晋江东溪流域农业非点源污染模拟分析

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1、摘要水质污染是全球关注的热点环境问题。河流水质的保护和改善，与流域水循环过程密切相关。流域分布式模型从流域的尺度出发，将降水一产流一产沙一污染过程作为一个整体，研究人类活动影响下的流域径流、泥沙和污染物输移过程，从而为制定水环境的治理与保护措施奠定基础。经济活动较为活跃的泉州市，其社会经济发展对水资源量和质的需求与水资源现状矛盾较大。因此，选择泉州市重要的水源地——山美水库所在的晋江东溪流域，深入探讨流域的径流、土壤侵蚀和营养物质输移过程，从而采取针对性措施保护河流及山美水库水质。本研究利用流域分布式SWAT模型，以晋江东溪流域洪濑水文站控制流域为研究区，结合GIS和RS等技术

2、，在收集流域基础资料的基础上建立空间和属性数据库，对流域1972—1979年的径流、泥沙和农业非点源污染负荷进行模拟计算，并选取相对误差、相关系数和效率系数三个指标用于模型的适用性评价；在对流域径流、土壤侵蚀和农业污染特征分析的基础上，从影响农业污染的土壤侵蚀和农业生产两大过程入手，定量评价水土保持生物措施和农业化肥施用对流域径流：泥沙和营养物质排放的影响。结果表明，SWAT模型能较好地用于大型水库影响下的东溪流域产流产沙模拟；山美水库库区流域内年径流分布自西、西北向东南递减，入库的泥沙和农业污染负荷主要来自桃溪支流，且耕地是该流域土壤侵蚀和农业非点源污染的主要来源：退耕还林还

3、草能有效地减少入库泥沙和污染负荷，减少化肥施用量是流域控制农业非点源污染的有效措施。关键词：SWAT模型，农业非点源污染，控制措施，山美水库，晋江流域中文文摘非点源污染是当前水环境污染问题研究的热点。由于非点源污染来源、扩散途径的复杂性，使得其研究和治理措施的制定具有一定的难度。美国农业部(USDA)农业研究中心(ARS)研制开发的SWAT模型被广泛的应用在非点源污染的管理和控制过程中，是非点源污染研究的代表性模型之一。它能够利用GIS和RS提供的空间信息，根据模型中的水文过程子模型、土壤侵蚀子模型和污染负荷子模型模拟复杂大流域的径流、泥沙和营养物质输移。该模型不仅可以模拟非点

4、源污染负荷，而且可以建立不同的管理情景来评价不同的管理措施及其效果。从SWAT模型在我国的应用情况来看，研究内容多涉及非点源污染负荷模型的构建、模型效率的检验及流域现状土地利用下的水文水质模拟，有关流域管理措施及其影响机制的探讨尚处于初期研究阶段，利用非点源污染模型为流域制定管理措施的研究较为少见。晋江流域地处福建省东南部，其水资源条件与经济社会发展具有不对称性，且由于资源开发利用管理的不到位，土壤侵蚀、水质污染等问题还没有得到有效控制和解决。因此，论文选择山美水库所在的晋江东溪流域为研究区，利用分布式流域模型SWAT，结合GIS和RS等技术手段，进行了流域水文过程模拟、农业非

5、点源污染负荷计算的研究。通过率定研究区水文、泥沙和营养物质输移过程，定量分析农业污染负荷，确定入库泥沙和营养物质的主要产出支流；在此基础上，对相应的防治措施进行效应分析和有效性评价，从而优化管理措施的制定。主要研究内容与结果如下t(1)收集和整理晋江东溪流域的地形、土地利用和土壤类型、气象、水文等空间和属性数据，建立适用于SWAT模型模拟分析的研究区非点源污染基础数据库。在此基础上，设定集水面积为2700ha，将研究区划分为27个子流域，根据土地利用与土壤类型的组合，进一步划分为349个水文响应单元(HRUs)，然后进行研究区的径流、泥沙和非点源污染负荷的模拟计算。(2)利用洪

6、濑水文站1972—1975年的实测年、月径流泥沙数据进行模型参数的校准，1976—1979年数据则用于模型验证。结果表明，流域出口年径流深模拟的相对误差(月E)为5．3％，效率系数(晶。)和相关系数(尺2)均大于O．9；校准期和验证期内的月径流模拟结果尺?分别为O．98和0．83；流域月产沙模拟结果如为0．74，R2为0．78。此外，流域内两个库区子流域，桃溪和湖洋溪流域的多年平均流量模拟IlI中文文摘RE均小于3％，且桃溪子流域年产沙模拟RE为-6％。即流域出口及子流域的径流泥沙模拟精度均较高，SWAT模型在东溪流域适应性较好。(3)根据模型模拟结果，分析了山美水库库区子流域

7、径流的空间规律。流域内年径流分布总趋势为自西、西北向东南递减，桃溪流域的年径流量大于湖洋溪。永春县中北部为流域内径流的相对高值区，其中蓬壶、达埔一带为最高径流区，湖洋镇分布有流域内的最低径流。(4)根据模型模拟结果，分析了库区子流域土壤侵蚀的空间分布规律。两入库子流域的土壤侵蚀存在明显的空间差异，桃溪各子流域的侵蚀模数均大于湖洋溪；通过对比不同土地利用方式下的产沙，表明耕地是造成流域土壤侵蚀和水库淤积的主要来源。(5)在流域产流产沙模拟的基础上，对流域农业非点源污染的空间变化进行了模拟分析。