河流氮磷污染过程的小波分析及其环境影响因子定量表征.pdfVIP

摘要

随着点源污染得到有效治理，非点源污染已成为许多地区水质超标的主要原因。与点

源污染不同，非点源污染受诸多环境因素的影响，发生和发展过程具有变异性、随机性、

滞后性等特点，对非点源污染的定量研究和有效治理仍面临较大挑战。定量识别流域非点

源污染氮磷输出量和入河量是有效控制非点源污染的关键基础。

本研究以浙江省绍兴市长乐江流域为研究对象，基于2003~2016年间的水文水质监

测数据，建立了长乐江氮磷污染的LOADEST模型，模拟了河流氮磷污染的连续变化趋

势；采用小波分析方法，分析了河流氮磷负荷量的周期性变化规律；定量分析了驱动流域

非点源污染发生的降雨因子和影响流域非点源污染发展过程的地形因子、地表径流因子、

地下蓄渗因子和植物截留因子；最后，采用基于河流一维水质方程-输出系数耦合方程和影

响污染物入河过程的环境影响因子，估算了长乐江流域氮磷污染物的入河量和输出量。主

要研究结果如下：

3-1

（1）在2003~2016年间，长乐江平均流量为16.39m·s，河流水质受到氮、磷等营

养物质的明显污染。河流出口监测断面总氮（TN）多年监测浓度变化范围为

0.20~13.29mg·L-1，多年平均浓度为3.75±0.91mg·L-1，远超该地区参照基准值（1.70mg·L-

1）；总磷（TP）多年监测浓度变化范围为0.01~0.69mg·L-1，多年平均浓度为0.14±0.09

mg·L-1，处于地表水III类水水平；LOADEST模型估算结果表明长乐江TN的年均负荷量

为2208±862t·yr-1，TP年均负荷为71±32t·yr-1。河流的TN和TP负荷量都与径流量高度

相关，但与TN和TP浓度的相关性较弱。

（2）2003~2016年期间，长乐江TN和TP负荷量存在明显的周期性变化，TN和TP

负荷量都以18个月的时间尺度为主发生着多时频的周期性变化，但TP负荷量的变化强

度要比TN负荷量的变化强度弱，且两者的小波系数频谱等值线图与河流流量的相似性较

大，都存在相同的时间尺度和震荡发生日期；进一步对TN和TP负荷量的小波方差展开

分析，揭示了TN和TP负荷量周期性的变化是由河流流量的周期变化引起的，而与TN和

TP的浓度变化相关性较小。

（3）驱动流域氮磷非点源污染发生的降雨因子，以及影响流域非点源污染发展过程

的地形因子、地表径流因子、地下蓄渗因子和植物截留因子均表现出一定的空间差异性：

TN的降雨驱动因子变化范围为1.15~1.24，均值为1.20，TP的降雨驱动因子变化范围为

1.22~1.33，均值为1.28；地形因子变化范围为0~2.22，均值为0.77；SCS-CN模型方法计

算得到的TN地表径流值在1207~1597mm之间，均值为1463mm，以土壤流失通用方程计

-2-1-2-1

算得到的TP年侵蚀量在0~1433t·hm·a，均值为140t·hm·a；地下渗蓄因子的变化范围

为1.00~1.04，均值为1.01；TN、TP植物截留因子均值分别为3.66和3.37；尽管不同环境

影响因子之间存在强烈的共线性，但是考虑到这些环境影响因子与污染物运移关系的直接

性，认为地表径流和植物截留是长乐江流域非点源污染发展过程的主要环境影响因子。

（4）2003~2016年期间，长乐江流域水田、旱地、人居地、林地和荒地的TN输出系

-1-1-1-1-1-1

数分别为26.34±0.41kg·ha·yr、64.79±0.40kg·ha·yr、42.97±0.38kg·ha·yr、9.00±

-1-1-1-1-1-1

0.78kg·ha·yr和6.38±3.47kg·