城鄉交錯帶複雜面源污染邊界效應及模型改進研究

《城鄉交錯帶複雜面源污染邊界效應及模型改進研究》是依託中國科學院精密測量科學與技術創新研究院，由莊艷華擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：城鄉交錯帶複雜面源污染邊界效應及模型改進研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：莊艷華
• 依託單位：中國科學院精密測量科學與技術創新研究院

項目摘要

城鄉交錯帶是快速城市化背景下位於城市與鄉村之間的過渡性區域，兼具農業面源和城市面源污染特徵，其複雜面源污染已成為水體富營養化的主要驅動因素之一。城鄉交錯帶內土地利用空間異質性導致存在“農業/城區源區”邊界效應，目前尚無合適的模型用於複雜面源污染的準確模擬。針對這一問題，本項目擬選取位於城鄉交錯帶的湯遜湖流域作為研究區域，從土地利用空間異質性出發，定量研究“農業/城市源區”邊界效應對磷素遷移轉化的作用機制，在此基礎上結合GIS空間分析技術和原始碼修改等方法改進HSPF模型，開發反映邊界效應的城鄉交錯帶複雜面源污染機理模型，並進一步準確模擬多情景下的磷複雜面源污染負荷時空變化規律。該項目的實施將豐富我國面源污染的研究內容，研究成果對於控制城鄉交錯帶複雜面源污染、改善城鄉環境具有重要的理論意義和實用價值。

結題摘要

城鄉交錯帶是快速城市化背景下位於城市與鄉村之間的過渡性區域，城鄉交錯帶內土地利用空間異質性導致存在“農業/城區源區”邊界效應。本項目圍繞城鄉交錯帶面源污染邊界效應及模型改進開展工作，完成了研究目標。首先，綜合考慮城鄉交錯帶景觀格局和地理特徵，將面源污染邊界效應劃分為景觀尺度邊界效應和坡面尺度邊界效應2個尺度；基於GIS技術、緩衝區分析、匯流路徑分析提取了城鄉交錯帶關鍵界面，基於匯流路徑分析提取了可能發生跨界匯流的有效關鍵界面；基於自組織映射模型（SOM）和線性擬合方法定量與定性相結合地識別了城市化背景下城鄉交錯帶磷素流失主控因子；明確了景觀尺度和坡面尺度邊界效應對城鄉交錯帶磷素流失影響的表達，制定了HSPF模型改進方案：針對坡面尺度邊界效應，建設用地（不透水地表）-農用地（透水地表）界面是湯遜湖流域主導有效關鍵界面，以透水性作為流域HRU及子流域劃分的首要依據，進一步通過HSPF中的透水模組和不透水模組實現對坡面尺度邊界效應的表達；針對景觀尺度邊界效應，提取流域雨水收集井-雨水管道-出水口拓撲結果，在基於DEM繪製的匯流路徑基礎上，修正流域匯流路徑，以此準確、差異性表達流域城市區域組織排放、農業區域非組織排放對匯流的影響。HSPF模型由於具有透水面水文水質模擬模組（PERLND）和不透水面水文水質模擬模組（IMPLND），具備模擬城市和農業混合區域面源污染負荷的潛力。基於景觀和坡面尺度邊界效應改進後的HSPF模型被有效用於城鄉交錯帶湯遜湖流域磷素麵源污染負荷模擬。