寒冷地区非点源污染的时空异质性分布规律与流域综合管理对策研究

针对松花江流域农业非点源污染严重而综合防治能力低下的问题，充分考虑松花江流域地貌多样、积融雪水文过程复杂、夏季单次降雨显著的地域特殊性，构建涵盖时空异质变化的松花江流域非点源污染基础数据库；采用最新GIS平台的AVSWAT模型对农业非点源污染过程进行模拟，深层解析非点源污染在流域范围内分布与扩散的过程和趋势，探讨时空异质条件下非点源污染的分布规律、发生机理和主要扩散模式，解决流域非点源污染来源复杂、影响广泛、分布不均、机理模糊、难以定量分析和模拟预测的难题；针对典型地域水文时空异质性特征进行模型参数调整和模块改进，提高AVSWAT模型在我国寒冷地区的拟合精度；根据模型结果识别阿什河流域农业非点源污染的重点区域和关键路径，制定出适合寒冷地区特色的流域非点源污染有效治理与综合管理的最佳方案，弥补我国寒冷地区非点源污染系统研究的空白,为全国流域非点源污染防治与综合管理工作提供参考。

选择松花江流域内的一个代表性的完整流域—阿什河流域为例，进行流域非点源污染的时空异质性分布规律与综合管理对策研究。阿什河是松花江右岸的一级支流，目前水质劣V类，境内农业非点源污染严重，是松花江流域内污染风险等级最高的河流之一，亟待科学有效的管理。研究建立了符合SWAT模型规范及标准的阿什河流域非点源污染数据库，并通过水文及水质的敏感性分析进行参数优化，最终RE、R2与ENS三个判定指标对率定结果的检验，均表明构建的模型适用于阿什河流域径流及非点源污染过程的模拟。. 运行该模型对阿什河流域的非点源污染时空特征进行解析。结果表明，阿什河流域非点源污染受降雨空间不均匀性和土地利用方式两方面因素的显著影响，TN与TP空间异质性明显，下游左岸区域为非点源污染最严重的区域，中游次之，下游右岸与上游区域最低。在年内，非点源TN与TP污染主要集中在汛期（5-9月），非点源TN汛期产生的污染物在丰水年、平水年、枯水年分别占全年总量的72.47%、59.86%和53.92%，非点源TP汛期产生的污染物在丰水年、平水年、枯水年分别占全年总量的87.25%、87.02%和87.30%；“桃花水”期间，流域基流明显增加，成为流域氮磷污染的主要驱动力，是引起春汛期间流域水质波动的重要原因。 . 为提供科学有效的管理方案，根据实际研究经验设定情景模拟模式，定量分析了退耕还林、等高种植、化肥减量与植被过滤带和综合管理5项管理措施的理论效果。结果表明，坡耕地退耕还林措施可减少1.03-5.35%的非点源TN负荷与0.94-8.09%的非点源TP负荷；等高耕作措施可减少0.51-2.77%的非点源TN负荷与0.49-4.54%的非点源TP负荷； 20%的化肥减量措施可减少0.65-6.52%的非点源TN负荷与0.01-2.95%的非点源TP负荷；20 m的植被过滤带措施可减少42.62-69.51%的非点源TN负荷与80.09-86.27%的非点源TP负荷；综合管理措施，可减少34.90-54.36%的TN负荷以与35.32-60.89%的TP负荷。. 基于流域非点源污染时空规律及各项管理措施的效果，综合分析地理位置、土地利用、坡度、干湿性与TN、TP污染负荷等因素，本研究进一步提出了阿什河流域二级生态功能分区的管理规划方案，并给出了相应的非点源污染控制管理建议，以期有效指导流域管理与规划。