基于GIS的SWAT模型在农业面源污染模拟中的应用

论文摘要

农业面源污染目前是造成我国水环境污染的主要原因之一,且农业面源污染是一种间歇性,随机性、不确定性很强的复杂过程,估算其负荷难度较大。通过农业面源污染数学模型与地理信息系统（GIS）,遥感（RS）的结合对农业面源污染进行计算机模拟,分析其时空变化规律,是农业面源污染控制研究的有效手段。本文全面阐述了国内外农业面源污染模型的发展,在分析基于GIS的SWAT（SoilWater Assessment）模型的方法技术原理的基础上,以德国Nette流域为研究区域进行流域水文及养分迁移的分布式计算机模拟。主要目的是研究养分迁移的分布式模拟方法并进行区域适用性验证。主要内容如下:■分析SWAT模型原理技术方法,模型运行特点,对土地利用数据,土壤数据气象数据等分别进行相关标准的转化与数据转换,按照模型运行所需的数据结构特点建立一套农业面源污染基础信息库。利用数字高程模型（DEM）提取流域河网,流域边界,进行子流域的划分,并进行水文响应单元（HYU）的划分,完成流域的空间离散化和参数化。■在流域出口收集相关水文水质监测资料数据,选取2001-2003年段的实际监测数据为参照分别对模型水文与氮磷模拟进行参数敏感性分析,通过对敏感性参数的调整对水文模拟与氮磷模拟进行校准,得到一套较为合适的模型参数。■分析模型结果并进行空间分析与模型适用性分析,在空间尺度上氮磷流失基本呈由北向南逐渐汇集的特点,主要的氮磷输出集中在中部,南部的农用地与农村居民点区域,北部林地区域较少。以1996-2006年段的流域出口水文水质监测数据与模型模拟结果进行比较,水文模拟取得了较高的精度,硝态氮、矿质磷,氮磷负荷基本反应流域实际流失状况,但个别年份误差较大,由此表明SWAT模型对流域产水,产沙的长期变化可以较好的预测,但在特殊气象条件下的地理过程中,模拟结果存在误差。对于氮磷迁移的过程模拟,其适用性有待进一步研究。

论文目录

• 中文摘要
• Abstract
• 1 文献综述
• 1.1 农业面源污染概况
• 1.1.1 农业面源污染及其特点
• 1.1.2 农业面源污染现状
• 1.2 面源污染模型化
• 1.2.1 面源污染模型研究进展
• 1.2.2 SWAT模型的国内外研究进展
• 2 引言
• 2.1 研究目的和意义
• 2.2 研究背景及依据
• 2.2.1 研究背景
• 2.2.2 研究技术路线
• 2.2.3 研究区域确定及模型选择
• 3 基于GIS的SWAT模型原理及技术分析
• 3.1 SWAT模型结构
• 3.2 SWAT模型氮磷模拟机理
• 3.2.1 流域氮循环模拟
• 3.2.2 流域磷循环模拟
• 3.2.3 氮磷传输过程
• 4 模型应用的数据组织
• 4.1 研究区域及基础数据
• 4.1.1 研究区域
• 4.1.2 基础数据
• 4.2 流域空间离散化
• 4.2.1 流域空间离散化方法
• 4.2.2 流域河网的划分以及流域边界的修正
• 4.2.3 流域水文响应单元（HRUs）的生成
• 4.3 流域空间属性数据的组织
• 4.3.1 土壤数据的组织
• 4.3.2 土地利用数据组织
• 4.3.3 气象数据
• 5 模型参数敏感性分析及参数调整
• 5.1 水文模拟参数敏感性分析及调整
• 5.2 氮磷模拟参数敏感性分析与调整
• 5.3 模型适用性分析
• 6 Nette流域模拟结果分析
• 6.1 Nette流域水文模拟结果分析
• 6.1.1 Nette流域流量校正分析
• 6.1.2 Nette流域年平均径流流量模拟分析
• 6.1.3 Nette流域月平均径流流量模拟分析
• 6.1.4 Nette流域流量模拟的空间分布
• 6.2 流域氮素迁移模拟结果分析
• 6.2.1 Nette流域硝态氮迁移模拟分析
• 6.2.3 Nette流域氮素模拟的空间分析
• 6.3 流域磷模拟结果分析
• 6.3.1 Nette流域磷素迁移模拟分析
• 6.3.2 Nette流域磷素模拟的空间分析
• 7 结论与建议
• 7.1 研究内容总结
• 7.2 存在问题与展望
• 参考文献
• 致谢
• 作者简介
• 参与项目发表论文