北方高寒地区非点源污染模拟研究

2017年第4期(第45卷)黑龙江水利科技HeilongjiangHydraulicScienceandTechnologyNo．4．2017(TotalNo．45)文章编号：1007—7596(2017)04—0019—04北方高寒地区非点源污染模拟研究周欣，雷兴元(黑龙江农垦勘测设计研究院，哈尔滨150090)摘要：受农业化肥过量施用及生活污水、有害气体过量排放的影响，大量污染物随降水扩散到流域不同的低洼地带，同时通过土壤的渗透作用扩散到地下，对地表及地下水资源造成了严重的污染，寒区由于冬季长达半年的特殊气候特点，冬季的污染物扩散速度减慢，这对污染物的随机性扩散模拟造成了很大的影响，文章采用运用美国农业部开发的SWAT模型及美国地质勘探局开发的LOADEST模型，通过对流域非点源污染负荷估算及建立完整的地理、土壤、土地利用、水文气象和农业数据库，对项目区农业非点源污染进行了模拟研究。模型模拟效果证明SWAT模型适用于北方高寒地区农业非点源污染模拟。关键词：阿什河流域；SWAT模型；LOADEST模型；污染物模拟；空间分析中图分类号：X52文献标识码：BO引言目前，世界各地受环境影响，许多河湖受到了不同程度的污染，造成了大量的财产损失和人员伤亡。非点源污染的发生具有广泛的随机性，其扩散主要依赖于降水，当降水发生时，随着坡面的倾斜角度向不同的方向流动，汇入不同的低洼地带，并随着土壤空隙深入到地下，高浓度污染时甚至会对地下水产生污染。SWAT模型(Soilandwaterassessmenttoo1)具有较强的物理机制，它能够利用遥感影像提供的空间信息模拟多种不同的水文物理化学过程⋯。SWAT模型是由美国农业部(UnitedStatesDepart—mentofAgriculture，USDA)农业研究中心(Agricultur—alResearchService，ARS)JEFFAmold等开发的半分布式流域水文模型，模型在气候变化对区域水资源的影响、非点源污染、不同灌溉制度下对作物产量的影响中获得了广泛的应用J。多数学者对不同流域的污染物的迁移过程进行了模拟，但少有学者在高寒地区开展研究，本文利用LOADEST模型对污染物进行插值获得月污染物通量，进而采用SWAT对月污染物通量进行模拟，研究其在寒区非点源污染模拟中的适用性。1研究区概况阿什河流域全长51km，境内流域面积565km，阿什河的干流河道实际长度为257km，直线长度为133km，弯曲系数1．93。其支流较多，流域汇集大、小支流79条，河道总长度为1277．86km，河网密度为0．36krn／km。。2数据来源土地利用数据采用美国马里兰大学土地覆被数据土壤数据采用世界和谐土壤数据库，高程数据采用中科院地理空间数据云90m数字高程数据。实测气象及降水数据采用阿什河流域及周边地区2个气象站与8个雨量站的逐日数据。流量采用距离研究区最近的阿城水文站2009年1月1日到2015年10月31日的日流量数据。水质数据采用项目区4个汇水口2014—2015年的总氮、总磷瞬时污染物浓度数据，通过LOADEST模型插值后计算得出月污染物浓度负荷，通过建立的SWAT模型对日流量及月污染物浓度负荷进行模拟]。汇水口的编号记为：[收稿日期]2017—03一O6[作者简介]周欣(1980一)，女，辽宁岫岩人，高级工程师；雷兴元(1989一)，男，黑龙江青冈人，助理工程师。一19—2017年第4期(第45卷)黑龙江水利科技HeilongjiangHydraulicScienceandTechnologyNo．4．2017(TotalNo．45)H01、H02、H03、Ho4。3各污染物负荷回归方程的建立本文基于LOADEST统计模型，采用连续的日流量数据和有限的、离散的水质数据，建立总氮和总磷污染物负荷回归方程，确定模型中各个水质参数回归方程中的相关参数，并进行回归检验分析。LOADEST模型的计算原理见图1，本研究采用2015年1月一2015年l2月的LOADEST模型TN、TP估算结果进行项目区的污染物模拟，LOADEST模型估算结果见表l一2．图1LOADEST统计模型基本构成图表l2015年1—6月份项目区各月份污染物负荷一20—2017年第4期(第45卷)黑龙江水利科技HeilongjiangHydraulicScienceandTechnologyNo．4．2017(T0talNo．45)4SWAT模型的建立土地利用是SWAT模型数据库建立的重要数据之一，其影响着降水在路面的流动过程，对水文过程模拟有重要影响，本文首先将DEM数据加载进arcs—war软件中，设定最小汇水面积阈值为500km，划分出37个子流域，并计算流域地形参数，采用最终划分的流域分水线提取出流域包含的土地利用