论文总字数：30903字

摘 要

随着工业污染源的有效控制，非点源污染已经成为我国重要污染类型之一，而非点源污染的形成和土地利用有着密切的关系。土地利用变化导致下垫面水力学特征、土壤成分等发生变化，对非点源污染的输出有较大影响。作为鄱阳湖流域的重要组成部分，乐安江流域的非点源污染水平将对鄱阳湖流域的水质环境等产生直接影响。因此，研究乐安江流域土地利用变化对非点源污染的影响，对提高鄱阳湖流域水环境质量及实现流域生态环境持续发展具有重要的研究意义。本文选取乐安江流域为研究对象，通过已建立的用来估算非点源磷污染的HYPE模型，从不同土地利用方式对2009—2011年三年间研究区域内的非点源磷污染负荷进行了分析，并讨论分析了土地利用变化对流域非点源污染的影响。根据分析得出的结论，提出了相应的土地利用措施及建议。主要研究内容和结论如下：

(1)耕地产生的非点源磷污染是乐安江流域非点源磷污染的最主要贡献者，且为正相关。非点源磷污染负荷的变化趋势与耕地面积变化之间有着良好的一致性。

(2)针对未来土地利用和非点源污染的控制，分别从农业非点源污染和城市非点源污染两个方面，提出了流域非点源污染的控制措施。

关键词：乐安江；非点源磷污染；土地利用变化；HYPE

The impact of land use change on river phosphorus output flux

Abstract

Since industrial pollution has been controlled effectively，non-point source pollution has become the dominant factor affecting water quality with its formation closed to land use very much. It is noted that land use change leads to mechanical characteristics of the underlying surface water，soil composition and other changes which have a greater impact on non-point source pollution output. The water quality and environment of Poyang Lake basin will be influenced by non-point source pollution level of Le’an River directly which is an important part of Poyang Lake basin. Therefore，the study of non-point source pollution with different land use types of Le'an River basin has an important meaning for improving the quality of Poyang Lake basin water environment and the realizing the ecological sustainable development of the lake basin. This paper selects Le'an river basin as the research object，analyses the non-point source phosphorus pollution load of 2009 to 2011 from different land use through an established mathematical model of estimating non-point phosphorus pollution and discuss the impact of land use change on basin non-point source pollution. The corresponding land use management measures and suggestions combined with the conclusions we get. The main work and conclusions of this thesis are summarized as follows:

(1)Non-point source phosphorus pollution brought by farmland is the main contributor to Le’an River Basin non-point source phosphorus pollution in a positive correlation. Trends of non-point source phosphorus pollution load has a good consistency in changes of arable land.

(2)Basin non-point source pollution control measures are put forward respectively from agricultural non-point source pollution and urban non-point source pollution for future land use and the control of non-point pollution.

Keywords: Le’an River; Non-point phosphorus pollution; Land use change; HYPE

目录

摘要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1 选题背景与研究意义 1

1.2 流域非点源磷污染研究概述 1

1.2.1非点源污染的概念 1

1.2.2非点源磷污染对水环境的影响 2

1.2.3非点源磷污染的影响因素 2

1.2.4非点源磷污染国内外研究现状 2

1.3 本文研究内容及技术路线 3

1.3.1 研究目标 3

1.3.2 研究内容 4

1.3.3 本文技术路线 4

第二章 研究区概况 5

2.1 自然环境 5

2.1.1 乐安江流域的地理位置 5

2.1.2 流域地形、地貌与水系 5

2.1.3 植被与土壤类型 6

2.1.4 气候、水文条件 7

2.2 社会经济状况 7

2.2.1 土地利用状况 7

2.2.2 社会经济概况 8

2.3 乐安江流域水环境现状 8

第三章 乐安江流域水文和非点源磷污染模型的构建 9

3.1 HYPE模型介绍 9

3.1.1模型概述 9

3.1.2模拟过程及方程 10

3.1.2.1 水文过程 10

3.1.2.2 磷的输移过程 11

3.2 乐安江流域HYPE模型数据库 12

3.2.1 空间序列数据 12

3.2.2 时间序列数据 12

3.2.3 统计数据 13

3.3 乐安江流域HYPE模型构建 14

3.4 模型参数率定及模拟结果评价方法 15

3.4.1 参数率定方法 15

3.4.2模拟结果评价方法 16

第四章 土地利用类型的分配与输出结果 18

4.1 林地与耕地面积的转变 18

4.1.1减少林地面积20%： 18

4.1.2减少林地面积40%： 19

4.1.3减少林地面积60%： 19

4.1.4 分析 19

4.2林地与城乡用地面积的转变 20

4.2.1减少林地面积20%： 20

4.2.2减少林地面积40% 21

4.2.3 减少林地面积60% 21

4.2.4 分析 21

4.3 耕地与城乡用地面积的转变 22

4.3.1减少耕地面积20%： 22

4.3.2减少耕地面积40%： 23

4.3.3．减少耕地面积60%： 23

4.3.4 分析 23

4.4 本章总结 24

4.4.1耕地非点源磷污染成因 24

4.4.1.1土壤侵蚀 24

4.4.1.2 化肥 25

4.4.1.3 农药 25

4.4.1.4 畜禽粪尿污染 25

4.4.1.5 农业废弃物 25

4.4.2 城乡用地非点源磷污染成因 26

4.4.2.1大气沉降 26

4.4.2.2 住宅及商业区 26

4.4.2.3 交通 26

第五章 非点源污染的防治措施研究 27

5.1农业非点源污染防治措施 27

5.2城市非点源污染防治措施 27

第六章 结论与展望 28

6.1结论 28

6.2展望 28

致谢 29

参考文献 30

第一章 绪论

1.1 选题背景与研究意义

湖泊水资源与人类的生存和发展密不可分，是社会经济可持续发展的基础保障，也是生态与环境评价的重要控制性要素。近年来，随着经济的不断发展和人口的激增，湖泊污染日益严重，水体富营养化问题突出。水体富营养化主要来源于非点源和点源带入水体的氮磷营养物质，与点源污染相比，非点源污染地理边界模糊，成分、过程更复杂，危害规模更大，防治困难，已成为水系或水体水质降低的最主要原因^[1]。氮和磷是引起水体富营养化的关键因素，其中磷的作用远大于氮，研究表明水体中的磷在浓度较低时都可能引起水体富营养化^[2]。从我国目前水体中氮、磷的污染状况看，磷是导致水体富营养化的关键性物质，输入湖体的磷有一半以上来自非点源污染。磷是影响水质的重要因素。

鄱阳湖是我国第一大淡水湖，是重要的淡水资源，近年来其水质有恶化趋势，引起政府的极大关注。王慧娟等根据江西省2008-2011年水质资料，分析了鄱阳湖流域水质变化趋势：由于各种因素的综合影响2010年的水质较2009年有所好转。除此之外，鄱阳湖水系的总体水质不断变差。在2008年时鄱阳湖水系中有72.8%的水体优于III类河长，但这个比例在2011年时下降到68.7%；与此同时，低于III类河长的比例增长了近2个百分点，而从2008年到2011年劣V类水所占河长从221km增加到了261km^[3]。根据数据显示，2008年鄱阳湖水系污染指标为氨氮，总磷与高锰酸盐指数，而2009年开始鄱阳湖水系污染防治的重点是对排放到水体的氨氮和总磷进行严格控制，所以往后主要污染指标为氨氮和总磷。王毛兰等的研究表明，鄱阳湖水体的氮磷含量比1988年高出许多，水体在朝富营养化的趋势发展，而依据《地表水环境质量标准(GB3838·2002)》湖泊水库特定项目标准值的规定，鄱阳湖水体的总氮和总磷含量都已达到富营养化标准^[4]。胡绵好等人的研究表明，鄱阳湖饶河河段的氮磷污染源一方面来源于鄱阳县渔业污染，而另一方面就是乐安江流域的污染^[5]。

乐安江属于饶河水系，是鄱阳湖流域的一条重要支流。近年来，该流域的社会经济迅速发展，引起城市径流、农田径流等携带的污染负荷迅速增加，对整个鄱阳湖的水质有着重要的影响。河流是连接流域与湖泊的纽带，与流域、湖泊之间有着重要的物质与能量交换，因此河流的水质特点严重影响着下游湖泊的水质状况。研究乐安江水质的污染成因及变化对研究鄱阳湖污染负荷及富营养化状况具有重要的意义。

1.2 流域非点源磷污染研究概述

1.2.1非点源污染的概念

非点源污染( Non-point Source Pollution)，点源污染相对应，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收纳水体而引起的水体污染而引起的水体污染^[6]。水环境非点源污染是指由非点污染源排放的污染物形成的水体污染。随着社会的迅速发展，人们对水环境保护意识的增强，点源污染已经得到了有效的管理和控制，因此对非点源污染的研究显得尤为重要。

非点源污染主要来源于土壤侵蚀，农药、化肥、家畜粪便和垃圾堆放，农田污水灌溉，城镇、矿区、建筑工地、林区地表径流污染，大气干沉降与湿沉降等，其中土壤侵蚀是规模最大、危害程度最严重的一种非点源污染，农药和化肥的使用是造成水体污染和富营养化的最主要来源。与点源污染相比，非点源污染具有随机性、广泛性、滞后性、模糊性、潜伏性等特点，研究和控制难度更大^[7]。

1.2.2非点源磷污染对水环境的影响

磷在土壤中的扩散系数非常小，很难进入地下水，所以受磷污染的主要是地表水。由于人类活动的影响，大量的氮、磷等营养物质进入缓流水体，引起藻类及其他浮游生物迅速繁殖，造成的水质恶化现象，称为水体富营养化。磷的输入能增加地表水的富营养化程度。

水体富营养化造成的危害主要表现为：破坏水质，降低水的透明度，导致阳光难以穿透水层，从而进一步影响水生植物的光合作用；藻类在水体中占据大量空间，鱼类活动空间越来越小；藻类过度生长繁殖消耗水体中大量的溶解氧，水体处于严重缺氧状态，影响鱼类的生存；大量生物和有机物残体堆积于水的底层，在缺氧条件下，被微生物分解释放出硫化氢、甲烷等有毒有害气体；影响供水水质，水体中漂浮的大量藻类会造成水厂设备堵塞，增加了制水成本^[8]。

1.2.3非点源磷污染的影响因素

非点源污染的产生是由于降雨在不同下垫面条件下产生径流，并对土壤产生侵蚀作用，在降雨-径流驱动因子作用下，大量泥沙与附着的氮磷污染物与可溶性氮磷污染物进入水体。因此，从产生机制来看，非点源磷污染的影响因素主要有以下几种^[9-12]：

（1）降雨。降雨是非点源磷输出的主要驱动因素，降雨量和雨强的季节性变化影响磷输出形态及迁移规律，河道径流量、流速的变化影响污染物降解、再悬浮和沉降过程，丰水期地表径流对污染物负荷的贡献率较大，枯水期由径流输出的污染物较少。

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