导　　师： 陈晓宏

学科专业： G0501

授予学位： 博士

作　　者： ;

机构地区： 中山大学

摘　　要： 非点源污染是指溶解性或固体污染物在大面积降水和径流冲刷作用下，汇入受纳水体而引起的水体污染。非点源污染受土地利用、气候、土壤等多种因素影响，具有起源广泛、随机性强、成因复杂等特点。由于非点源污染涉及的范围广和控制难度大等原因，已成为目前水环境治理难点，也是水环境研究的热点和重点。 新丰江流域位于经济发达的珠江三角洲上游，其流域面积与水资源量占东江流域的四分之一强，是东江下游香港、广州、深圳、东莞等发达城市的重要水源地，新丰江的水量水质状况影响着下游计以千万的民众生活问题，也影响着下游计以千亿的经济发展问题。所以，采取切实措施保护东江水源地是必须的，防治新丰江水质恶化是重要的。但与此同时，新丰江流域是广东重要的产粮区，其中耕地广布、农业发达。农业作为该地区支柱产业之一，是当地大多数民众经济收入来源，肩负着重要的社会责任。非点源污染既受耕地等土地利用的直接影响，同时又对下游水资源质量起重要影响，是农业生产、经济发展、水源保护等多重矛盾的关键所在。由此而知，以新丰江流域为研究区进行非点源污染机理研究，分析讨论土地利用等影响因子与非点源污染负荷的响应关系，为有效水源保护措施的制定提供科学依据，对于保护水源水质，保障经济社会可持续发展具有现实意义。 本研究旨在通过gis、swat模型和元胞自动机模型等技术手段和研究方法，探讨气候、污染物特性和土地利用等影响因子对非点源污染负荷时空变化的影响，通过动态模拟土地利用多幅情景变化定量分析土地利用与非点源负荷的响应关系，并取得了以下研究成果： 1.建立流域非点源污染研究数据库。本研究收集了新丰江流域气象、水文、水质、经济、土壤、地形、土地利用/覆被和土地管理方式等大量资料，通过各种方法计算、整理，最终构建成非点源研究所必需的数据库群，其中包括空间数据库、气象数据库、土壤数据库、污染源数据库等。 2.通过模型率定与验证，分析swat模型在新丰江流域的适用性情况。分析模型率定与验证结果得出，水量模拟误差在15％以内，泥沙部分的误差在20％以内，非点源污染物的误差在30％以内，满足模型精度要求。结果显示率定后的swat模型具有一定的精确度，可用于研究区非点源污染模拟与研究。 3.进行土壤级配累积曲线特性分析，提出最优土壤质地插值方法，分析插值误差在非点源模拟中影响。通过对土壤级配累积曲线特性和三种插值函数曲线特性的对比分析发现，土壤级配累积曲线具有单调递增和一阶导数连续等特性，插值函数也因为所需满足的特定条件不同而具有不同的特性。如果插值函数特性与土壤级配累积曲线特性符合程度越高，逼近效果越好，误差越小；反之亦然，甚至出现不合理值现象。在实例验证中，分段三次hermite插值方法的误差均为最小，而且其特性与土壤级配累积曲线特性符合程度最高，认为在三种插值方法中分段三次hermite插值方法最适合用于土壤质地转换插值计算。同时通过实例分析得出，插值误差会在基于土壤质地估算其他土壤属性参数时被放大数倍，累积误差可以达到200％以上，显示选用最优插值方法避免巨大衍生误差的重要性。 4.分析东江流域最大半小时降雨量年内分布和空间分布规律与成因，研究其多年演变趋势与变异情况，探讨最大半小时降雨量与非点源污染物负荷的响应关系。研究发现，东江流域具有最大半小时降雨量月均值年内峰值出现的时间和极端暴雨集中时段基本是随上游内陆高纬度地区往下游沿海低纬度地区推移而从前向后推移的规律，成因分析显示最大半小时降雨量月均值年内分布主要受当地气候条件影响。东江流域最大半小时降雨量空间分布基本表现为上游内陆高纬度地区往下游沿海低纬度地区递增，最大半小时降雨量的流域空间分布受气候因素和地形因素影响。东江流域月最大半小时降雨量1951-1988年序列总体趋势为递增，但增长趋势不显著。东江流域最大半小时降雨量在1972年发生突变，由1972年以前的下降趋势转为增长趋势，突变置信度大于95％。东江流域年际月最大半小时降雨量年内分布在突变点前后发生结构性变化，具体表现为分布结构由汛期中间大两边小发展为中间小两边大，增长部分集中在汛期的两边。进一步分析最大半小时降雨量与非点源负荷相关性发现，新丰江流域氨氮非点源负荷年内分布与最大半小时降雨量成良好非线性关系，对数回归方程r2达0.9074，显示汛期初期氨氮非点源负荷在最大半小时降雨量增长较慢时而增长快速，而进入汛期高峰期氨氮非点源负荷在最大半小时降雨量增长快速时反而增长缓慢的响应关系。 5.分析新丰江流域非点源污染物负荷情况，进行非点源污染物负荷年内分布与空间分布特性分析与成因分析。通过基流分割计算污染物非点源负荷和点源负荷，分析得出新丰江流域氨氮多年平均负荷为2537.7 t，非点源负荷占总负荷61.6％；总磷多年平均负荷为194.1 t，非点源负荷占总负荷72.0％，3、4月份总磷负荷非常集中，占全年总负荷的61.1％。通过污染物负荷年内分布与特性分析认为，由于氨氮易溶于水的和总磷微溶于水的特性差异，导致氨氮点源负荷年内分布与基流相一致，氨氮非点源负荷年内分布与最大半小时降雨量较一致，总负荷在汛期内各月分布较均匀，与总磷输移受初雨效应作用，大部分总磷负荷集中在3、4月份而枯水月份分布极少的年内分布特征差异。非点源污染物负荷空间分析发现，降雨量与泥沙、氮、磷负荷的相关性较差，泥沙负荷与氮、磷负荷有弱正相关关系，非点源污染物负荷空间分布同时受降雨分布、农业情况、绿化程度与水土保持措施等多个因子的影响，所以难以与单一因子有较好的相关关系。 6.研究1980～2000年土地利用变化导致的非点源污染响应情况，以元胞自动机模型(bpann—ca)动态模拟2020年土地利用情景与无农业用地情景，模拟未来非点源污染情况和非点源污染物负荷背景值，分析不同土地利用类型对非点源污染的贡献率。以元胞自动机模型(bpann—ca)动态模拟9个土地利用定向变化情景，定量分析土地利用与非点源污染的响应关系。

关 键 词： 华南湿润地区 非点源污染 元胞自动机 土地利用

分 类 号： [P931.1]

领　　域： [天文地球]