不同土地利用类型对非点源氮磷污染影响研究

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本文基于SWAT2000模型,以洗府河流域为例,探讨了不同的土地利用方式对非点源氮磷污染的影响。不同的土地利用方式,包括耕地、林地、草地、居民建设用地和未利用地等,通过对径流量、泥沙量产生影响,进而影响氮磷的负荷量。本文根据流域径流量、输沙量和氮磷负荷量的实际监测数据对SWAT模型进行率定和验证,以提高模型的适用性,提高模拟结果的精确度。通过设立不同的土地利用情景,比较不同的土地利用方式对氮磷负荷的贡献率,并结合实际的土地政策设定不同的土地利用情景,制定出土地最佳利用方式,以控制非点源氮磷污染。本文进行的主要研究包括:(1)SWAT模型的建立和运行。利用ERDAS9.2软件对1999年、2010年的遥感图像进行预处理。结合SWAT模型的要求,将土地利用类型进行重分类,共划分为7种土地利用类型:耕地、林地、园地、草地、水域、未利用地和居民及工业建设用地,并建立解译标志,对两期遥感影像进行解译。并结合流域的DEM高程模型、土地利用类型图、土壤类型图、洗府河流域水系图、流域行政区划图、流域内的水文和气象站点图建立SWAT模型的空间数据库。通过查询《山东土种志》、运用SPAW软件和MATLAB7.0软件,以及相关的计算公式,计算出相关的土壤物理属性数据,土壤的化学属性数据采用模型的默认值,从而建立SWAT模型的属性数据库。对流域不同的气象数据:降水、温度、太阳辐射、风速、相对湿度数据进行分站点组织与存储,并建立天气发生器,完成模型气象数据库的建立。(2)对模型进行率定和验证。根据黄庄水文站点水文监测数据,分别对年径流量、年输沙量和月氮磷负荷量进行校准和验证,使得Re(相对误差)、R2(决定系数)以及Ens (Nash-Suttcliffe系数)均满足模型的要求,提高模型在流域内的适应性和模拟结果的精确程度。校准好的SWAT模型即可应用于研究区域的模拟。根据1987年和2010的模拟结果分析氮磷负荷的变化趋势。(3)不同土地利用情景的设立。根据研究目的的不同设定两组不同的土地利用情景。第一组为为研究不同土地利用方式对水文要素及总氮总磷负荷的影响,设定五种土地利用情景,分别为假定流域内分别全为耕地、林地、草地三种情景,以及作为对比的1987年和2010年土地利用情景。第二组为了探讨最佳土地利用方式,设定三种情景,分别为:在2010年土地利用情景的基础上,将流域内大于5°的耕地全部还林,其余保持不变,即退耕还林情景;在2010年土地利用情景的基础上,将流域内大于5°的坡地全部还林,其余保持不变,即封山育林情景;在2010年土地利用情景的基础上,假设流域内土地利用状况恶化,将大于5°的坡地全部变为未利用地,即严重退化情景。对各种情景下的氮磷负荷量进行模拟,并进行对比分析,得出不同土地利用方式对非点源氮磷污染的影响。并根据对氮磷负荷控制的有效性确定出最佳的土地利用方式,为洸府河流域的氮磷含量控制提出有效措施。
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