关键词:
非点源污染
土地利用优化
SWAT模型
石头口门水库流域
摘要:
当前我国水体污染形势严峻,长期大量随意排放的污染物使得水环境治理压力突出,非点源污染治理已经成为我国水环境治理与生态保护面临的主要问题。管理部门在制定水环境治理及保护方案时要充分考虑土地利用对其产生的影响,这需要从土地管理视角出发,评价土地的空间分布对非点源污染的影响效果。将吉林省石头口门水库流域设为研究对象,利用小尺度土地利用及其空间效应模型(Conversion of Land Use and its Effects at Small regional extent,CLUE-S)模拟优化后的土地分布情况,将其与优化前的土地利用情况分别输入土壤和水评估工具(Soil and Water Assessment Tool,SWAT),对得出的泥沙及氮磷污染物负荷进行对比分析,探究土地利用优化对非点源污染的控制效果,研究结果可为石头口门水库流域土地管理部门制定用地规划及后续相关土地整治工作提供方案参考和理论支撑。结果表明:(1)石头口门水库流域的总氮及总磷污染物在时间上具有明显的周期性变化特征,表现为从1月份开始逐渐增加,在8月份达到最高值,该月份总氮及总磷负荷分别占全年总量的40.6%和46.3%,之后随月份开始逐渐下降,期间3月及5月都会有较为突出的波动。(2)石头口门水库流域的总氮及总磷污染物具有明显的空间分布特征,输出强度较高的区域大多分布在研究区南部且西南部输出强度更高;总磷负荷则为四周低,中心高的空间分布特征,这是由于磷的移动性较差且在土壤中磷的浓度存在梯度差,且只有表层土壤中的溶解态磷能够随地表径流迁移。(3)对比优化前后的污染物负荷可以发现,土地利用优化对非点源污染控制具有一定的效果,其中总氮输出总量降低8.68%,总磷输出总量降低10.12%。总氮浓度整体均降低至正常水平,即8kg/hm2以下,总磷的外围部分降低至正常水平,即1.5kg/hm2以下,中心部分没有明显下降。污染物负荷下降比率最高的月份均集中在8月,降低比例较高的子流域大多分布在研究区东南部,这是由于该区域在优化情景中是林地集中连片扩张的部分,而退耕还林不仅可以降低污染源的输入强度,还可以削减已有污染的扩散强度。位于石头口门水库流域出口的子流域氮磷负荷都比较高且降低比例较小,这是由于该区域在土地利用优化中改动较少。总体而言,本文构建的CLUE-S土地利用优化模型及SWAT非点源污染模拟模型在研究区具有较好的适用性,提出的基于土地利用优化的非点源污染控制方案可以有效削减研究区的非点源污染强度,其中总氮负荷量基本降至正常水平,即土地利用优化可以更好地控制总氮的扩散。