| 题名 | 华北超渗产流模式下农业非点源污染发生机制与控制途径研究 |
| 作者 | 王夏晖 |
| 学位类别 | 博士 |
| 答辩日期 | 2004-06-01 |
| 授予单位 | 中国科学院研究生院 |
| 授予地点 | 北京 |
| 导师 | 尹澄清 |
| 关键词 | 非点源污染 华北地区 超渗产流 机制 流域 景观 水质 污染控 制 可持续发展 |
| 学位专业 | 环境科学 |
| 中文摘要 | 本文以天津于桥水库桃花寺流域为野外试验点，于2002和2003年，通过广泛深入的流域调查、野外降雨径流监测及样品的连续动态采集与分析，并辅以室内模拟试验，在不同时空尺度上，首次对华北超渗产流模式下农业非点源污染发生的一系列动态过程与机制进行了较为系统的研究，同时还探讨了在华北区域性流域景观特征下，农业非点源污染的控制途径。本研究取得了以下结果： (1)大陆性季风气候影响下，华北雨季前期流域下垫面普遍干旱，养分物质循环过程缓慢，大量累积于下垫面地表，长效污染物累积与短促型暴雨共同作用，导致降雨前期污染物高度累积、迁移滞缓，暴雨一径流期污染物在高动能径流携带下，主要以颗粒态形式，通过过程短促的超渗地表径流迅速迁移。形成华北地区“污染物雨前高度累积一雨中剧烈释放一超渗地表径流携带一短历时、高强度、集中输出”的非点源污染连续动态发生模式。 (2)雨前养分迁移滞缓引发的高度累积，一方面导致雨季来临后养分自不同源区的瞬时高强度释放，另_方面导致污染源区在流域空间分布上的高度变异性。监测结果表明，源于不同土地利用的初期降雨径流中TN、TP、COD可分别高达13．32．142．10m∥L、0．92．16．70m∥L、214．9-2823．2m∥L，比末期径流中污染物浓度高出数倍。养分高累积度与低入渗性耦合形成的区域成为降雨过程中污染物输出的关键源区。以养分(N、P)流失指数来半定量描述各因子对非点源污染源区形成的综合作用结果表明，村庄的源因子及传输因子均较高，为较高等级的P流失源区和N的地表流失源区，而果园和农田是重要的N淋溶损失源区。不同源区的负荷贡献情况为，山地区输出悬浮物可占总负荷的60．6％，TN、TP、DRP、COD则以村庄最高，分别可占36．1％、60．0％、54．6％、41．O％。不同源区径流中颗粒态养分在总养分中所占比例较南方湿润区要高，且降雨产流过程中，呈现粒径分布范围逐渐缩小、细颗粒物质含量逐渐升高的变化特征。 (3)超渗产流模式下，产流量取决于降雨强度与土壤入渗能力的对比关系，地表径流具有快速形成、易于消失的特点，与南方蓄满产流区地表径流形成迟缓、延续不断的特点具有明显不同。地表径流对污染物的传输明显受到沿途土地利用的影响，通常表现为村庄、果园集中分布区的高浓度特征，而在上游山地区及下游岸边区的低浓度特征。溶解态氮是氮素传输的主要形态，占总氮比例分别为地表径流62．3％，壤中流89．6％。而颗粒态磷是地表径流传输的主要磷素形态，占总磷62．1％，壤中流传输以溶解态磷为主，占总磷79．6％。华北气候特点决定养分在土壤剖面的垂向迁移过程多数时间受非饱和流运移特点控制，多数情况下，养分淋溶迁移仅对移动性较强的硝态氮的传输具有一定意义。但研究中也发现，对于有机无机肥施用量较大的果园、菜园及个别农田土壤来说，也会发生较明显的磷素淋溶现象，100cm以下土层Olsen-P含量仍可高达几十个mg／kg，成为地下水受到污染的潜在来源。模拟研究结果表明，流域中山地、库滨带、天然植被 区土壤基质多为污染物持留型基质，而村庄、果园土壤基质多为释放型基质，农田土壤、淤积物多为持留一释放转换型基质。对于三类土壤基质类型，应分别采取相应的非点源污染控制与管理措施。 (4)在同一流域中进行了异质性“汇”景观结构对非点源污染的控制研究，发现：异质性汇景观系统具有很强的污染物持留能力，是针对华北地区“污染源时空高度分异一过程短促”的非点源污染模式的有效控制途径。华北地区具有明显区别于南方湿润区的农业景观特征。具有异质景观镶嵌的高对比性和水源依赖性。人工构建或自然形成的缓冲／滞留型“汇”景观结构广泛分布。在桃花寺流域，多种类型的“汇”景观结构，包括石坝、路侧植草水道、植被过滤带、干塘、库岸缓冲区，对径流中携带的非点源污染物具有明显的持留功能。无论在连续流还是在间断流降雨事件中，“汇”景观结构均表现出良好的污染物持留效果。两个水文年的5场连续流事件中，整个结构系统径流、TSS、TN、TP的平均持留率分别为53．4％、70．4％、60．4％和63．7％。而在16场间断流事件中，由于 流量较小且呈不连续分布，“汇”景观结构系统往往能对其全部吸纳、贮存，持留率往往可接近100％。这些“汇”景观结构对非点源污染物的持留机制包括水文调控、基质吸附、生物吸收等多个方面，其中对径流流速及流量的水文调控是最为关键的持留机制之一。 (5)基于华北地区非点源污染发生和传输机制，本文首次从源一传输一汇各环节提出了具有华北地区特色的农业非点源污染景观途径控制方法，提出优先控制关键源区一重点控制水土流失一广泛控制农田污染的源区治理模式。针对污染物汛期集中输出、主要依靠地表径流途径、颗粒态养分是重要传输形态的传输特点，提出尽量增加水流通道的径流存储容量一充分利用滞留／缓冲型景观结构一发挥多种类“汇”型景观整体效应一逐级削减污染负荷的非点源污染传输过程控制模式。针对长期使用下，“汇”区存在污染物累积、容积下降、吸附饱和度升高等问题，提出强化生物因素作用强度一增进养分循环一加强管理的“汇”景观可持续利用模式。 |
| 语种 | 中文 |
| 学科主题 | 环境水质学 |
| 公开日期 | 2011-12-14 |
| 内容类型 | 学位论文 |
| 源URL | [http://ir.rcees.ac.cn/handle/311016/2124]  |
| 专题 | 生态环境研究中心_环境水质学国家重点实验室 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 王夏晖. 华北超渗产流模式下农业非点源污染发生机制与控制途径研究[D]. 北京. 中国科学院研究生院. 2004. |
| 个性服务 |
| 查看访问统计 |
| 相关权益政策 |
| 暂无数据 |
| 收藏/分享 |
除非特别说明，本系统中所有内容都受版权保护，并保留所有权利。
修改评论