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泥沙和无机氮磷是影响河口水环境的主要因素,这些污染物主要来源于陆地的非点源污染,在陆地水循环的驱动下由陆地生态系统向河口转移。研究陆地非点源污染最有效的技术是建立在3S基础上的分布式水文模型。根据研究需要,并对比分析国际上主要的水文模型,本论文应用美国农业部研究中心开发的分布式水文模型SWAT,在珠三角流域内研究了陆地生态环境对河口水环境的影响。主要研究内容和结论如下:
1.研究西江有关的五个河口(横门、洪奇沥、磨刀门、鸡啼门和虎跳门)沉积物的营养污染分布特征。结果表明,不同的土地利用类型会引起河口不同的营养污染水平,这种影响受潮汐影响,不同形态营养元素呈现不同的变化规律。横门、洪奇沥和虎跳门沉积物受到营养元素的污染,属于中度污染;虎跳门受潮汐影响大,潮间带氮磷含量低于潮上带,其余口门受径流影响大,潮间带各形态氮磷高于潮上带。
2.应用分布式水文模型对珠三角天河水文站以下流域进行建模和适应性评价,结果表明,水和沙在流域内四个口门都有较好的模拟效果,效率系数在0.6以上,达到了可以适应的要求,分布式水文模型SWAT可以应用于珠江三角洲复杂的河口水和沙的模拟。但在无机氮、磷水质方面,水主要来源于潭江的崖门河口达到了可以应用的水平,而其它三个河口流域占整个西江的比例非常小,受上游西江影响较大,水质的模拟效果非常差。因此,本论文以崖门河口进行情景模拟,研究陆地生态环境对河口水环境的影响。
3.设计荒地、灌木、针叶林、针阔混交林和阔叶林五种森林演替情景,模拟研究了森林演替对河口水环境的影响。研究结果表明,荒地极易引起水土流失,并相应增加对河口无机氮、磷的输入,引起河口水环境的退化,其它植被覆盖度高的森林演替类型中,灌木和针阔混交林对减少陆源泥沙和无机氮、无机磷方面有较好的效果。
4.模拟研究了调整农业用地结构对河口水环境的影响,结果表明,农业用地调整可以较大的降低对河口水环境的污染负荷,情景中旱田以甘蔗和果园方式最好;水田由水稻改为蔬菜时,对河口的污染输入有一定的下降,但效果不明显,当水田用无林湿地替代时,表现非常强的减少河口陆源输入的作用。基于以上研究结果,建议优化农业用地利用方式,并在水系和水田之间构建适宜宽度的无林湿地缓冲带,来减少农业对河口的非点源污染。
5.模拟研究了全球气候变化对河口水环境的影响,结果表明全球气候变化对珠三角流域水的影响非常小,全球温度上升会导致土壤的侵蚀和河口无机氮输入的增多,强度随温度的上升而上升,全球温度降低会降低陆地对河口无机氮和无机磷的输入,减少量随着温度的降低而增加。综上,全球温度降低时会减少河口的富营养化,而全球温度升高会加重土壤侵蚀和河口无机氮含量的升高,引起河口生态退化。