基于L-THIA模型地表径流非点源污染负荷时空模拟及其环境效应——以呼兰河-阿什河流域为例

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随着社会经济不断发展，环境问题日益严重，并成为世界各国关注的热点，选取合适的途径和方法对污染物进行治理，解决环境危机变得尤为重要。非点源污染主要受降水、土地利用方式等自然和社会因素共同作用形成的，不合理的土地利用方式和管理方式会导致流域营养物随着径流流失，进而引起土壤侵蚀、水土流失，产生流域性的污染。不同空间和时间尺度的土地利用变化引起的环境效应已经成为地理学和环境科学的研究热点。
　　本研究选取东北地区松花江流域的两个子流域（呼兰河流域和阿什河流域，以下简称呼阿流域）为研究区域，对流域内1980年、1995年、2000年及2010年的土地利用变化及其驱动力做了探讨，并运用长周期水文模型：L-THIA模型对四个时期土地利用变化引起的非点源污染进行了初步模拟估算，实现对研究区非点源污染的定量评价，并确定了流域内主要的污染物。在此基础上结合系统动力学（SD）和土地变化空间模型（CLUE-S）对未来不同发展模式下土地利用变化及非点源污染负荷进行模拟预测，并分析呼阿流域非点源污染状况对流域内松江湿地带来的可能影响，进一步探讨呼阿流域最佳土地利用管理措施（BMPs），为流域非点源污染的初步控制和管理提出初步对策，通过分析水文过程对松江湿地水生生物的影响，为湿地调控和恢复保护提出合理建议。
　　本研究主要内容包括：⑴通过单因子和综合水质标识法，对呼阿流域整体水环境现状进行了初步定量评价，研究结果表明，呼阿流域的综合水质指数为3.74，处于Ⅲ类水质；单因子水质标识确定了呼阿流域的主要污染物为总氮TN、总磷TP和重金属Hg。根据健康风险评价模型对研究水体重金属可能造成的暴露风险进行评估，结果显示污染物总风险评估值为1.0939×10-5，对人体暴露风险产生较低的危害。⑵通过构建流域非点源污染空间和属性数据库，根据1980～2010年的土地利用和水质状况，对L-THIA模型中的参数进行修改校正，对流域径流量和非点源污染负荷进行模拟估算，结果表明模拟径流量有效性误差在10％以内，流域径流量变化范围在2.15×109 m3～3.5×109 m3；对非点源污染负荷进行模拟发现在30年期间，总氮TN增加了64.56%；总磷TP增加了55.48%；重金属（Zn、Cu、Pb）负荷量增加了34.61%。虽然农业用地是非点源污染负荷的主要输出土地利用类型，但建设用地面积的增加成为污染负荷的最大“贡献者”。⑶运用SD和CLUE-S模型模拟流域2025年三种不同情景模式下土地利用空间格局变化。经过精度验证，利用SD模型对流域土地利用需求的误差小于8%，CLUE-S模型模拟Kappa值为0.63，精度理想。结果表明，2025年三种不同情景下土地利用空间格局存在较大的差别，尤其体现在社会经济快速发展模式下，土地利用变化转换程度剧烈。基于L-THIA模型对三种土地利用情景下非点源氮磷污染负荷结果发现社会经济快速发展的情况下TN和TP的污染负荷增加速度要大于其它情景模式。⑷通过对松江湿地污染负荷进行模拟结果显示，TN值从1980年～2010年，增加了51.73%；TP从1980年～2010年增加幅度达55.56%。对湿地内水文过程与水生生物进行相关性分析发现，径流量的变化与水生生物呈负相关。针对呼阿流域未来土地利用情景的模拟结果，以及松江湿地水文过程中氮磷负荷模拟结果，对研究区土地利用管理模式进行了探讨，尝试运用BMPs对流域土地利用变化的合理规划进行了初步建议，同时尝试为松江湿地水文过程调控提出初步对策。

著录项

作者
惠洪宽;
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作者单位

哈尔滨师范大学;

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授予单位哈尔滨师范大学;
学科自然地理学
授予学位博士
导师姓名臧淑英;
年度 2015
页码
总页数
原文格式 PDF
正文语种中文
中图分类河流;污染分析与测定;
关键词
河流污染; 地表径流; 污染分析; 呼兰河流域;

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