度
12、、中度、强度侵蚀区分别占流域总面积的68.74%、18.39%、11.49%、1.39%：白河流域的占比则是48.09%、26.56%、12.49%和12.86%。将不同的侵蚀程度使用不同的颜色表示，则可以得到图7中的分级图。侵蚀度较大区域集中在密云水库中下游临近河道的区域，这主要因为子流域径流深和植被覆盖对影响泥沙和氮磷的分布更为突出。 图8和图9分别为密云水库流域的总氮浓度空间分布图和总磷浓度空间分布图，使用国家水质分类标准对密云水库流域内TN和TP关键区进行识别，将氮磷流失风险区划分为3个级别，低流失风险区，高流失风险区和超高流失风险区。氮磷污染负荷关键区识别结果表明（图8，图9），潮河
13、流域所有流域总氮均在高风险浓度范围，潮河和白河总氮流失超高风险区分别占总面积的62.62%和43.09%；总磷的流失程度总体比较小，白河流域均为低流失风险区，潮河流域17.81%为高流失风险区。总氮负荷较高的区域多集中在农业用地区域。潮河总磷污染状况较差，与相关文献结果较为一致。 2.2情景设置及分析 密云水库控制流域以非点源污染为主，对土壤侵蚀关键区和氮磷污染负荷关键区分别设置情景（表3，表4），探讨不同管理措施对流域水量水质的定量影响。利用率定和验证后的SWAT模型对梯田种植、等高种植、退耕还林还草措施分别进行模拟，得到其在2004年-2013年的年径流量、产沙量、TN负荷、TP负荷，并与
14、基准情景相比计算变化率，即年均值减去基准值再除以基准值，若变化率为负值则表明对径流、泥沙等有去除作用，若为正则为增加作用。 由表5可知，梯田种植可以有效防止水土流失及污染物负荷的产生。研究发现，坡度小于2%的区域多集中在临近河道的区域，这些区域通常以耕地、居民用地为主，在非点源污染负荷中贡献率较高。其中坡度小于2%的面积占潮河总面积的7%，占白河总面积的8%。以白河为例，当坡度小于2%时（S1），梯田种植对径流、泥沙、总氮、总磷削减率分别为0.40%、1.08%、0.86%；对和0.81%；当坡度大于2%时（S 21，梯田种植对径流、泥沙、总氮、总磷削减率分别为2.15%、43.53%、18.
15、77%和43.51%；当对土壤侵蚀关键区全部实施梯田种植时（S3），削减效果最好，径流、泥沙、总氮、总磷削减率分别达到2.54%，44.25%，19.45%和44.28%。因此，梯田种植对于产沙量和总磷负荷均有较好的削减作用，且白河流域效果在泥沙，总磷的削减上要优与潮河流域。 由表6可知，等高耕作对于减少水土流失及总氮总磷负荷的效果非常好。以潮河为例，当坡度小于2%时（S4），等高种植对分别为0.56%，1.15%，5.74%和11.63%；当坡度大于2%时（S5），径流、泥沙、总氮、总磷的削减率分别为1.12%，24.33%，8.89%和22.87%；当对土壤侵蚀关键区全部实施等高种植时（5
16、.6），削减效果最好，削减率分别可达到1.67%。25.16%，10.79%和32.89%。 等高耕作和梯田种植情景都是在土壤侵蚀关键区进行设置的，对比二者对于产流量、产沙量和污染物负荷量的削减效果，等高耕作和梯田种植对平均径流量、产沙量和总氮负荷的效果接近，且都可以起到很好的水土保持效果，尤其是对于产沙量和总氮负荷的减少效果更为显著。根据有关研究，等高种植成本要明显低于梯田种植，故流域采取等高种植更好。 由表7、8可以看出，退耕还林还草对径流量、产沙量与总氮负荷的影响较大。全部还林还草对于产流、产沙、产污的削减效果要好于部分还林还草，这主要是由于全部还林还草后植被覆盖度更高。退耕还林总体对于
17、氮磷污染物的削减作用优于退耕还草，这主要是因为林地相比于草地对污染物的截留作用更明显。关键区农田全部还林时（S9），潮河流域径流量、产沙量、总氮、总磷分别减少1.88%，48.09%，44 30%和64.09%；白河流域对应为1.37%，58.39%，37.80%和68.07%；关键区农田全部还草（S12）时，潮河流域四者对应较少减少2.66%，50.32%，30.42%和56.77%；白河流域则为2.03%，57.79%，26.42%和59.15%。坡度大于2%的农田进行退耕还林或还草的效果优于坡度小于2%的农田退耕还林或还草，主要因为关键区坡度大于2%的区域面积要大于坡度小于2%的区域面积
18、。 许其功等认为退耕还林还草导致径流量减少主要有2方面原因：一是CN值的变化引起表面径流量变化，根据SCS-CN模型原理，CN值越大，表面径流量越大；二是随草地或林地面积的增加，冠盖层截留量以及枯枝落叶层的容水量增大，从而提高了土壤持水量，减少了径流量。植被对地表的保护作用也得到了学者的认可，还林和还草措施，可以减少水分流失，以及降水等对地表的破坏，减少泥沙量，通过降低该负荷，可以减少对水域的污染。 3结论与讨论 通过SWAT对密云水库流域水量和水质变化的模拟，识别流域土壤侵蚀和污染物关键区，对不同管理措施的定量影响进行分析，得出以下结论： （1）径流、泥沙、营养物的模拟在率定期和验证期的E均
19、大于0.6，表明SWA T模型的在研究区域水量水质的模拟效果较好，且水量和泥沙模拟效果优于总氮和总磷。 （2）根据土壤侵蚀模数识别土壤侵蚀关键区，参照国家地表水环境质量标准识别总氮和总磷关键区。侵蚀度较大区域集中在密云水库中下游临近河道的区域；氮磷污染负荷关键区识别表明，潮河非点源污染状况较为严重，潮河和白河总氮流失超高风险区分别占总面积的62.62%和43.09%；白河流域总磷均为低流失风险区，潮河流域总磷高流失风险区占17.81%，故白河流域可不采用总磷控制措施，潮河流域应在关键区采取总磷控制措施。 （3）在土壤侵蚀关键区，等高耕作和梯田种植对于产沙量和污染物的都有较好的去除效果。在总氮关
20、键区，全部还林还草对于产流、产沙、产污的削减效果要好于部分还林还草；退耕还林对于非点源污染的削减率要高于退耕还草。 密云水库控制流域的主要污染来源于非点源污染，推广等高种植、梯田种植、免耕、休耕等耕作方式，加强农田管理，控制农田径流量和产沙量，可减少污染物流失。本文控制情景的效果评价仅从对于污染物的影响方面考虑，尚未对社会、经济、技术等多方面因素综合考量，结合生态补偿、民众意愿等建立完善的非点源污染控制情景指标体系，仍需深入研究。 文档资料：不同管理措施对密云水库流域水量水质变化的影响 完整下载 完整阅读 全文下载 全文阅读 免费阅读及下载阅读相关文档:全自动鱼雷网式过滤器内部清水流场特性数值
21、分析 动听、芬芳、碰撞的味道 奠定基调注重积淀张扬个性 小学数学教学中学生审题能力的培养 “县级医院一社区医院”联合模式控制社区高血压的研究 阿托伐他汀、辅酶Q10联合治疗冠心病早期心功能减退患者的临床研究 高浓度补钾治疗慢性心功能不全合并低钾血症患者的临床观察 北京某社区1458名中老年居民血清同型半胱氨酸水平及影响因素分析 慢性心力衰竭患者血清铁水平与心功能及预后的相关性 NTproBNP与CysC对慢性心力衰竭患者心功能及左室重构的影响 丹红注射液治疗稳定型心绞痛(血瘀症)的临床研究 早期持续腰池引流对蛛网膜下腔出血动脉瘤介感谢你的阅读和下载*资源、信息来源于网络。本文若侵犯了您的权益，请留言或者发站内信息。我将尽快删除。*