丹江口库岸植被缓冲带空间优化配置研究

【摘要】植被缓冲带是一种典型的水陆生境交错带,是陆地生态系统与水生生态系统之间的连接带和过渡区,起到了拦截污染物和沉积物随着地表径流流入水体的作用,同时也具有很高的生态效益。近几年植被缓冲带生态系统退化,水体污染加剧,面源污染是水体水质污染的重要来源,研究植被缓冲带的对于污染物拦截作用具有十分重要的意义。本文以丹江口水库为研究对象,结合DEM数据、遥感影像数据、降雨数据和田间放水冲刷实验及室内水样检测分析,运用景观生态学、水文学、统计学及GIS技术等理论基础与研究方法,研究库岸植被缓冲带对于污染物阻控效率,分别探讨了湖北河南地区不同立地条件下的植被缓冲带最佳宽度配置,达到对整个丹江口库区植被缓冲带的空间优化配置。主要结论如下：(1)径流小区的放水冲刷实验结果显示：流量大小与污染物去除率成负相关；总氮浓度与其去除率成正相关,总磷浓度与其去除率成负相关；坡度大小与污染物去除率相关性受到流量大小影响,大流量条件下坡度大小与污染物去除效率成负相关关系,而小流量条件下污染物去除率与坡度无明显相关性。植被缓冲带对污染物去除效率大小顺序为：泥沙>铵氮>总磷>总氮,分别对不同坡度、不同污染物浓度和不同流量的24次实验设置为24个情景模式,各情景模式中其中泥沙去除效率达到95%的植被缓冲带宽度范围在8.1-13.6m之间,总磷去除效率达到80%的植被缓冲带宽度在6.6-43.5m之间,总氮的去除效率达到50%的植被缓冲带宽度在13.7-58.2m之间。(2)使用DEM数据将丹江口库区划分为17个汇水区(地表径流以坡面缓冲入库的方式流入水库),汇水区总面积为2678.9km2,其中农田占47.7%、林地占51.4%、居民区占0.9%,最高水位170m时水域面积906.5km。河南地区包括1、2、3、4、5、6、7、11和12号汇水区,湖北地区包括9、10、14、15、16和17号汇水区,8号和13号汇水区位于两省交界处。河南地区地势平缓,大多数坡度分布为0～5度之间,湖北库区地势较陡,大多数坡度在5～15度之间,少数坡度达到15度以上。河南的2号汇水区坡度最小,平均坡度大小为1.1度,湖北的16号汇水区坡度最大,平均坡度大小为15.5度。(3)根据丹江口地区降雨数据,确定该地区单场次降雨强度为大雨,日降雨量为30mm。使用SCS-CN模型模拟丹江口地区降雨产流情况,日降雨量为30mm时,居民区径流深为13.8mm、农田9.2mmm,林地2.9mmm。分别计算各汇水区内不同土地利用类型的径流总量,以坡面缓冲入库的方式流入水库的单位长度缓冲带其流量大小情况：最小流量为湖北地区16号汇水区,流量大小为0.06L·S-1·m-1,最大流量为河南地区6号汇水区,流量大小为0.77L·S-1·m-1。(4)不同土地利用类型决定着面源污染大小,丹江口地区面源污染中氮的来源主要为农田,磷的来源大多为林地,而居民区的EMC值(降雨径流事件平均浓度)中氮和磷浓度均高出农田和林地,但由于其占地面积少,不是面源污染主要来源。单次降雨量为30mm时,除去河南地区的2号汇水区(居民区面积占60.7%,导致氮和磷的EMC值偏高),地表径流中总氮的EMC值最大为7.41mg/L,是河南地区的12号汇水区,总氮EMC值最小为4.73mg/L,是湖北地区的16号汇水区；总磷的EMC值最大为0.58mg/L,是河南地区的1号汇水区,总磷EMC值最小为0.14mg/L,是湖北地区的15号汇水区。(5)河南地区地势平坦,土地利用以农田为主,总氮去除率达到50%所需缓冲带宽度最小为4号汇水区的13.7m,最大宽度为12号汇水区的50.6m,总磷去除率达到80%所需的最小宽度为1号汇水区的7.6m,最大宽度为3号和12号汇水区的43.5m；湖北地区地势偏陡峭,土地利用以林地为主,总氮去除率达到50%所需缓冲带最小宽度为14、16和17号汇水区的58.2m,最大宽度为9、10和15号汇水区的26m,总磷去除率达到80%所需最小宽度为9号和10号汇水区的6.6m,最大宽度为17号汇水区的9.7m。河南和湖北交界地区总氮去除率达到50%的宽度要求为43.5-58.2m,总磷去除率达到80%的宽度要求为14.2-29.2m。河南和湖北地区泥沙去除效率均较高,达到95%去除率的植被缓冲带宽度在7.7-13.6m之间。
【作者】仰满；
【导师】史志华；
【作者基本信息】华中农业大学，水土保持与荒漠化防治，2014，硕士
【关键词】丹江口库区；植被缓冲带；径流小区；污染物拦截；空间配置；

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