遥感和GIS支持下流域非点源污染模型研究

论文摘要

三峡流域处在我国环境最为脆弱的长江中上游水土流失区，又是国务院确定的全国水资源重点保护区，在点源污染逐步地得到控制后，非点源污染的影响开始显现出来，逐渐成为水环境污染的重要源头，特别是三峡水库建成后，水土环境将发生很大变化，将使其面临的非点源污染压力越来越大，因此，对三峡流域的非点源污染展开系统研究具有重要的现实意义和社会价值。本论文采用“点面结合”与“宏观微观结合”的研究方法，运用遥感与GIS技术支持下的模型模拟方法对流域及其典型汇水区-重庆市渝北区卸临河小流域的非点源污染状况进行了宏观分析和定量计算模拟，并在深入调查研究流域非点源污染驱动力基础上，提出了控制管理的最佳管理措施，从而完成了对流域的非点源污染系统、全面的研究，主要取得了以下成果：（1）三峡流域主要非点源污染影响因子1995年到2000年的变化情况，土地覆被主要表现为林地的退化和耕地的建设侵占，林地退化又表现为草丛化、垦殖、建设侵占和有林地的灌丛化，同时，在一些地方，也出现了生态恢复的局面，如草地向林地转化占了一定比例，这说明土地覆被变化总体上呈献使生态环境继续恶化的趋势，局部地区经治理后有所好转；植被盖度略有增长；土壤侵蚀方面，年平均侵蚀模数为3012.6t／km2.a，最高地方高达9000t／km2.a，侵蚀强度为轻度侵蚀占14.79％；中度侵蚀占总面积的54.47％；强度侵蚀占总面积的20.2％；极强度侵蚀总面积的8.02％；剧烈侵蚀总面积的2.53％。（2）典型汇水区2000年非点源污染负荷情况：泥沙沉积污染物为264803.09吨，总氮为5071.82吨，总磷120.897吨，有机碳为9546.486吨；时间分布规律表现为同一年内不同季节的污染物负荷相差悬殊，汛期时污染负荷浓度高，负荷量大；空间分布是各土地覆被类型中产生的泥沙沉积物、总氮、总磷污染负荷大小依次为耕地＞林地＞居民用地＞园地。（3）通过对典型汇水区农村生活污水和人口氮磷污染、畜禽养殖氮磷污染以及大气湿沉降的氮磷污染分别进行了估算，结果表明，这四大类产生的氮磷污染量相当可观，在典型汇水区的氮磷计算中不能忽视。（4）非点源污染驱动力方面，通过对其土地利用和降雨径流两方面展开社会驱动力探讨，确定了人口驱动力在非点源污染过程中的重要地位，同时针对目前人口产污部分计算的不足，提出并应用了数字人口产污模型进行计算模拟。（5）非点源污染控制管理方面，根据非点源污染的来源和关键源区的标识将典型汇水区分为四个不同的污染控制管理区划，再针对每个不同的区划构建了不同的最佳管理措施并通过AnnAGNPS模型进行了效果模拟，从模型反应的效果看，提出的最佳管理措施有效，可以为决策者提供科学的依据。

论文目录

前言

摘要

ABSTRACT

第一章绪论

1.1 研究背景及目的意义

1.1.1 选题背景

1.1.2 研究意义和目的

1.2 相关领域国内外研究现状

1.2.1 非点源污染对水环境的影响

1.2.2 非点源污染模型研究进展及分类

1.2.3 国外研究现状及进展

1.2.4 国内研究现状及进展

1.3 GIS和遥感支持下的非点源污染模型研究

1.3.1 非点源污染数学模型与GIS、遥感结合的必要性

1.3.2 非点源污染数学模型与GIS、遥感结合的层次及现状

1.3.3 非点源污染模型与GIS、遥感集成的方式

1.4 总体思路及技术路线

1.5 论文内容安排

第二章流域主要非点源污染因子遥感分析

2.1 引言

2.2 三峡流域概况

2.2.1 自然概况

2.2.2 社会经济概况

2.3 流域遥感影像非点源污染因子提取技术流程

2.3.1 数据源介绍

2.3.2 遥感数据源提取信息流程

2.4 流域土地覆被遥感分析

2.4.1 土地覆被遥感信息提取

2.4.2 土地覆被动态分析

2.4.3 土地覆被对降雨径流的影响

2.4.4 小结

2.5 流域植被盖度遥感分析

2.5.1 植被盖度遥感信息提取

2.5.2 植被盖度分析

2.5.3 小结

2.6 流域土壤侵蚀遥感分析

2.6.1 土壤侵蚀遥感解译

2.6.2 土壤侵蚀分析

2.6.3 小结

2.7 基于GIS和RUSLE模型的土壤侵蚀模数计算

2.7.1 土壤侵蚀数据库构建

2.7.2 土壤侵蚀计算

2.7.3 结果模拟与分析

2.7.4 小结

2.8 本章小结

第三章 ANNAGNPS模型在流域典型汇水区应用研究

3.1 引言

3.2 流域典型汇水区选择

3.2.1 流域离散化与典型汇水区选择

3.2.2 典型汇水区概况

3.3 ANNAGNPS模型概述

3.3.1 模型结构

3.3.2 模型机理

3.3.3 模型输入参数

3.4 ANNAGNPS模型在流域典型汇水区的应用

3.4.1 典型汇水区非点源污染模型参数确定

3.4.2 典型汇水区非点源污染负荷计算

3.4.3 典型汇水区模拟结果分析

3.4.4 典型汇水区模型应用验证

3.5 本章小结

第四章流域非点源污染驱动力研究

4.1 引言

4.2 土地利用驱动力模型研究

4.2.1 三峡流域土地利用驱动力宏观分析模型

4.2.2 典型汇水区土地利用驱动力主成份分析

4.2.3 典型汇水区土地利用变化人口驱动力

4.2.4 小结

4.3 降雨径流驱动力模型研究

4.3.1 典型汇水区径流变化特征分析

4.3.2 典型汇水区径流变化气候驱动力模型

4.3.3 典型汇水区径流变化人类驱动力模型

4.3.4 小结

4.4 数字人口产污模型

4.4.1 人口密度的空间连贯分布模型

4.4.2 典型汇水区数字人口产污模型

4.4.3 模型验证

4.4.4 小结

4.5 本章小结

第五章流域非点源污染控制管理研究

5.1 引言

5.2 非点源污染控制管理措施

5.2.1 污染源的控制与管理

5.2.2 污染扩散途径的控制与管理

5.2.3 小结

5.3 ANNAGNPS模型敏感性分析

5.3.1 敏感因子的选取

5.3.2 敏感结果及分析

5.4 典型汇水区非点源污染控制管理区划

5.4.1 关键源区标识

5.4.2 控制管理区划

5.5 典型汇水区最佳管理措施构建及效果模拟

5.5.1 畜禽养殖+土壤侵蚀区控制管理方案

5.5.2 化肥施用+畜禽养殖区控制管理方案

5.5.3 土壤侵蚀+化肥施用区控制管理方案

5.5.4 化肥施用+土壤侵蚀区控制管理方案

5.5.5 典型汇水区一般控制管理方案

5.6 本章小结

第六章总结与展望

6.1 主要研究成果

6.2 主要创新成果

6.3 研究不足及展望

参考文献

致谢

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