李明涛[1]2014年在《密云水库流域土地利用与气候变化对非点源氮、磷污染的影响研究》文中研究说明全球气候变化和人类活动的影响,使得水资源危机和水环境污染成为当前世界各国亟需解决的难题。全球气候变化背景下,降雨、气温等气候因子的时空分布不均,必然会引起流域水循环过程及其生态环境的改变。同时,强烈的人类活动影响,尤其是土地利用变化,使得流域产汇流机制随之改变,进而引起流域水环境的变化。非点源污染作为典型的地表生态过程,受到水文气象等自然因子和土地利用变化等人为因子的综合影响。密云水库作为北京唯一的地表水水源地,具有重要的战略意义。相关研究表明,非点源污染目前已成为影响密云水库水环境质量的重要因素。因此,探讨土地利用和气候变化对流域非点源污染的影响,对认知流域非点源污染过程及其控制管理具有重要的实践意义。鉴于此,本研究以密云水库上游流域为研究区,从土地利用演变和气候变化与污染过程相互作用的角度出发,开展流域非点源污染过程对土地利用和气候变化的响应研究。基于流域1995、2000、2005年叁期的土地利用数据,通过构建大尺度流域非点源模型SWAT,模拟评价流域非点源污染负荷分布特征,并应用景观格局指数、典范对应分析(CCA)和通径分析等方法,从全流域和叁级保护区等多空间尺度,量化分析流域土地利用及其格局时空变化对非点源污染负荷的影响。基于流域长时间序列的气象观测资料,通过全球气候模式GCMs、SDSM统计降尺度模型和NCC/GU-WG天气发生器预测研究区未来的气候变化情景,并结合SWAT模型进行未来非点源污染负荷的趋势预估,进而探讨非点源污染对气候变化的响应。研究主要内容及结论如下：(1)本研究基于密云水库流域SWAT模型的数据库构建、参数率定和模型验证,模拟评价了流域非点源污染的分布特征。模型校准验证结果表明SWAT模型在密云水库流域具有较好的适用性。1995-2005年的污染负荷结果表明,TN、TP负荷随降雨量的变化基本呈减少的趋势,非点源污染的时间分布受降雨影响显着,其中降雨对TN负荷输出的影响要明显大于TP负荷。污染负荷的空间分布受降雨和土地利用的共同作用影响明显,高风险区主要分布白河流域的赤城县和崇礼县,潮河流域丰宁县,这些区县的乡镇是非点源污染产生的关键源区,需对这些区域影响污染发生的因素进行重点控制。(2)基于研究区1995、2000、2005年叁期的土地利用数据,应用空间统计分析和景观格局指数方法,量化分析了密云水库流域1995-2005年十年间的土地利用变化的时空特征。分析表明,10年间密云水库流域的土地利用发生了较大地变化,1995-2000年间林地面积持续减少,草地和耕地面积相应有所增加,土地利用的变化主要体现在林地、草地和耕地之间的转换；2000-2005年间流域的土地利用的变化趋于稳定,各用地类型间略微波动,基本保持不变。10年间土地利用的空间格局则表现出破碎化程度加剧,形状趋于复杂化,斑块类型变得多样等特征,且空间格局的变化具有明显的尺度效应,随着空间尺度的增大,景观多样性和破碎度减小,斑块形状变复杂,而团聚程度增强。(3)利用典范对应分析(CCA)和通径分析等统计学方法,从全流域和叁级保护区等多尺度,探讨了土地利用及其格局对非点源污染负荷的影响。结果表明,流域的非点源负荷与土地利用格局间存在着密切的联系。格局指数能累积解释流域非点源污染负荷变化的56.3%。污染负荷在景观水平上受土地利用格局的破碎度和形状的影响较大,而对于不同的用地类型,影响负荷的格局因子的作用表现不同。通径分析的结果表明,耕地、林地面积比例、形状指数和斑块密度是影响研究区非点源污染负荷输出的主要因子,其中形状指数和耕地面积比例对TP负荷的解释能力要明显高于其他指标。从空间尺度上看,各格局因子与非点源污染负荷的关系具有尺度效应,随着空间尺度的递增,格局对负荷的解释程度降低,在较小的尺度范围内,尤其是一级保护区的解释能力最高,达到62.9%,表明离水库越近的区域应是非点源防治高度重视的区域。(4)基于流域长时间序列的气象观测资料,应用SDSM统计降尺度模型和NCC/GU-WG天气发生器2种统计降尺度方法模拟比较了研究区的气候变化。结果表明,2种方法对降水量和气温的模拟均取得了比较理想的结果,其中对气温的模拟效果要优于降水的模拟；NCC/GU-WG在降水量数值模拟方面具有一定的优势,但SDSM对降水和气温变化过程的模拟效果较好。(5)采用全球气候模式GCMsA2、B2和NCC/GU-WG叁种情景模拟的区域未来30年的气候变化,并结合SWAT模型预测气候变化条件下的非点源污染负荷响应。3种气候情景模拟的未来降水量和气温的变化趋势基本一致,均呈增加趋势,其中未来降水量的变化相对更为显着。3种气候情景中,B2情景模拟的降水量和气温变化幅度明显高于其他情景。在气候变化的影响下,密云水库流域未来30年的径流量、TN负荷、TP负荷变化也均表现出增加的趋势,其中径流量较基准期的平均增幅最大,增幅为15%,TN、TP负荷的平均增幅相对较小,但年际波动幅度较大。
王照蒸[2]2004年在《密云水库上游土地利用方式对地表水非点源污染的影响》文中进行了进一步梳理密云水库是北京市的主要地表饮用水源地，对于首都人民的生产和生活具有着重要的意义。目前水质处于中等富营养化程度，非点源是主要污染来源，土地利用则是影响非点源的主要因素。 非点源污染影响因子空间差异性大，传统方法很难获得这些因子的数据，GIS技术能够很好的生成、组织、和管理这些空间数据，同传统方法相比较大大缩短了时间，节省人力。本文运用GIS手段建立了研究区非点源污染的基本空间信息库，包括土地利用、土壤类型、DEM和小流域分布图。 应用DEM进行流域刻划，结合小流域地表水质监测分析数据，分析了流域水体中污染物的时空分布特征以及土地利用方式对地表水质的影响。 首先在空间上依据地形、地貌划分出叁个区域：西北部低中山区、北部丘陵区和东北部低中山区。 总磷在水库北部和东北部地表水中含量较高，在水库西北部地表水含量较低；无论雨中雨后，NO_3—N是氮在水环境的主要存在形式，因此NO_3—N与TN的时空分布极为相似，雨中叁类地区地表水中TN、NO_3—N含量都较高，雨后期，东北部、北部地区地表水中TN、NO_3—N含量都明显大于西北部；雨季NH_4—N在叁类地区地表水中含量大体相当，雨后西北部地表水中含量明显低于北部和东北部地表水中含量。 从时间分布来看，除TP在北部地区雨后期大于雨中期外，其他各项污染物指标都是雨中期大于雨后期，证明了降雨对于非点源污染的即时效应。雨季同雨后相比较降雨集中，人类生产活动频繁，对于非点源污染的影响较大。通过分析土地利用方式与非点源污染物指标的关系发现：单一土地利用类型为主的土地利用结构中，林地、草地具有消弱、抑制非点源污染的作用，其中林地控制非点源污染物的效果最为明显、草地次之；林地、草地组合的土地利用类型结构中，林地-草地结构类型控制的小流域各项污染物指标较低。林地、草地分别与耕地组合的土地利用结构类型中，草地—耕地为主的结构类型控制的小流域污染物指摘要标要低于林地一耕地为主的结构类型控制的小流域的各项指标。土地利用对地表水非点源污染的影响，不仅体现在各类土地利用类型所占的比重上，也体现在各种土地利用的空间分布上，尤其当结构类型相差不大时，土地利用空间分布对于非点源污染的影响将明显体现出来。
房孝铎[3]2007年在《流域景观特征对河流水质的影响分析》文中研究说明河流水质状况受流域内的自然和人类活动这两大类因素的影响，其中，人类活动往往是导致河流水质恶化的主要因素，尤其是土地利用变化。因此，从土地利用及其景观变化来探讨河流水质的变化，对河流污染治理和水源保护具有非常重要的理论和现实意义。本文选取密云水库上游流域为研究对象，结合流域水质监测，从非点源污染物迁移过程及汇水水质变化出发，通过对流域内的土地利用和景观特征的提取，分析了氮、磷负荷流失的时空差异，以及流域景观特征对氮、磷流失过程的影响，主要结论如下：1)通过解译TM影像获取了1994年、1998年、2002年的密云县的土地利用资料，并对其8年来的动态变化及其驱动力进行了分析，叁个时期土地利用的共同特点是：林地面积占绝对优势(超过50％)，其中有林地所占比例最大；耕地面积居第二；城乡、工矿及居民用地和未利用地所占比例都比较少。对比结果表明：8年间土地利用变化在布局有明显的变化，耕地和林地的内部结构有明显改变，未利用地、耕地面地大幅度减少，园地、居民点及工矿用地面积和林地面积随之增加。2)密云水库上游流域水体中氮、磷负荷表现出了明显的时空差异性。经研究发现，密云水库上游流域氮磷负荷流失在雨季过程中要远远的高于其它时间段，并且可以看出无论是氮还是磷负荷，潮河、白河要远远的高于其它几条河流，原因是无论从径流面积还是周边人口密度、土地利用强度来看，潮河、白河都要远远高于其它季节性河流。3)通过对5个典型小流域景观特征指数的皮尔逊相关性分析，景观多样性指数与河流中的氮、磷浓度并没有明显的相关性，这也反映出非点源污染的形成过程取决于各景观类型在空间上的布局，而不仅取决于流域内各景观类型的多少和重要性影响。即使一个流域中分布有较多的“源”景观类型，但如果在流域出口或近水体部分有“汇”景观类型，由“源”景观地区流失的氮磷将会被“汇”景观有效截留，最终到达水体的非点源污染物将十分有限，因而流域中景观类型的相对重要性与非点源污染污染物之间没有表现出明显的相关关系。4)随着雨季的来临，各景观因子与河流水质因子的相关性都有增强的趋势，其中破碎度指数与总氮浓度和硝态氮浓度的相关关系显着；河流中总氮、硝态氮、铵态氮的浓度与流域景观破碎度在雨季中和雨季后，成明显的正相关关系，而雨季前不明显。总磷的浓度与流域景观的破碎度也没有明显的相关关系。5)雨季前、雨季中、雨季后林-草地面积所占的比例与总氮浓度表现出明显的线性负相关。随着农地面积的增加，水体中总氮、硝态氮浓度增加；流域面积与总氮浓度表现出线性负相关，硝态氮没有表现出明显的规律性。
庞靖鹏[4]2007年在《非点源污染分布式模拟》文中进行了进一步梳理密云水库是北京市目前唯一的地表饮用水水源地,近年来面临着水体富营养化的威胁。研究表明在点源污染已经得到有效控制的情况下,非点源污染已经上升为密云水库水质污染的主要来源,如不及时采取有力的措施势必引起水质持续恶化。因此,如何有效地控制密云水库流域的非点源污染关系到北京市的饮水安全和经济社会的可持续发展。同时,北京市具有地位重要、城市化程度高、人口众多等特点,因此探讨和解决困扰北京市多年的地表饮用水水源地水质恶化的问题,是对“水和城市和谐”、“人水和谐”等新思想、新理念的科学实践,也是对“在开源节流的同时保护现有的清洁水源不受污染”这一解决地区性缺水问题思路的科学实践。本文以集水区管理、点源和非点源联合控制、土地利用和管理、多屏障方法、水源保护规划等水源地保护的理论和方法为基础,以GIS技术为依托,在密云水库上游流域建立了基于物理机制的分布式水文模型SWAT,对密云水库水源地的水源保护进行研究。全文共八章,可以分为四个部分。第一部分包括第一章和第二章,对非点源污染模拟进行综述并介绍了SWAT模型的基本原理和最新进展;第二部分包括第叁章和第四章,简要地介绍了研究区概况,重点论述了SWAT模型构建、率定和验证等;第叁部分包括第五章、第六章和第七章,主要借助于SWAT模型和GIS技术探讨水源地保护的途径;第四部分为第八章,即结论和建议。得到如下主要结论:(1)建立了日照时数与辐射日值的相关关系、利用SPAW软件和数值插值方法估算了密云水库流域主要土壤的物理属性,并借助GIS技术,成功地在密云水库上游流域构建了SWAT模型。模拟结果表明所建立的天气发生器正确的反映了流域内的气候特征,通过土壤质地插值并由SPAW软件得出的土壤物理属性基本反映了流域内土壤物理特性的空间分布特征,SWAT模型适用于海河流域北部以山地为主的地区。(2)对SWAT模型进行了敏感性分析、率定和验证,确定了模型的主要参数,为研究密云水库上游流域的非点源污染建立了一个技术平台,揭示了密云水库上游流域的非点源污染时空分布特征。非点源污染主要发生在汛期,潮河流域的非点源污染流失状况比白河流域严重。(3)计算了密云水库1986～1991年间营养物污染的贡献率。研究表明,密云水库流域由于人类活动影响而产生的TN、TP污染负荷占流域总污染负荷的1/3左右,其余的污染负荷是土壤背景值产生的,与土地利用有关。在这部分人为可控的污染负荷中由非点源所产生的污染负荷占4/5,因此加强流域内的非点源控制是未来流域管理的重点。(4)对密云水库土壤侵蚀和营养物流失的关键区进行了识别。根据SWAT模型模拟结果计算各子流域的侵蚀模数,然后按照土壤侵蚀强度分级标准对各子流域内的土壤侵蚀强度进行了分级。为了保护人体的健康和生物安全,采用USEPA颁布的水质标准,对各子流域出口的硝态氮和可溶解磷的浓度进行了估算。其结果表明,潮河和白河上游部分子流域的河流中可溶解磷的浓度存在过高的风险,应采取有效措施予以减缓。(5)分析了密云水库流域20世纪90年代土地利用的时空变化规律。研究表明,流域内土地利用程度较低,植被覆盖情况良好,而以90年代中期最佳。流域内地类间的转移、增减处在不断的变动中,且主要发生在耕地、林地和草地这叁种主要的土地利用类型之间。耕地的消长是影响其它两种地类的重要因素,因而在密云水库流域农业活动是土地利用变化的主要驱动力。通过把90年代叁期土地利用图分别输入SWAT模型,采用1986～1991年的气象条件,模拟结果表明与90年代初期和末期的土地利用相比,90年代中期的土地利用/覆盖下可以减少密云水库的非点源污染负荷。(6)采用Dillon模型计算了密云水库TN和TP环境容量。结果表明,TN的入库负荷在90年代初就已经接近或超过了水库的环境容量,进入90年代以来,随着化肥施用量的逐年增加和畜禽养殖业的快速发展,TN的入库负荷随之增加,导致密云水库长期以来TN指标不能达到国家地表水II类水体标准。同样,TP虽然有一定的环境容量,但是如不加以控制,势必超过水体的纳污能力。(7)根据污染负荷贡献率的大小对污染负荷进行了分配,初步制定的分配方案是在赤城和大阁两个乡镇建立污水处理厂,畜禽养殖和化肥施用量减少2/5。模型模拟结果表明,该方案可以实现预期的总量控制指标,是切实可行的。(8)通过情景分析,为非点源污染控制提供了决策的依据。模拟了8种不同的管理情景下密云水库流域非点源污染负荷的削减量,在实际工作中可以选用一个或多个的组合达到非点源污染控制的目的,为流域管理和非点源污染控制提供了科学依据。论文主要创新点为:研究了20世纪90年代密云水库流域土地利用变化的时空特征及其对水资源的质和量的影响。对SWAT模型的构建方法进行了有益的尝试。把SWAT模型与水源地保护相结合,拓展了SWAT模型的应用领域。
冯源嵩[5]2016年在《贵阳市核心区景观格局演变的水环境效应研究》文中认为城市化是衡量一个国家综合国力的重要标志,城市化对城市景观格局演变产生了重大影响。在人类不断增加的用地需求下,流域内原有的具有强大蓄水保水及净化功能的集雨区和流域内自然河流两岸功能空间不断减小,大规模的城市化进程,改变了城郊以及周边区域的景观格局,显着影响着城市及城郊生态系统的结构、过程与功能。因此,城市化所带来的环境质量恶化与人们对环境质量提高的迫切需求成为新型城市化和生态文明建设中所需解决的主要矛盾。水环境作为城市生态环境的重要资源,其自身已受到城市化进程更为严重的影响,如何测度区域景观格局变化的水环境效应,探索合理配置和开发城市土地的合理路径,已成为当今学术界关注的热点。作为生态文明城市建设先行示范区的贵州省省会,生态优势是贵阳市最大的比较优势。近年来,贵阳市是西部城市化进程较快的城市之一,其城市化所引起核心区土地利用类型的变化及景观格局演变对生态环境的影响具有一定的代表性,核心区内分布着南明河、麦西河和阿哈水库、花溪水库和松柏山水库等城市水体,探讨其景观格局演变特征及其对生态环境特别是水环境的影响有重要的理论意义和现实意义,将为贵阳市生态文明城市的科学规划和合理建设提供借鉴。本文以中国快速城市化背景下贵阳市城市扩张进程为研究线索,运用遥感与GIS技术、景观生态学理论,选取贵阳市核心区作为研究区,建立基于土地利用/土地覆盖的时空数据库,运用土地利用动态度模型对土地利用变化进行分析,选取景观镶嵌体水平和景观类型水平上不同格局指数来描述研究区景观空间格局变化,探讨2000—2014年期间贵阳市核心区土地利用变化特征和代表性景观类型演变的空间差异及其自然和人文驱动机制。在对城市核心区整体景观格局演变研究的基础上,选择核心区典型河流水体南明河和麦西河、典型湖库性水体阿哈水库、花溪水库和松柏山水库为研究对象,探讨研究区典型水体周边景观格局演变;在此基础上,以实地监测的多年、多季节水环境指标为基础,运用灰色关联度方法和spss统计分析软件,进行土地利用变化和景观格局演变与典型水体水质的相关性分析,研究典型水体周边景观格局演变的水环境效应。以2010年城市建成区为源,选择生态阻力因子,将水体与河流作为刚性约束,主要对其进行缓冲区分析且分级赋值,建立了城市扩展与修正后的生态因子相互动态关系,利用最小积累阻力模型,探讨基于水环境保护下的城市扩展空间方向,并获得以下结果:(1)贵阳市核心区景观格局演变速度快且不同典型水体周边差异明显。以水田、旱地、建设用地、林地、水体、园地等6类土地利用类型为主,林地为研究区的优势景观类型,其面积占到总面积的40%以上,建设用地面积不断增大,建设用地面积2014年比2000年增加了4449.97hm2,麦西河流域以林地和水田为主,旱地和水田面积都在逐年减少,建设用地和园地所占比例逐年增加,其中建设用地变化明显,从3.6%增加到13.34%,面积增加317.73hm2。南明河流域土地利用类型以建设用地为主,而且所占比例持续增加。阿哈水库研究区内,林地和水田为主要土地利用类型,水田面积有大幅度的降低,建设用地大幅度增加,建设用地面积从2000年40.99%增加到2014年的52.34%。花溪水库保护区以林地为最主要土地利用类型,作为优势景观,面积从2000年44.78%增加到47.47%。松柏山水库保护区旱地和林地所占比例最大,建设用地所占比例逐年增加,而其他土地利用类型均有不同程度的下降,旱地减少面积最大。在研究区内,变化最为明显的是水田的大幅度减少和建设用地的大幅度增加,麦西河流域和整个研究区土地利用变化类型保持一致。南明河0~500m缓冲区范围以建设用地为主,且所占比例持续增加。阿哈水库和花溪水库一级水源保护区均是以林地为主要景观类型,林地面积不同程度的增加,阿哈水库一级水源保护区以建设用地的增加为主,花溪水库保护区则以林地增加为主。研究区典型水体周边景观格局演变来看,南明河缓冲区和阿哈水库一级水源保护区土地利用斑块密度大小随时间增加幅度最大,而麦西河流域、花溪水库和松柏山水库一级水源保护区内增加幅度较小;南明河缓冲区范围内景观多样性呈持续增加趋势,阿哈水库、花溪水库和松柏山水库周边景观多样性呈下降的趋势,而麦西河流域景观多样性变化不明显。阿哈水库、花溪水库和松柏山水库一级水源保护区景观均匀度指数略有上升。典型水体的林地最大斑块指数趋势则表现出较大差异,南明河林地最大斑块指数逐渐下降较为明显。(2)贵阳市核心区不同典型河流型水体周边景观格局演变与水质相关性显着。南明河周边景观格局演变对水环境的影响,南明河0—500m缓冲区建设用地总体增加,花溪段建设用地主要由旱地和水田转化,建设用地在新庄段内部填充面积增加,其他类型景观整体变化差异不大。花溪河段各级缓冲区内的景观多样性均呈增加趋势,蔓延度和斑块连通性指数下降,占主导的农业景观逐渐破碎化;新庄河段,城市景观占主导地位,景观多样性低于花溪河段,随着城镇建设用地比例的增加,景观多样性进一步降低。花溪和新庄河段的景观格局存在明显差异,同时两个采样点的水质指标也存在明显的差异。显然,水质与2个河段沿线的土地利用和景观格局有一定的相关关系,新庄河段主要景观是城镇建设用地,可能是导致该河段水环境质量比花溪河段差的主要原因。尽管新庄河段城镇建设用地面积高于花溪河段,但是新庄河段的ρ(tn)、ρ(tp)呈下降趋势,其原因是该河段进行点源污染治理、河道清淤和人工湿地建设。这种相关关系在枯水期、平水期和丰水期存在水质时间变异性和水质空间差异性,并且因污染物种类不同而发生变化。无论全流域还是缓冲区,shdi都是水质的重要预测因子。麦西河周边景观格局演变对水环境的影响。麦西河流域建设用地、草地逐渐增加,水田、园地持续减少,从上游到下游,随着林、灌草等生态用地增加和土地利用多样性增加,蔓延度和斑块连通性指数下降,占主导的旱地和水田景观逐渐破碎化。从上游到下游,氮、磷浓度总体呈下降趋势,tp下降明显;tn下降不明显,与流域下游水田、玉米地旱地较多、土壤tn与tp含量较高有明显关系。流域的非点源污染过程与景观组成和景观格局间均存在密切的关系,tn与农业用地面积百分比呈显着正相关关系。(3)贵阳市核心区典型湖库型水体周边景观格局演变与水质差异显着。不同时段叁个水库的水质指标氨氮、总氮和总磷浓度变化较大,整体上来看花溪水库和松柏山水库的氨氮和总磷均低于阿哈水库。从叁个水库一级水源保护区土地利用变化对水库水质的影响来看,草地、林地等―汇‖景观与各类污染物指标的相关性强于建设用地和旱地、水田等―源‖景观,即―汇‖景观对城市水库水质污染的滞缓作用明显。从阿哈水库、花溪水库和松柏山水库周边景观指数与污染物指标的相关性来看,斑块密度(pd)、景观多样性指数(shdi)指数值越高,其与污染物指标的相关性越显着,水体污染越轻。(4)主城区南明河、城郊麦西河周边主要呈―源‖景观负荷,花溪水库、松柏山水库周边主要呈―汇‖景观负荷。在分析城市主城区河流(南明河)、主城区湖库(阿哈水库)和城郊典型河流(麦西河)、城郊典型水库(花溪水库)、(松柏山水库)周边景观格局及土地利用变化特征等的基础上,通过分析贵阳市典型水体不同缓冲区的―源-汇‖景观负荷对比指数与水质的相关性,并在通径分析的基础上,将各景观指标对水质的直接作用和间接作用做定量分析,从而直观的体现景观格局变化对水质的影响程度。从结果看,城市主城区南明河周边主要呈―源‖景观负荷,而且景观空间负荷对比指数大小从2002到2014年逐年增加。城郊麦西河周边也主要呈―源‖景观负荷,但是景观空间负荷对比指数大小从2002到2014年逐次降低。花溪水库和松柏水库一级水源保护区主要呈―汇‖景观负荷,而且其值从2002到2014年逐次降低。证明了在城郊地区较高的林地面积具有较强的生态修复、污染物截留作用,可以有效改善水环境污染。通过研究发现总磷(tp)和化学需氧量(cod)是衡量水体污染的两个重要指标,景观空间负荷对比指数(lci)与总磷(tp)和化学需氧量(cod)有显着相关关系,且lci对这两个水质指标的直接作用都较大,这说明总磷(tp)和化学需氧量(cod)可以很好的反应区域污染的输出状况,lci的变化能够有效地影响水质状况。lci与总氮(tn)虽然呈负的显着相关,但对TN的直接作用较小,主要通过其它景观指标间接影响TN浓度。表征景观破碎度和异质性的边界密度(ED)与各水质指标相关性较大,对水体的直接作用也较大。二者都对水质污染指标有直接负作用。景观蔓延度越大,多样性越高,各斑块间的粘合度越好,景观要素之间分配均衡,污染物输出较少,同时也被―汇‖景观截留转化,故水质相对较好。这说明景观格局变化对贵阳市水体水质有一定影响,合理配置景观格局能够有效地治理面源污染,改善水质状况。(5)充分考虑典型水体的刚性阻力影响,贵阳市核心区向低阻力值方向拓展,形成单中心,多组团的城市拓展格局。以2010年城市建成区为源,利用arcgis9.3对地形地貌、土地覆盖和生态敏感性等单因子进行权重分类,模拟阻力分值面,结果表明:阻力面值越大对城市扩展约束越大,研究区高阻力面基本分布在北部的百花山脉、中部的黔灵山脉和南岳山脉叁带,利用分位数法对城市扩展进行生态适宜性分区,即:优化开发区、重点开发区、生态调控区、限制开发区、禁止开发区。采用了MCR模型对生态阻力因子进行修正,将主要水体作为刚性约束,对缓冲区分级赋值,基于论文对麦西河流域、南明河0—500m缓冲区范围和阿哈水库、花溪水库、松柏山水库一级水源保护区景观格局及其演变的水环境效应研究成果,对河流以及水库分为5级缓冲区,以中心城区为界,南部阻力等级要普遍高于北部,即阻力等级高值在花溪水库、松柏山水库和阿哈水库库区主要是集中式、连片分布,在汪家大井、白云区、乌当区以及花溪区南部主要呈现出离散式分布,在南明河沿岸呈线性分布,研究结果与城市扩展生态适应分区一致。城市空间扩展的最小阻力,绕开了城市水体等生态景观,在充分考虑城市典型水体的最高阻力值的前提下,向着低阻力值方向拓展,得出贵阳市核心区城市拓展方向为“东扩、北拓、西连、南延”,即形成了单中心(老城区加上金阳新区)、多组团(沙文高新区组团、新天组团、龙洞堡组团、花溪组团)的城市扩展格局。
窦培谦[6]2006年在《密云水库上游流域特征与氮磷流失规律关系研究》文中进行了进一步梳理非点源污染作为水体环境的一个重要污染源，已引起了越来越多的关注。现有研究多集中在小区、块地，从流失发生的角度，研究降雨径流、坡面产流过程的影响因素和特征，较少涉及非点源污染物的迁移过程，以及对受纳水体水质的影响。本文选取了石匣试验小区和密云水库上游流域两个不同尺度范围的研究对象，从坡面产流的角度分析了石匣小区氮、磷流失特征及其影响因素。结合流域水质监测，从非点源污染物迁移过程及汇水水质变化出发，分析了氮、磷流失的时空差异，以及流域特征(降雨量、河网密度、土地利用、景观分布格局)对氮、磷迁移过程的影响，主要结论如下： 1) 小区研究表明：径流中总磷和总氮浓度与土地利用有关，果园、农地径流中氮磷浓度偏高，林地最低；氮、磷的输出标准小区最高，果园、农地次之，林地最低。免耕种植、梯田种植、鱼鳞坑造林等水土保持措施有效的减弱径流氮磷的流失；在其它条件相同的情况下，植被覆盖可明显减少径流量和泥沙量，从而有效地控制氮磷流失；坡度大的小区氮磷流失量、泥沙量高于坡度小的小区；土壤含水率对氮磷的流失也有明显的影响；前期土壤含水率越高，污染物的流失量也越大。 2) 密云水库上游流域水体中氮、磷浓度表现出了明显的时空差异性。时间上，总氮、总磷浓度变化趋势相同：雨季中＞雨季后＞雨季前；铵态氮浓度表现出明显的时间差异，雨季前＞雨季后＞雨季中；空间上，水堡子河、潮河总氮、硝态氮浓度较高，白马关河浓度较低。亚硝态氮没有表现出明显的时空差异。雨季中总磷浓度空间变异比较明显，靠近村庄的监测点，总磷浓度偏高。 3) 不同水文期，河流水体中氮、磷的主要形态不同。除潮河外，各监测点雨季前、雨季后的氮、磷以溶解态氮为主，雨季中溶解态氮、溶解态磷所占比例有所下降，在部分河道以颗粒态为主；由于受上游洪水的影响，潮河水流中磷均以颗粒态为主。在石匣试验小区，氮、磷的流失以颗粒态为主，硝态氮是径流中溶解性氮流失的主要形态；小区的泥沙量与径流量表现出明显的线性相关性(R=0.72)，而氮、磷流失量却没有表现出与径流量、泥沙量的线性相关性。 4) 流动水体监测点总氮浓度与降雨量呈显着正相关；径流中总氮、总磷浓度较高的采样点，周围土壤中总氮、总磷含量较高；果园、村庄附近水体总氮浓度偏高，林地附近水体浓度最低，各种土地利用的空间格局也对总氮浓度产生明显的影响，源景观更靠近水体的监测点，总氮浓度明显高于汇景观更靠近水体的监测点。雨季前土地利用对总磷浓度的影响不是很明显，雨季中、雨季后，周围以村庄、农地为主的监测点，水体总磷浓度偏高；
冯庆[7]2006年在《农村生活污染特征与公众环境意识调查》文中研究说明农村生活污染目前已成为影响水体环境质量的重要污染来源。作为北京市最主要的地表饮用水源地，密云水库目前水质尚好，但有明显的富营养化发展趋势，农村村镇生活污染是导致水库水质富营养化的重要污染来源。研究水源保护区农村生活污染特征和农民环境意识可为水污染控制和村镇环境建设提供依据。 本研究以北京市密云水库水源保护区为例，通过实地考察、水质监测、问卷调查等调查与分析，探讨了农村生活污染的来源、特征、污染物类型及其排放量、影响因素及对水体的影响。运用环境经济学和社会学调查研究方法，借助SPSS统计软件工具，分析了水源保护区农户的环境意识、环境保护支付意愿及其影响因素。 对农村生活污染的调查监测研究表明：1)研究区生活污水人均年排放量为7.9t/P·a，全区生活污水污染物总排放负荷，总氮为40.0t/a、总磷为4.8t/a、化学需氧量为386.2t/a；2)农村厕所以浅坑旱厕为主，区内人粪尿污染物总排放负荷分别为：总氮3545.4t/a，总磷607.1t/a，化学需氧量2294.1t/a，多数农户粪便作为肥料回田使用：3)农村生活垃圾的日人均排放量为0.29 kg/P·d，研究区内全年垃圾排放总量为19883.1t/a，现有的垃圾清运工作及垃圾池(桶)的存储量满足不了该区的垃圾排放量。 对农户的环境意识、环境保护支付意愿的分析研究表明：1)在环保意识方面，村民的环境保护态度为政府依赖型，大部分村民在意识上能认识到政府及个人在改善生活环境方面均负有责任，对村庄总体生活环境基本满意，其中对改善卫生及饮用水条件的愿望强烈，并且对保护水库的态度积极；2)在环保行为方面，对人粪尿的处置相对合理，对污水、垃圾的将来处置愿望受到当前处置方式的影响；3)在环保认知方面，村民对密云水库受污染情况及原因、保护措施等有一定的认识，但与实际有偏差，影视媒体是最主要的环保知识获取方式也是最乐于接受的方式；4)研究区村民为改善农村生活环境的平均支付意愿是16.10元/户·年。环保态度和认知、受教育程度、家庭收入与环境保护支付意愿间有正相关关系。表现在地域差异上，农户居住的村庄与水库的距离远近并不会影响农户的环保支付意愿，生态村建设与环保支付意愿间有显着相关关系，但生态村村民平均环保支付意愿却低于非生态村村民的支付意愿。 最后，从政府政策引导、公众主体参与、生活污染控制与管理等方面，提出了生活污染控制与管理的策略。
何锋[8]2014年在《北京山区流域土地利用系统非点源污染环境风险评价与SPARROW模拟》文中认为区域土地利用/覆被系统变化产生的非点源污染压力日益增加,导致流域水质环境风险突出。本研究以北京山区流域为研究区,以多准则综合评价与土地利用系统协同方程开展农业非点源(以及农村居民点等分散无处理的点源扩散)污染风险分区,并利用半机理经验SPARROW模型分析流域水质总氮污染源,为解决缺资料地区的农村面源污染流域水土环境快速评价与区域水土资源管理提供技术方法和决策参考。本研究的主要结论有：(1)基于非点源产生、迁移、削减的各个过程研究,应用多准则分析的非点源污染评价方法,借鉴磷(P)指数及PNPI (Potential None-point Pollution Indicator)指标参数的选取原则,选择土地利用因子、径流因子、河流沟渠距离因子、土壤侵蚀、土壤渗透率5个因子,评价非点源污染物进入地表水体的潜在风险。通过改进的理想解法(TOPSIS)对5个因子客观赋权重,通过计算风险指数(NPA)对北京山区流域划分了潜在污染区(0-0.3)、轻度污染区(0.3-0.5)、中度污染区(0.5-0.7)、强度污染区(0.7-0.8)和重度污染区(0.8-1.0)五个等级的水污染源分区,且所占面积分别为42%、36%、14%、6%和2%(即面积分别为838.170、789.165、311.847、128.829、51.358km2).(2)基于各非点源环境风险区,应用序参量的特征值分析了农业土地利用系统的演化特点,探讨了农业土地利用系统耦合协调度在各非点源环境风险区的空间变化以及在密云县的时间演变过程。研究发现,主导北京山区流域土地利用系统的序参量为造林总面积、农村居民点边缘密度、恩格尔系数、灌溉面积、人口自然增长率。从空间变化来看,山区农业土地利用系统在潜在污染区中叁个子系统的发展速度均为正,系统的序参量矢量指向第1象限,系统处于综合协调发展型。轻度污染区和中度污染区处于第Ⅱ象限,属于经济减速型。强度污染区和重度污染区处于第Ⅵ象限,属于生态调整型。进一步对协调演化状态的分析得出,潜在污染区处于0<α<45,对应协调演化类型Ⅱ。从时间变化来看,在1980-1994年内,密云县农业土地利用系统的序参量矢量指向第Ⅱ象限,系统处于经济减速型,1994年以后,流域农业土地利用系统的序参量矢量指向第1象限,系统处于综合协调发展型(社会、经济、生态协调发展)。(3)应用SPARROW模型,以密云水库流域为例,模拟TN污染物从产生至到达监测站点的传输及衰减过程。研究表明：SPARROW模型模拟精度R2为0.689,模型通过了统计性检验,且监测点模拟值与实测值之间的残差相对较小。对流域TN有显着贡献的因素为水产养殖,对TN传输具有重要影响的环境因子为土壤渗透率、土壤pH,对TN传输具有重要影响的环境过程为河段中的一级衰减反应。从水质来看,支流水质较好,干流水质较差。从空间分布来看,污染产率较高的子流域主要分布在各支流的源头河段,TN在子流域河段间的衰减表现出干流衰减比例大,支流衰减小的规律。密云水库上游流域总氮浓度在0.2-0.5mg/L之间,东帽湾及上游干流河段、密云水库周边流域、潮河遥桥峪水库上游干流河段流域总氮浓度大于1.5mg/L。总氮产率较高的子流域主要分布在各河流源头,最大产TN在4-8kg/ha.yr之间。对流域总氮来源进行解析,得出水产养殖最大贡献率分别在35%和65%。而土地利用增量流域分析结果表明,水产养殖用地预测增量流域产率在第90个百分位时为9.69kg/ha. yr。
车越[9]2005年在《中国东部平原河网地区水源地的环境管理：理论、方法与实践》文中指出水源危机已经成为我国各地城市化进程中面临的关键问题之一,水源地环境管理正在被视为确保生活饮用水安全的的首要环节。中国东部平原河网地区水资源总量较为丰富,但区域经济快速发展与城市饮用水源保护冲突现象明显,缘于水质型缺水的水源地严峻形势已经成为影响区域生态安全和可持续发展能力的重要限制因子。 论文从环境科学与资源科学的交叉视角,运用理论研究与实证分析相结合的方法,围绕区域水源安全保障与水源地权益保障两条主线,尝试探讨了中国东部平原河网地区水源地环境管理的理论与方法。通过对中外水源地环境管理实践的系统梳理和全面比较,以中国东部平原河网地区为研究区域,初步构建了水源地环境管理的理论与方法体系,并在充分剖析上海城市水源地格局与问题的基础上,以黄浦江上游水源地为例,探究区域社会经济发展对水源地水环境的影响,提出环境管理重建框架及改进策略。 论文全面回顾了人类饮用水供给与水源保护的漫长历程,客观评述了水源地环境管理实践的进展及趋势;通过相关概念辨析、区域特征分析、水源问题诊断,给出中国东部平原河网地区水源地环境管理的具体概念及深刻内涵,明确环境管理的主体与对象、原则与手段、内容与特点;从规划原理、管理策略、管理动机、伦理基础等角度,定义并拓展中国东部平原河网地区水源地环境管理的圈层保护理论、集成管理理论、复合系统理论、环境正义理论,强调水源保护区设置与土地利用格局的双相圈层,时间、空间、学科、利益方的四维集成,水源系统与水源地社会经济系统的双重易损,水源地、用水区域及上游地区的叁地公平等核心管理思想。论文系统整理了中国东部平原河网地区水源地环境管理的规划、控制、技术手段;设计以资料收集及框架设定、现状调查及评估、环境管理目标、环境管理策略、适应性管理等为主要环节的框架程序;提出基于多目标易损性评价指标体系的水源地系统综合评估方法,基于土地利用调控与水源保护区设置的水源地双相圈层保护方法,基于分权型管理思路与全过程利益方参与的水源地合作保护方法。 论文通过深入分析上海市水资源特点,剖析当前制约区域可持续发展的水源地不利格局及水源水质危机;在此基础上,利用近17年黄浦江上游相关数据资料,系统探讨松浦大桥取水口及其上游来水水系水质的空间分异和年际变化规律;基于灰色关联分析技术,从周边区域发展与江浙来水水质、城市化进程与人口规模、当地经济发展与点源污染、土地利用方式与非点源污染角度,明确区域社会经济发展对黄浦江上游水源地水环境的影响;以易损性评估结果为依据,初步构建黄浦江上游水源地环境管理体系,明确黄浦江上游地区的功能定位及环境管理目标,给出基于区域可持续发展的黄浦江上游水源保护思路,提出具有针对性和可操作性的水源地全过程利益方参与模式、水源地分权型环境管理体系、水源地双相圈层保护模式。
李伟[10]2013年在《苕溪流域地表水水质综合评价与非点源污染模拟研究》文中进行了进一步梳理尽管在工业点源与城镇生活污水控制治理方面取得重大进展,我国水污染问题仍然严重,农田化肥径流、农药以及集约化畜禽养殖排放等非点源污染已经成为流域地表水主要污染源之一。为有效地控制流域非点源污染,需要制定与执行科学可行的计划,而流域水质评价与非点源负荷定量评估则为此提供重要的决策依据。本研究主要针对流域地表水水质综合评价与非点源污染模拟进行研究。以太湖苕溪流域为研究区域,主要研究内容包括：应用自组织特征映射(Self-Organizing Map, SOM)与哈斯图技术(Hasse Diagram Technique, HDT)对流域地表水水质进行综合评价；基于支持向量机方法建立流域各项地表水水质分类模型并予以优化；建立苕溪流域HSPF模型对非点源污染负荷进行定量化模拟评估。主要结论如下：(1)应用自组织映射与哈斯图方法对地表水水质监测数据集进行分类、建模、解释与评估,揭示了流域水质特征。选取高锰酸盐指数、氨氮、总氮与总磷指标进行HDT综合分析,结果反映流域上游水质较好,中、下游水质相对较差；敏感性分析表明西苕溪流域的高锰酸盐指数、总氮以及总磷存在较大的环境风险。(2)基于支持向量机方法,选取径向基函数为核函数,建立溶解氧、高锰酸盐指数、氨氮、总氮和总磷的支持向量机分类模型,并使用交叉检验与网格搜索对模型参数进行优化。将优化后的模型应用于苕溪流域水质评价,结果显示所建立的模型具有良好的分类性能,优于传统线性判别分析与二次判别分析的分类能力。(3)运用GIS、BASINS等建立了HSPF模型所需要的空间数据库与属性数据库,建立了苕溪流域HSPF模型,并对模型的水文、泥沙、营养盐等模拟模块分别进行了校正与验证。采用用相对误差(RE)以及Nash-Suttcliffe效率系数(Ens)对模型模拟效果进行评估。结果表明水文模块参数是适合的,模型HSPF对流量具有较好的模拟能力。对泥沙、营养物氮、磷的模拟效果“一般”。总体上,模拟结果可接受,模拟精度基本满足要求,可用于苕溪流域非点源污染过程模拟。(4)利用HSPF模型对2007年苕溪流域非点源污染总氮、总磷负荷进行估算,并与调查值比较,结果显示苕溪流域非点源总氮负荷模拟值是10698t,调查值是9003t,相对误差为18.83%；非点源总磷负荷模拟值为1695t,调查值为1499t,相对误差为13.8%;流域非点源总氮、总磷负荷分别占总污染负荷的51.5%与42.7%。苕溪流域非点源污染已经成为重要的污染源。(5)对苕溪流域农业非点源类型进行HDT敏感性分析,表明流域农业非点源污染负荷主要影响因素是种植业与养殖业污染。根据HSPF对苕溪各子流域总氮、总磷输出结果作哈斯图分析,结合非点源耕地土壤的氮、磷养分负荷,确定了苕溪流域非点源污染重点控制区域。基于种植业不同施肥管理措施情景分析表明,减少化肥施用量对非点源污染削减具有一定的效果,但并不显着；基于畜禽养殖污染非点源污染控制的情景分析表明,畜禽养殖污染物排放削减50%,总氮与总磷削减率分别达到13.56%与18.73%。最后,对苕溪流域非点源污染的治理提出了建议。
参考文献：
[1]. 密云水库流域土地利用与气候变化对非点源氮、磷污染的影响研究[D]. 李明涛. 首都师范大学. 2014
[2]. 密云水库上游土地利用方式对地表水非点源污染的影响[D]. 王照蒸. 首都师范大学. 2004
[3]. 流域景观特征对河流水质的影响分析[D]. 房孝铎. 首都师范大学. 2007
[4]. 非点源污染分布式模拟[D]. 庞靖鹏. 北京师范大学. 2007
[5]. 贵阳市核心区景观格局演变的水环境效应研究[D]. 冯源嵩. 西南大学. 2016
[6]. 密云水库上游流域特征与氮磷流失规律关系研究[D]. 窦培谦. 首都师范大学. 2006
[7]. 农村生活污染特征与公众环境意识调查[D]. 冯庆. 首都师范大学. 2006
[8]. 北京山区流域土地利用系统非点源污染环境风险评价与SPARROW模拟[D]. 何锋. 中国农业大学. 2014
[9]. 中国东部平原河网地区水源地的环境管理：理论、方法与实践[D]. 车越. 华东师范大学. 2005
[10]. 苕溪流域地表水水质综合评价与非点源污染模拟研究[D]. 李伟. 浙江大学. 2013
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