基于swat模型的非点源污染模拟研究——以增江流域为例

中山大学硕士学位论文

基于ＳＷＡＴ模型的非点源污染模拟研究

一以增江流域为例

答辩委员会（签名）：

主席：弧酶

委员：硕士研究生：任秀文

专业名称：水文学及水资源

学科门类：工学

研究方向：水环境系统工程

指导导师：李开明研究员

１）蝴友Ｉ轫％鲍坞均芡

二零零七年五月·广州摘要

基于ＳＷＡＴ模型的鼍＃点源污染模拟研究

～以增江流域为例

专、阻承文学及承资源

硕士生：侄秀文

指导导师：李开明

摘要

随着对点源污染控铡麓力豹提高，非点瀛污凝的严熏性已经逐步显现出寒。

在全球范围内，非点源污染已是导致水环境恶化的首要原因。本文在全面阐述国

虑夕｝非点源污染模型发展豹基础上，应用竣新版本豹分散参数连续性ｊ｝点瀛接型

ＳＷＮＩ、，划‘中等尺度流域一增江流域的非点源污染进行了模拟。

首先，没集和憋逢增泛流域内地形、主恐利用霸主壤类型、气象、水文等空

间和属性数据，建立适用于ＳＷＡＴ模拟分析的研究区非点源污染基础数据库。应

用ＳＷＡＴ的流域描述模块运行流域特征分析，生成流域水系湾勰、将增江漉域划

分成５９个子流域，并计算子流域和河道的地形参数：通过叠加土地利用、土壤

类型和地形坡度离散化分类数据进＿步定义为３３４个水文响应单元ｆＨＲＵｓ）。

利用１９９０．１９９７年麒麟咀水文站灾测得到的月平均流量列水文模拟进行参数

率定＋用１９９８—２０００的月平均流量对模黧模拟结梁进行验汪。采用决定系数Ｒ２

和Ｎａｓｈ．Ｓｕｔｃｌｉｆｆｅ效率系数Ｅｎｓ对水文参数率定和验证的结果进行评定，莳利Ｅｎｓ

均大于０．８，表明对增江流域的水文模拟有很好的适应性。与污染物相关的参数

利用２０００年的６次监测结果对模型进行参数调整，验证结果表明模拟出的水质

结果和实际比较符合，可应用于增江流域的非点源污染研究。

本文模拟了增江流域研究区２０００年的非点源污染状况，分析了流域非点源

污染负荷的空间和时问分布特征，时间上非点源污染集中发生在汛期．空间上非

Ｊｉ～源污染分布不均，受多种剀素的影嘲。计算了流域内主要的±地利用类型的单

位Ｊ丽积非点源污染负荷产出情况，其中水田对于非点源污染负荷产出的贡献大。

通过设计４；同的情景分析，模拟出了不同施肥量和畜禽养殖规模对非点源污染物

的产出影响，与２０００年模拟的基准情景进行的对比，得出减少化肥施用水平对

溶觚态氮磷负荷削减比例较大，丽奁禽养艇规模的变化对吸附态氮及氨氮负荷的

影响较大。最后根据流域自身特点和模拟的结果及国内外的经验提出增江流域非

点源污染的控制和治理攒施。

关键词：ＳＷＡＴ，非点源污染，增江流域ＳⅥ协Ｔ．ＢａｓｅｄＳｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｎＮｏｎ—ＰｏｉｎｔＳｏｕｒｃｅ

ＰｏｌｌｕｔｉｏｎｉｎｔｈｅＺｅｎ蜘ｉａｎｇＷａｔｅｒｓｈｅｄ

Ｍａｊｏｒ：Ｗａｔｅｒｒｅｓｏｕｒｃｅｓａｎｄｈｙｄｒｏｌｏｇｙ

Ｎａｍｅ：ＲｅｎＸｉｕ—ｗｅｎ

Ｓｕｐｅｒｖｉｓｏｒ：ＬｉＫａｉ—ｍｉｎｇ

Ａｂｓｔｒａｃｔ

Ｗｉｔｈｔｈｅｃａｐａｂｉｌｉｔｙｔｏｃｏｎｔｒｏｌｐｏｉｎｔｓｏｕｒｃｅｐｏｌｌｕｔｉｏｎｉｍｐｒｏｖｅｄ．ｔｈｅｐｏｎｄｅｒａｎｃｅｏｆ

ｎｏｎ—ｐｏｉｎｔｓｏｕｒｃｅｐｏｌｌｕｔｉｏｎｈａｖｅｂｅｉｎｇｅｍｅｒｇｅｄ．Ａｌｌｏｖｅｒｔｈｅｗｏｒｌｄ，ｎｏｎ—ｐｏｉｎｔｓｏｕｒｃｅ

ｐｏｌｌｕｔｉｏｎｉｓｔｈｅｐｒｉｎｃｉｐａｌｒｅａｓｏｎｏｆｔｈｅｗｏｒｓｅｎｉｎｇｗａｔｅｒｅｎｖｉｒｏａｎ］ｅｎｔ．ＢａｓｅｄＯｌｌｔｈｅ

ｌａｔｅｓｔｖｅｒｓｉｏｎｏｆＳｏｉｌａｎｄＷａｔｅｒＡｓｓｅｓｓｍｅｎｔ１１００ｌｆＳＷＡＴ）．ａｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ－ｐａｒａｍｅｔｅｒａｎｄ

ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｍｏｄｅｌｆｏｒｎｏｎ－ｐｏｉｎｔＳＯｕｒＣｅＳ（ＮＰＳ），ｔｈｉｓｔｈｅｓｉｓｉｓｆｏｃｕｓｅｄｏｎｓｔｕｄｙｉｎｇｔｈｅ

ｎｏｎ—ｐｏｉｎｔｓｏｕｒｃｅｏｆＺｅｎｇｊｉａｎｇｗａｔｅｒｓｈｅｄ．

Ｆｉｒｓｔｌｙ，ＤＥＭ，ｌａｎｄｕｓｅ，ｓｏｉｌ，ｌａｎｄｍａｎａｇｅｍｅｎｔａｎｄｗｅａｔｈｅｒｄａｔａｗｅｒｅｃｏｌｌｅｃｔｅｄ

ｆｏｒｍｏｄｅｌａｐｐｌｙｉｎｇｔｏｂｕｉｌｄｔｈｅＮＰＳｄａｔａｂａｓｅｏｆＺｅｎｇｊｉａｎｇｗａｔｅｒｓｈｅｄ．ＴｈｅｎｕｓｉｎｇＳＷＡＴｗａｔｅｒｓｈｅｄｄｅｌｉｎｅａｔｏｒｔｏａｎａｌｙｚｅｗａｔｅｒｓｈｅｄｃｈａｒａｃｔｅｒ，ｓｔｒｅａｍｎｅｔｗｏｒｋｗａｓ

ｄｅｆｉｎｅｄａｎｄｔｈｅｗａｔｅｒｓｈｅｄｗａｓｄｉｓｃｒｅｔｉｚｅｄｉｎｔｏ５９ｓｕｂ－ｂａｓｉｎｓ．…ｌｂｐｏｇｒａｐｈｉｃｐａｒａｍｅｔｅｒｓｏｆｔｈｅｓｔｒｅａｍｎｅｔｗｏｒｋａｎｄｓｕｂ—ｂａｓｉｎｓｗｅｒｅａｌｓｏｄｅｒｉｖｅｄｆｒｏｍｔｈｅＤＥＭ．３３４

ｈｙｄｒｏｌｏｇｉｃｒｅｓｐｏｎｓｅｔｒａｉｔｓ（ＨＲＵｓ）一ｔｈｅｓｍａｌｌｅｓｔｃｏｍｐｕｔｉｎｇｕｎｉｔｓｏｆｓｗａｔｍｏｄｅｌ—

ｗｅｒｅｄｅｆｉｎｅｄｂｙｏｖｅｒｌａｙｉｎｇｔｈｅｌａｎｄｕｓｅ，ｓｏｉｌｍａｐａｎｄｓｌｏｐｅｃｌａｓｓｅｓｍａｐ．

Ｍｏｎｔｈｌｙｆｌｏｗ－ｄａｔａｓｅｒｉｅｓｏｆ１９９０—１９９７ｗｅｒｅｕｓｅｄｔｏｃａｌｉｂｒａｔｅｃｏｒｒｅｌａｔｉｖｅｐａｒａｍｅｔｅｒｓｏｆｈｙｄｒｏｇｒａｐｈｉｃｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ．Ａｎｄｔｈｅｍｅａｓｕｒｅｄｍｏｎｔｈｌｙｄａｔａｓｅｒｉｅｓｏｆ

１９９８—２０００ｗｅｒｅｕｓｅｄｔｏｖａｌｉｄａｔｅｔｈｅｍｏｄｅｌ．Ａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｈｅｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｓｆｏｒｊｕｄｇｉｎｇｔｈｅ

ａｄａｐｔａｂｉｌｉｔｙｏｆｔｈｅｍｏｄｅｌ，ｓｕｃｈａｓＣｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｏｆＤｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ（影ＸＮａｓｈ－Ｓｕｔｃｌｉｆｆｅ

ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ（Ｅｎｓ）ａｎｄＲｅｌａｔｉｖｅＥｒｒｏｒ，ｈｙｄｒｏｌｏｇｙｍｏｄｅｌｉｎｇｈａｓａｇｏｏｄｒｅｌａｔｉｖｉｙ，Ｒ２ａｎｄ

ＥｎｓａｒｅａｌｌｏｖｅｒＯ．８．ｉｎａｄｄｉｔｉｏｎ．ｓｉｘｒｅｓｕｌｔｓｏｆｗａｔｅｒｑｕａｌｉｔｙｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇｗｅｒｅｕｓｅｄｔｏａｄｊｕｓｔｔｈｅｃｏｒｒｅｌａｔｉｖｅｐａｒａｍｅｔｅｒｓｏｆｎｕｔｒｉｅｎｔｍａｔｔｅｒｓ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｏｆｍｏｄｅｌｉｎｇ

ｒｅｌａｔｉｖｅｌｙａｃｃｏｒｄｗｉｔｈｔｈｅｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇｄａｔａ．Ｉｎｒｅｓｕｌｔ．ｉｔｉｓｓｕｉｔａｂｌｅｆｏｒｕｓｉｎｇＳＷＡＴｔｏｍｏｄｅｌｔｈｅｎｏｎｐｏｉｎｔｓｏｕｒｃｅｉｎＺｅｎｇｊｉａｎｇ．

Ｕｓｉｎｇｔｈｅｖａｌｉｄａｔｅｄｍｏｄｅｌ，ｔｈｅ１１０１１一ｐｏｉｎｔｓｏｎｒｃｅｐｏｌｌｕｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｏｆ２０００ｗａｓ

ｓｉｒｅｕｌａｔｅｄ．Ａｎｄｔｈｅｔｉｍｅａｎｄｓｐａｃｅｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｓｏｆｔｈｅｓｅｄｉｍｅｎｔａｎｄｎｕｔｒｉｅｎｔｓｗｅｒｅ

ａｎａｌｙｚｅｄ．Ｔｈｅｒｅｉｓａｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｏｆｎｏｎ—ｐｏｉｎｔｓｏｕｒｃｅｐｏｌＩｎｔｉｏｎｊｉ＂１ｆｌｏｏｄ

ｓｅａｓｏｎ．Ｉｎｓｐａｃｅ，ｎｏｎ—ｐｏｉｎｔｓｏｕｒｃｅｐｏｌｌｕｔｉｏｎｉｓｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄｄｉｆｆｅｒｅｎｔｌｙａｎｄｉｓａｆｆｅｃｔｅｄｂｙｍａｎｙｒｅａｓｏｎｓ，Ｔｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｎｓｅｄｉｍｅｎｔａｎｄｎｕｔｒｉｅｎｔｓｏｆｖａｒｙｉｎｇｌａｎｄｕｓｅｗｅｒｅａｎａｌｙｚｅｄ．

Ｐａｄｄｙｆｉｅｌｄｈａｓａｇｒｅａｔｃｏｎｔｒｉｂｕｔｉｏｎｔｏｎｏｎ—ｐｏｉｎｔｓｏｕｒｃｅｐｏｌｌｕｔｉｏｎ．Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｓｃｅｎａｒｉｏｓ

ｗｅｒｅｄｅｓｉｇｎｅｄｔｏｓｉｍｕｌａｔｅｔｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅ０ｎｓｅｄｉｍｅｎｔａｎｄｎｕｔｒｉｅｎｔｓｏｆｖａｒｙｉｎｇｌａｎｄｕｓｅａｎｄｆｅｒｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ．Ｂｙｃｏｍｐａｒｉｎｇｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｗｉｔｈｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｏｆｎｏｎｍａｎａｇｅｍｅｎｔ

ｍｅａｓｕｒｅｕｓｅｄｓｃｅｎａｒｉｏ．ｉｎｆｌｕｅｎｃｅｅｆｆｅｃｔｏｆｄｉｆｆｅｒｅｎｔｍｅａｓｕｒｅｗａｓｄｅｄｕｃｅｄｆｒｏｍｔｈｅ

ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ．ＲｅｄｕｃｉｎｇｆｅｒｔｉｌｉｚａｔｉｏｎＣａｎｐａｒｅｄｏｗｎｓｏｌｕｂｅｎｉｔｒｏｇｅｎａｎｄｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓａｎｄ

ｄｅｃｒｅａｃｉｎｇｄｏｍｅｓｔｉｃｆｏｗｌｓＣａｎｒｅｄｕｃｅａｄｓｏｒｂｅｎｔｎｉｔｒｏｇｅｎａｎｄｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓ．Ｉｎｔｈｅｅｎｄ，

ｍｅａｓｕｒｅｓｆｏｒｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇｎｏｎ—ｐｏｉｎｔｓｏｕｒｃｅｐｏｌｌｕｔｉｏｎａｌｅｐｒｅｓｅｎｔｅｄａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅ

ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｒｃｓｕＲｓｍａｄｔｈｅｅｘｐｅｒｉｅｎｃｅｓｏｆｏｔｈｅｒａｒｅａｓ．

ＫｅｙＷｏｒｄｓ：ＳＷＡＴ（ＳｏｉｌａｎｄＷａｔｅｒＡｓｓｅｓｓｍｅｎｔＴｏｏｌｓ），Ｎｏｎｐｏｉｎｔ－ｓｏｕｒｃｅｓＰｏｌｌｕｔｉｏｎ，

ＺｅｎｇｊｉａｎｇＷａｔｅｒｓｈｅｄ

ＩＩＩ２００７届中山大学硕士论文

１．１选题背景及意义第１章绪论

水环境污染已是当前普遍存在的一个世界性问题。水体的污染源，概括地讲

可以划分为：点源、面源（也称为非点源）和内源。点源是指各种废水的集中排

放，主要来自于工业和生活污水；非点源污染的来源比较广泛，其中以来自农田

的面源污染最为突出；内源主要指水系沉积物的释放，即底泥释放出的污染物质。随着点源污染控制能力的提高，面源污染的严重性逐渐显现出来。１９９５年，

美国６０％的河流及５０％的湖泊的污染与非点源污染有关Ｉｌ】。在奥地利北部地区，据计算进入水环境的非点源氮量远比点源大；在丹麦２７０条河流９４％的氮负荷、

５２％的磷负荷是由非点源污染引起的１２］。荷兰农业非点源提供的总氮和总磷各占

水环境污染总量的６０％和４０％～５０％ｉ３ｌ。直至２０世纪６０年代，中国水体污染

问题尚不突出，７０年代以后各大湖泊、重要水域的水体污染，特别是水体的氮、

磷富营养化问题急剧恶化。重要的湖泊水质持续下降，五大湖泊中太湖、巢湖已进入富营养化状态，水质总氮、磷指标等级已达劣五类［４１。洪泽、洞庭、鄱阳湖和一些主要的河流水域如淮河、汉江、珠江、葛洲坝水库、三峡库区也同样面临

着富营养化的威胁【５ｌ。在全球范围，非点源污染是导致水环境恶化的主要原因。在美国，对主要的

点源污染物的控制即使达到零排放，仍然不能有效控制水体污染。我国对污染物

排放实行总量控制，但这只对点源污染的控制有效，对面源污染的控制没有意义，同时非点源污染排放物的增加在很大程度上抵消了在点源污染治理上所取得的成效。我国至今尚未有非常有效的措施能够对非点源污染进行控制，因此，有效

地控制非点源污染已是当务之急，迫切需要建立快速、简便进行非点源污染负荷

分析与预测的技术与方法，研究非点源的污染与控制有着重要的现实意义。

１。２非点源污染概述

１．２．１非点源污染的概念

美国清洁水法修正案中定义非点源污染为“污染物以广域的、分散的、微量

的形式进入地表及地下水体”嘲。随着对非点源认识的不断深化，不同的学者

对非点源概念的具体说法不一，但不同定义的基本内涵还是趋于一致的【７．１１１。典

型的非点源污染发生方式是降雨径流及积雪融水污染（即狭义非点源污染），此