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GIS支持下西湖流域水环境非点源污染研究

董亮

  非点源污染是一种间歇发生的,随机性、突发性、不确定性很强的复杂过程。而GIS技术具有高效、灵活、直观等优点,有着强大的空间数据处理能力。近年来,由于GIS技术的日益成熟,应用GIS技术已成为国内外水环境非点源污染研究的热点。本研究结合了Blackland GRASS GIS和非点源专业模型对西湖流域的水环境非点源污染作了研究,取得了以下成果:对于西湖流域浅层地下水的研究表明:1)在所有的地下水样中,发现阴离子有7个明显的分布。基于等当量水平比较,阴离子的优势分布分别为:Cl>NO_3>HCO_3>SO_4(27%),Cl>NO_3>SO_4>HCO_3(14%),HCO_3>Cl>NO_3>SO_4(13%),HCO_3>Cl>SO_4>NO_3(10%),HCO_3>N0_3>Cl>SO_4(9%),HCO_3>NO_3>SO_4>Cl(6%),和HCO_3>SO_4>Cl>NO_3(5%)。与阴离子不同,阳离子在所有的地下水样品中都显示出唯一的特征分布:Ca>Na>Mg>K>NH_4。2)按照水化学特征,发现西湖流域浅层地下水可以划分为两组:位于流域西北部的Group1(Ca—SO_4型)和东南部的Group2(Ca—HCO_3型)。Group2的浓度普遍较Group1为高,如HCO_3(约4倍)、Ca和Na(约2倍),因此电导率也相对较高(约2倍)。3)西湖流域浅层地下水已经大范围的受到了硝酸盐污染的危胁,局部地区已存在严重污染。检测到的硝酸盐浓度范围为<0.01-25.3mgN/L,均值为8.0mgN/L。大约有24%的水样超过了10mgN/L的WHO推荐标准,40个采样点中有14个点位(占35%)一次或多次超过了10mgN/L,这一现象必须引起足够的重视。4)西湖流域浅层地下水硝酸盐空间分布的总体特征为:流域的南部区域硝酸盐浓度较高,主要在玉皇山下的阔石板新村一带;其次流域的北部区域,栖霞岭居住区一带。林区内的地下水硝酸盐浓度则普遍较低。5)比较流域内3种土地利用区域内的地下水水质,发现林区浅层地下水的离子浓度普遍较低,如Na、Mg 、Cl等。在居住区,地下水显示了相对较高浓度的Na和Cl,这证实了居民生活污水对当地浅层地下水的影响。农业区浅层地下水的硝酸盐平均水平最高,达10.16mgN/L。调查中还发现,流域农业区浅层地下水有相对较高的Mg和SO_4含量,这可能与当地的地质条件有较大关系。6)调查发现,大多数浅层地下水样品的亚硝酸盐浓度低于检测限,但是其中约10%的样品超过了0.02mgN/L的国家标准。这揭示了流域地下水的亚硝酸盐污染已较严重,应引起管理者的足够重视。水稻田附近浅层地下水中的硝酸盐浓度不高(2.61-5.02mgN/L),但是观察到一个极大的亚硝酸盐水平,达1.5mgN/L。反映了稻田区浅层地下水中存在比较活跃的微生物反硝化反应。这表明,对于稻田,除了关注其甲烷的释放和硝酸盐污染外,由于化学氮肥使用而引起的亚硝酸盐污染也应该引起足够的重视。7)研究发现,各种土地利用中,农业区浅层地下水的硝酸盐浓度最高,并且SO_4和NO_3有较好的相关性(R~2=0.76,N=9),这有可能与当地的地质或土壤母质有关。在林地地下水水样中,发现NO;和口的良好相关性(RZ=0.80,N=0),似乎表示了,西湖流域的林地己经受到了人类活动的很大的影响。8)本研究试着将DRASTIC模型与Blackiand GRASS GIS结合,对西湖流域的浅层地下水污染风险进行了预测和评价。完成了西湖流域DRASTIC模型的7大评价因子空间分布图和DRASTIC风险指数图。9)许多研究发现土地利用对浅层地下水的水质有显著的影响。基于此点,本研究设计了一个新的评价因子一土地利用L因子(Land use),来反映土地利用对浅层地下水水质的影响。该因子与DRASTIC指数结合,构成新的评价指数一LDRASTIC指数。本研究利用Wsual Basic语言开发了一个小型的最优化评价和拟和程序,对因子L的取值进行推理和筛选,确定了西湖流域内不同土地利用的因子L分级值。并作出因子L空间分布图以及IAI:llASTIC风险指数图。10)相对DRASTIC模型,LDRASTIC模型对地下水硝酸盐三个风险水平预测的准确率都有了提高,在所有的硝酸盐中等浓度和高浓度水样中,LDRASTIC的准确率达到了 60.4%$ 69.0%,总体准确率则从26.9%上升到了sl.3%。因此,增加了L因子后,有效的提高了模型的预测准确率。11)研究分别比较了实测硝酸盐值、电导率值与DRASTIC模型、LDRASTIC模型的相关性。发现,增加了L因子后,风险指数与硝酸盐的Pearson相关系数从·0.010上升到0二37,与电导率的Pearson相关系数从0.380上升到0.503。LDRASTIC指数与电导率、LDRASThC指数与硝酸盐,两者都在统计上呈极显著相关。12)依据LDRASTIC风险指数图,作出西湖流域的浅层地下水的污染风险分级图。整个流域内,低、中、高风险区分别占了*.6%、70.9%和17.5%。在区域规划和管理中,地下水污染风险图可以为管理层提供较有价值的参考信息。对于地下水污染的高风险区域,……   
[关键词]:GIS;非点源污染;DRASTIC;LDRASTIC;AGNPS;AnnAGNPS;西湖流域
[文献类型]:博士论文
[文献出处]:浙江大学2001年