滦河流域非点源总氮污染的模型模拟

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1、第1章绪论1．1非点源污染现状与研究的目的水体污染按照污染源划分为点源污染和非点源污染两大类，非点源污染是指各种污染物质不是通过集中的污染排放源而是非特定点随着降雨径流汇流到水体而产生水体污染的污染形式。随着点源污染控制的技术和制度的完善和化肥农药的滥用等变化【l】，非点源污染对水体污染的贡献率不断加大，世界范围内几近一半的水污染源自于非点源产生【引。在欧美等发达国家40％的河流和湖泊水质富营养化，非点源污染的氮、磷贡献量达24％．71％。20世纪80年代美国水体污染的非点源污染贡献量为：BOD的57％，

2、TP的87％，TN的58％【1J；丹麦270条河流中非点源污染贡献量为：TN的94％、TP的52％12]；20世纪90年代全球30％．50％的陆面受到非点源污染的影响。我国北京密云水库、天津于桥水库、安徽巢湖、云南洱海等水域，非点源污染已经成为威胁地表水的主要污染源【3J：北京密云水库的非点源污染贡献量为：COD的64％，BOD5的61％，NH3．N的85％，TN的66％和TP的86％141；云南洱海的非点源污染贡献量为：TN的97．1％，TP的92．5％t5】【6】；长江中氮素的92％、黄河中氮素的88

3、％来自农业相关的污染。我国最大淡水湖泊鄱阳湖湖体的总氮、总磷含量也分别达到1．06±0．28mg／L和O．067±O．042mg／L，已具备富营养化的条件17J．正是由于问题的严重性，环境、水文专家们于上世纪60年代开始全面深入的理解非点源污染，对污染机理、来源、模拟、预测、监控管理18J各方面都取得了一定的成果，开发出了多种有效的定量研究模型pJ。1．2非点源污染模型的国外研究进展非点源污染模型按照研究区域分为城市与农村两大类，按照发展历程分为统计模型，有物理基础模型，运用“3S”等现代技术的新模型。上

4、世纪60年代开始的20年，国外大力开展非点源污染研究并基于测量数据的统计经验分析得到了污染与土地利用、径流间的统计关系，值得提出的是美国和加拿大提出的基于土地利用的早期的输出系数模型【lⅢ，由于建模成本低而被经常第1章绪论使用在流域面积小的区域。这类对数据要求较低，在早期得到了广泛应用，但因难以描述污染物迁移路径与机理于是需要进一步的开发研究工作。第二阶段随着对面源污染物理化学过程掌握和过程的监测产生了SWMM、STORM、HSPF、BMPs等基于物理机理的模型，而1971年美国提出的经验方程一通用土壤流

5、失方程USLE也成为国际上广泛参照和运用的面源污染模型。在连续的时间序列响应分析模型开发研究的基础上，加入污染管理治理的研究模块，使对面源污染的研究从原理向实际运用治理方向发展，如SWAT[11]、ANSWERSll2

6、、WEPP模型等。但是由于参数的空间变异性、要求大量数据输入、对计算要求高等特点，也促使了模型的进一步发展。第三阶段(上世纪90年代至今)的模型开发在现代技术催化下正在飞快的发展，如由于3Stl3】技术能将地理空间很好的提取并将取得的信息数据及其关系作统一处理，可以分析用来作为非点源污染模

7、型的数据获取、存储、运算、显示平台产生了AnnAGNPS、BASINS、CREAMS、ArcSWAT等基于3S技术的改进型模型；另外人工智能【14

8、、模糊数学、新型算法等的引进使非点源模型的开发有了新的有力工具，以下简要介绍几个非点源模拟常用的模型及其在流域中的运用。1．2．1AnnAGNPS模型模型由如下结构组成ll5J：数据预处理器与输出器；一维河道模型与水温模型；污染负荷模型与传输系统模型；沉积侵入和溶解氧模型。其中核心的污染负荷模型是对各种不同土地利用的污染源(包括饲养场、沟壑、排污口、水库等)的

9、水文过程，土壤侵蚀和污染物迁移过程进行模拟。模型的水文模块采用SCS曲线法，将土壤分成两层并计入降水、灌溉、径流、融雪、蒸发和渗漏等水量增减，参数CN来自利用编制的土地利用和土壤组合表格，峰值径流QP的计算采用TR．55方法；侵蚀与泥沙输移模块产用RUSLE方程计算输移到分室边缘的泥沙量，用HUSLE方程计算泥沙沉积后离开分室到达各河段的总沙量，用Bagnold指数方程计算泥沙的沉积量；化学物质迁移模块在养分方面计算各分室内逐日的氮、磷、有机碳的质量守衡，并随着河道历时、水温和养分等因素进行衰减，农药方面

10、的计算采用CLEAMS模型对每一种杀虫剂考虑作物洗脱、土壤中垂直迁移，以及降解等过程分别计算。【16】-【17]AnnAGNPS模型在国外的运用比较广泛，如Jennifetl8】(2001)在Piscola2第1章绪论Creek流域的研究中由于参数获取的问题导致模拟结果与实测值有较大偏差；Baginskall9】(2003)在CurrencyCreek流域的模拟结果比较理想并得到每增加一单位pH值会增加34％微粒磷负荷量的结论