基于SWAT模型的京津冀流域水环境污染防治方法研究

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水污染是全球生态退化的主要原因,严重影响人民群众的水供给。伴随经济社会快速发展和城市化进程加快演变,由于水体遭到污染所造成的水质性缺水,已日益严重地威胁着人们的生存和发展。京津冀地区作为我国的“首都经济圈”,是政治、经济、文化中心,也是国家重要粮食产区。近年来,京津冀地区经济快速发展,随之而来的工业企业废水、农村生活污水、农业施肥和畜禽养殖也引发了该地区流域地表水体受到污染。京津冀地区部分流段水污染严重,水污染防治已经成为一项重要的战略任务。目前,我国对于点源污染源排放大多要求达到当地水污染综合排放标准即能排入到水体当中。但京津冀地区现有工业企业数量较多,且分布范围较广,各地区水域污染物排放标准不同,缺乏统筹考虑。多点源同时排放造成了污染负荷严重超标,污染流域水体的问题。此外,河北省还是重要粮食产区之一,不合理的农药化肥施用也会带来一定程度水体面源污染。京津冀地区水环境污染防治迫在眉睫。本文利用国际较为成熟的水环境SWAT(Soil&Water Assessment Tool)模型对研究区地表水环境质量进行模拟,根据氨氮污染负荷、总磷污染负荷空间分布特征,对工业企业、污水厂的污染减排提标改造以及施肥减量增效等污染防治方法综合研究分析,旨在预测不同污染防治措施下污染物负荷的响应情况和减污效果,并有针对性地提出相应污染防治策略。主要研究成果如下1)建立了京津冀地区地表水环境模型,且较全面地模拟了该地区水环境和水质特征,并以当地工业企业、污水处理厂为点源,以农业施肥、农村生活及畜禽养殖为非点源构建了污染源数据库。(2)完成京津冀地区121个国控水质监测断面的筛选,共筛选出41个能较好代表京津冀地区水环境质量状况的模拟断面(Ⅴ类及劣Ⅴ类水体断面16处)。基于已率定好水量模型,进行待模拟断面的泥沙、氨氮和总磷相关参数率定,拟合验证监测断面模拟结果,核算2015年各流域氨氮通量。(3)提出了研究区域污染减排治理方案,重点对所有污水厂、工业企业按照地表水环境质量标准进行污染减排,该情况下京津冀流域氨氮污染负荷可减少48.66%,总磷负荷可减少3.69%。而面源污染防治贡献并不显著,以子牙河为例,流域施用的化肥量减少20%时,河道中氨氮污染负荷在平水期时仅可减少0.29%,总磷可减少1.41%。(4)由于京津冀地区城市化速度加剧,工业企业和污水厂的排污浓度等点源污染负荷占主导地位。对所有污水厂和工业企业按地表水环境质量标准达标排放可以使所有断面达到III类及以上,污染负荷削减程度最大。因此,需要对京津冀地区所有污水厂和工业企业严格控制其污染负荷的排放,以地表水环境质量标准进行达标排放。对工业企业和污水厂的提标改造应作为京津冀水环境污染控制的重要措施,全面改善京津冀地区河道水体质量。