1、學校代碼：鯉分類號：嬰研究生學號：密級：玉東北埽茁太孽碩士學位論文基于的石頭口廠水庫流域農業爿點源污染研究肛作者：孟丹指導教師：學科專業研究方向學位類型王寧教授環境科學環境地學學歷碩士東北師范大學學位評定委員會年月摘要非點源污染在點源污染得到有效控制之后，其危害嚴重性、治理困難性、時空不確定性日益顯露出來，農業非點源研究尤為重要，是我國水環境惡化的主要因素之一。農業非點源污染其所含的氮、磷是造成水體富營養化以及流域景觀破壞等環境問題的主要因子，由此農業非點源污染控制的研究日益受到重視。本研究在總結國內外非點源污染的研究進展文獻的基礎上，以污染物量化及非點源污染與異質景觀相關性分析為研究目標，選

2、取研究甚少的我國東北地區吉林省長春市的重要水源地石頭口門水庫上游流域作為研究對象，研究內容主要有：結合技術、現場踏查、徑流實驗污染物濃度實測等手段，采用美國土壤通用流失方程（巳）、降雨徑流模型（）計算該流域的土壤侵蝕量，對非點源污染的土壤侵蝕模數，降雨徑流量，污染物、流失量等指標進行量化。用景觀分析方法，在入庫的雙陽河流域選取典型的具代表性的兩個小流域，且該區的景觀有一定的差異性。分別在降雨前后采集河流入口處的水樣及不同地區、不同土地利用類型的土樣進行實驗測定。分析農業非點源污染與異質景觀本文采用土地利用類型）的關系，探討了景觀格局優化在非點源污染控制中的作用原理。該流域多年降雨量為，非點源污

3、染主要發生在雨季，月份是多雨季節，引起了以上的非點源污染。得出以下結論：應用與模型結合算得該流域年土壤侵蝕量，徑流量萬。平均侵蝕模數為仉鋤，該區土壤侵蝕狀況呈微度侵蝕。應用平均濃度法對流域的年污染負荷量進行計算，非點源污染負荷可溶、懸浮、可溶、懸浮分別為，、，、，。可見流失以可溶態為主；流失則相反，以懸浮態為主。結合景觀格局指數對雙陽河上杜家、蔣家小流域進行分析，并結合采集水樣、土樣測定、污染物的實驗方法，得出不同土地利用類型及其空問布局對農業非點源污染影響重大。關鍵詞：非點源污染；水環境；模型；異質景觀；土地利用；：；，（）珊，衄，嘶印！日劬主吼塒以舶舯，翔耐，【盯，舀，！主鋤，叩硼叩）趣（

4、繭押），皿卸（啪肌趾鋤，抽噼酉，岫婦衄刪）勰。玎商【隆岫勰，孤飛鋤勰吼，距弱雒，量丘，窟伽，只、，、，如主喇印，自”：；獨倉性聲明本人聲明所呈交的學位論文是本人在導師指導下進行的研究工作及取得的研究成果。據我所知，除了文中特別加以標注和致謝的地方外，論文中不包含其他人已經發表或撰寫過的研究成果，也不包含為獲得東北師范大學或其他教育機構的學位或證書而使用過的材料。與我一同工作的同志對本研究所做的任何貢獻均已在論文中作了明確的說明并表示謝意。學位論文作者簽名：盤盤日期：趔塹宙生西學位論文版權使用授權書本學位論文作者完全了解東北師范大學有關保留、使用學位論文的規定，即：東北師范大學有權保留并向國家有

5、關部門或機構送交學位論文的復印件和磁盤，允許論文被查閱和借閱。本人授權東北師范大學可以將學位論文的全部或部分內容編入有關數據庫進行檢索，可以采用影印、縮印或其它復制手段保存、匯編學位論文。（保密的學位論文在解密后適用本授權書）學位論文作者簽名：盤建指導教師簽名：立乎日期：冽：絲日期：矽§工作單位：學位論文作者畢業后去向：電話：通訊地址：郵編：引言湖泊污染和富營養化是人為加速湖泊死亡的重要因素，湖泊的污染防治和富營養化問題目前是世界各國十分關注的環境問題。引起湖泊污染和富營養化的原因是多方面的，以固定污染源排放口排放的污染物和營養鹽都可進行量化，是以往人們關注的；但是以地表漫流，土壤侵

6、蝕，隨降水（特別是暴雨）進入湖體的污染物及各營養鹽是難以量化，并且模型復雜，參數眾多，并需一定實驗進行驗證。石頭口門水庫位于我國東北吉林省，是長春市的飲用水源地之一。但近年來，湖泊的污染和富營養化加劇引起人們關注，也直接影響了下游人們的生存和發展。通過對污染源的實地調查，發現農業非點源污染是造成石頭口門水庫污染的主要原因，非點源污染主要來源依次為畜禽養殖、農用化肥、農藥、生活污水等的污染排放。本文以石頭口門水庫流域為農業非點源污染研究對象，探討如何在現有的資料數據條件下對農業區非點源污染年負荷量進行模擬估算，進而為流域環境規劃與管理，制定可持續發展策略提供依據。論文借助技術、模型分析，運用水文

7、分析方法，采納乎均濃度法對石頭口門水庫流域非點源年負荷量進行估算，并且對異質景觀的非點源污染特征進行分析，探討了不同土地利用類型組合條件下非點源污染物的流失狀況和形成機理，為評價和控制農業非點源污染提供了科學的依據。第一章農業非點源污染研究概況一、非點源污染的基本概況（一）非點源污染的概念隨著人類經濟活動的不斷加劇，水環境污染己成為全球性問題。傳統上按照污染的發生類型，把水環境污染源分成點源和非點源。非點源污染是相對于點源污染而言的，它是指在較大范圍內，在降雨徑流的淋溶和沖刷作用下，大氣、地面和土壤中的污染物通過地表徑流進入地表水和地下水，并在水體大量富集從而導致的水環境污染。主要污染源包括農

8、田灌溉、農田和森林徑流、非限制性牧場和牧地、未進入下水道的城市徑流、廢棄的礦山、大氣的沉降以及可能產生污染的生產活動如森林砍伐、水利建設、土地開發。非點源污染與流域降雨過程密切相關，受流域水文循環過程的影響和支配，非點源污染的發生具有隨機性，污染物的來源和排放點不固定，污染負荷的時間和空間變化幅度大，監測、控制和處理困難而復雜。【】在發達國家，由于基本上實現了對工業點源污染的有效治理，非點源的營養物已成為水環境的最大污染。非點源污染物質包括泥沙、細菌、營養鹽、重金屬和有機物等，其中氮磷營養鹽是引起水體富營養化的主要原因。大量的污染物直接進入水體，引起水體的富營養化，破壞水生生物的生存環境，降低

9、河流、湖泊和河口的旅游價值和儲水能力，引起排灌渠道堵塞和淤積，造成土壤生產潛力和水質下降。根據年美國水土保持基金會調查，美國江河中的，的懸浮泥沙和的細菌均來自非點源污染物。”（二）非點源污染的類型在非點源污染引起的各種水問題中，在不同地區起主導作用的污染源類型不同。根據污染物的來源不同，非點源污染可分為農業化肥農藥污染、農村牲畜糞便污染、城市徑流污染、林區非點源污染、礦區建筑工地非點源污染以及其他污染源。不同土地利用類型的非點源污染負荷也明顯不同。呻二、研究進展（一）研究內容目前，隨著點源污染有效控制，非點源污染成為主要的污染形式，對環境造成河道與水庫淤積、水體污濁、湖泊富營養化、近海赤潮等影

10、響。非點源污染最終也是最直接的危害對象主要是水體。就所有來源來看最主要的非點源污染是農業非點源污染。農業非點源污染是指人們在從事農業耕作活動時，由于使用化肥、農藥、以及農田水土流失而引起的受納水體（如河流、湖泊、水庫、海灣等）的污染。其主要的污染物質是氮、磷營養元素。在丹麥條河流中的氮負荷、的磷負荷是來自于非點源污染：荷蘭來自于農業非點源污染的總氮、總磷分別占水環境污染總量的和。我國地表水的非點源污染也占很大比重，湖泊的氮磷以上來自于農業非點源污染，如太湖，農業非點源氮量占入湖總氮量的，磷占。所以研究最多的也就著眼于氮、磷營養元素。農業非點源污染的形成主要有以下幾個過程組成，即降雨徑流形成過程

11、，土壤侵蝕和泥沙輸移過程，污染物轉化過程，這三個過程相互聯系相互作用。降雨徑流過程是造成非點源污染物輸出的主要動力，在非點源污染研究中，大多以水文學為基礎，重點研究徑流的產流匯流特征，揭示農業非點源污染的形成規律。具有代表性的美國水土保持局提出的法，由于考慮了下墊面（土壤、植被和人類活動）性質對產流的影響，被廣泛用于非點源污染的研究。我國學者在研究農業非點源污染過程中提出蓄滿產流、超滲產流理論。土壤侵蝕和泥沙輸移過程是非點源污染研究的重要內容。因為泥沙本身不僅是一種重要的非點源污染物，而且它還能吸附或攜帶許多其他污染物。美國在年代提出的及后來，有助于定量化預報流域內土壤流失情況。近幾年又提出，

12、與過去的研究相比，更注重流失過程和遷移機理。用于確定污染物在徑流形成中的轉化和輸移過程，是整個研究的核心內容。國內外學者在這方面做了有益的探索，并提出了相應的理論和概念。副（二）國外研究進展國外發達國家在年代初期開始全面認識和研究非點源污染，但當時進行的非點源污染研究僅是在非點源污染特征、影響因素、單場暴雨和長期平均污染負荷輸出等方面的初步研究。同期建立的通用土壤流失方程（），被廣泛地用于農業菲點源污染研究，這為今后全面研究非點源污染打下了良好的基礎。年美國水污染控制法修正案的制定標志著非點源污染研究的重大轉折。這項法案明確規定，在制定水污染防治規劃時，必須同時包括點源和非點源防治規劃。這項法

13、案極大促進了美國非點源污染研究的開展，同年美國選擇了近千個典型的非點源污染流域，在全國范圍內進行了富營養化調查，并建立了一種利用流域特征來估算水體營養水平的定量化方法。年代中期非點源研究有了很大進展。影響因素和宏觀特征研究由相關因素分析和時空分異分析轉向與非點源污染控制密切相關的主控因子和源區空間分析。同時有關污染物的遷移和轉化規律也有初步進展，許多數學模型相繼問世。主要的非點源數學模型有：，州。這些模型大都以水文數學模型為基礎，適用于小尺度的流域范圍，大范圍推廣的應用價值不大。在非點源污染管理方面，這個時期逐步形成和使用了最佳管理措旌（）。年代以來，非點源污染的基礎研究涉及的地域更廣、類型也

14、更多樣，因素分析和污染物遷移機理研究更加深入。非點源污染模型研究向實用方向發展，重點放在如何把已有模型廣泛應用于非點源污染控制和管理，并注重經濟效益的分析。這時期提出的代表性模型有：，也舢訂，。這些模型能精確地描述，但模型的空間分析能力有限，不能在流域尺度上精確描述土壤侵蝕的空間變化。隨著計算機技術的發展和進步，遙感技術、與非點源污染模型相結合，廣泛應用于非點源污染預測和非點源污染影響評價上。【】利用與非點源污染模型的集成對研究區域進行降雨一徑流、土壤侵蝕、溶質遷移的連續模擬，估算污染負荷，確定關鍵的污染集水區，并與控制管理措施結合，成為應用的中心，也是今后非點源污染的重要研究內容。在流域尺度

15、上使用通用土壤流失方程和技術，是國外非點源污染控錯規劃中經常采用的手段之一，這種方法實際上一個空間信息與屬性信息的交叉系統，用于評估在不同土地利用措施下非點源污染的危害。近年來模擬進入地下水的污染物的遷移、轉化過程成為非點源污染的研究重點，地下水的反補給也被列為地表水源的重要非點源。美國水土保持局在對過去非點源污染模型的應用經驗進行總結的基礎上，修改了通用土壤流失模型，年發布了坡面版和流域版的，大大促進了非點源污染的研究。（三）國內研究進展我國非點源污染研究是以年代初北京、蘇州、南京等城市面源污染研究為起點的，逐漸擴大到四川沱江、三峽庫區、天津于橋、云南滇池、廣東東江等農業及各方面非點源污染。

16、【】以實地監測降雨徑流的水質、水量為基礎，應用水文模型或其他相關模型來模擬和估算非點源污染物的負荷量，這是國內研究的最基本方法。這對于劃定研究范圍、辨識污染區及主要污染物、從而確定非點源污染對于水環境污染的貢獻率，提出管理和控制措施都是非常重要的。從年代初開始，把整個流域劃分為著干個試驗小區同步采樣，從實地描述自然地理因素，到應用技術，研究手段有了長足的進步，研究方法仍是以實測模擬一估算一判定為順序的。在非點源污染研究的系列工作中，污染物負荷量的估算非常重要，但難度又較大。難度主要來自于區域自然地理環境的多樣性、污染物遷移轉化的可變性和選用模型與實際情況的擬合性。因此，成為研究的重點和關鍵。在

17、我國用與簡單模型結合進行土壤侵蝕模擬，也取得了很大的進展。非點源污染的控制和管理主要是通過采取各種“最佳管理措施”來實現。其中通過優化土地利用格局，在源頭減少非點源污染物的產生，在污染物運移過程中進行攔截并促進其向無害形態的轉化，是非常經濟而有效的控制措施，在國內也已經得到了十分廣泛的應用。景觀格局變化對養分等非點源污染物發生、遷移和轉化的影響主要表現在土地利用和土地覆被的變化引起生態系統物質和能量流動過程的變化。與自然景觀相比，人工景觀的有序度高而穩定性較低，必需人為地輸入大量負熵。通過優化景觀格局，在城市和農田等人工系統為基質的景觀中增加自然斑塊和廊道，可以提高人工景觀的穩定性和自我調節能

18、力，從而使生態系統的抗逆能力和內部物質循環增強，負熵輸入如農田生態系統的化肥、農藥等）可以大大減少，這樣也就在很大程度上減輕了非點源污染物的源強。【】三、本文的研究內容與方法非點源污染物負荷量的估算是其有效控制的前提。目前非點源污染負荷的定量估算方法主要有兩種：一種是通過對非點源污染物輸出的遷移過程模擬，估算污染物的輸出量，這種非點源污染負荷模型具有較高的精度，但對基礎數據、技術手段等的要求較高；另一種則不考慮污染物遷移過程，通過對受納水體的水質分析，依據影響因子，得出非點源污染物輸出量的統計模型，這類模型發展較快，己有廣泛應用。非點源污染研究是多學科的有機結合，本論文的主要研究思路即以環境地

19、理學、水文學、土壤學、水土保持學和地理信息系統等學科的原理與方法相結合，研究一個復雜自然地理區域與強烈人為活動相藕合的空間中，土壤侵蝕與非點源污染物形成和輸出的狀態，達到區域質量評價和污染發生預測的目的。研究內容如下：對石頭口門水庫流域地學特征、水文特征、對土壤植被及土地利用、耕作方式和經人為擾動等各種因素進季亍實地調研，結合航拍、衛片判讀，劃分不同類型，剝用手段對非點源污染進行量化；選擇土地利用類型差異顯著的區域作為實驗小區，對其降雨前后流域出口處的水質及其代表樣地的土壤進行污染監測，得到實測的非點源污染負荷數據，分析非點源來源及其土地利用類型合理布局，達到有效控制農業非點源污染發生的目的。

20、第二章流域概況一、自然環境（一）地理位置長春市石頭口門水庫始建于年，年全部竣工，位于吉林省中部，第二松花江支流飲馬河中游，壩址在九臺市西營城鎮石頭口門屯西北米處。距九臺市公里，距長春市公里。水庫在永吉縣官廳鄉和萬昌鄉、雙陽縣四家鄉、九臺市波泥河鄉、西營城鎮和放牛溝鎮的環抱之中。是一座以防洪除澇、城市供水、農田灌溉為主，結合發電、養魚、旅游等綜合利用的大型水利樞紐工程，防洪標準為五百年一遇洪水設計，萬年一遇洪水校核，為九臺、德惠等市的重要防洪屏障。總庫容億立方米，興利庫容億立方米，設計年供水量億立方米，是長春市主要水源地之一。本研究主要針對石頭口門水庫的上游入庫流域，水庫上游有飲馬河支流岔路河和

21、雙陽河注入水庫。研究區位于“。，。一。總面積石頭口門水庫位置見圖。（。翻石頭口門水庫地理像鼉（二）地貌特點石頭口門流域處于丘陵地帶，地勢南高北低，大部分地方海拔高度在一，平均海拔。階地、坡地和溝谷土層較厚，特別是在階地、河漫灘等部位的地塊較大，有一定的水源保證，適宜農作物生長，有較大的開發潛力。（三）氣候資源本地區氣候屬于北溫帶半濕潤大陸性氣候，冬季寒冷且漫長，夏短而干熱，四季分明，年平均氣溫為，年平均氣壓為，年平均濕度為，年平均降雨量，時空分布不均，局部暴雨頻繁。降雨主要集中在、三個月份。年日照時數。年平均風速為，全年主導風向西南風，年平均無霜期天，早霜始于月上旬，霜凍可延續到次年月中旬。年

22、平均日照時數為小時，凍土厚度。（四）水量及水質資源石頭口門水庫是一座以防洪除澇為主，結合灌溉、發電、養魚等綜合利用的大型水庫，均質壩，壩長“米，壩高米。年開始承擔向長春市供水任務。年安全加固后，設計標準五百年遇洪水設計，萬年一遇洪水校核。目前石頭口門水庫水位為米，蓄水量為萬立方米，死庫容以上水量已達萬立方米。總庫容億立方米，日平均向長春市城區供水萬立方米，占長春市全部城市用水的。近些年來，水質下降，據長春市環保局監測資料，影響石頭口門水庫水質狀況的主要污染物是總磷、總氮，超標率均為，年均值分別超標倍和倍（見表，其他各項監測指標均符合標準。通過對污染源的實地調查，發現農業非點源污染是造成石頭口門

23、水庫流域的主要原因。氮、磷是地表水體富營養化的一個限制因子，土地利用對農業非點源污染的氮素輸出具有重要的影響。表石頭口門水庫氮、磷水質指標（五）土地資源本區土地肥沃，土壤表層有機質含量為，高者達以上，保水保肥性好。根據東北地區：萬土壤圖得出，共有個土類，個亞類土壤類型，為便于計算重新劃分成種土壤類型。其中暗棕壤、白漿土、黑土、草甸土是主要土壤類型，占流域總面積的。土壤類型暗棕壤白漿土、表石頭口門水庫流域土壤類型面積百分比面積土壤代碼、面積比例，草甸白漿土潛育白漿土黑土黑鈣土栗鈣土草甸土“水稻土、草甸沼澤土低位泥炭土沖擊土、石頭口門水庫流域土地利用圖采用東北師范大學中國東北區域開發信息工程實驗室

24、利用年衛星影像圖，解譯出的：萬吉林省土地利用狀況。該流域共有種土地利用方式，其中早地和林地是主要的土地利用方式，兩者之和約占流域總面積的。表石頭口門水庫流域土地利用面積百分比代號土地類型面積面積比例水田旱地晤有林地灌木林“疏林地其他林地中覆蓋草地（）高覆蓋草地河渠湖泊水庫坑塘灘地城鎮用地農村居民點其他建設用地沼澤地裸地裸巖石礫地合計二、社會經濟狀況據年統計資料，現有耕地面積萬公頃，占全流域土地面積的：土地肥沃，土壤表層有機質含量為，高者達以上。一望無垠的平川沃野，盛產玉米、水稻、大豆等優質農產品，具有發展高效農業、綠色農業的有利條件。石頭口門水庫山清水秀、空氣清馨，景色恰人，庫區水土資源豐富，

25、名勝古跡眾多。依托于得天獨厚的自然條件，石頭口門水庫管理局在充分發揮防洪、供水效益的同時，大力發展林業、漁業、生態旅游業。年以來，造林多公頃，植樹余萬株，養魚噸，興建旅游服務設施及景點余處，現已成為長春市綠色無公害淡水魚生產基地，吉菜原料重點供應基地，國家級水利風景區。第三章流域空間數據庫的建立一、空間數據庫的實現本研究以技術為手段，對石頭口門水庫流域的非點源污染現狀進行研究，力圖建立一個包含非點源污染信息的數據庫。小流域數據庫用美國公司開發的軟件作為平臺。是一個功能強大、易于使用的桌面系統，可存儲、修改、查詢、分析和顯示各種空間信息和屬性信息。數據庫的數據分為空間數據和屬性數據兩類，空間數據

26、用于描述空間地理對象的屬性，是對點、線、面特征的操作。空間數據以層的形式存儲和表達，每一圖層儲存一個特定的專題圖形，不同的圖層通過描述信息特征或者輔助特征（如控制點和邊界范圍）達到空間信息的匹配和配準。通過用戶定義的唯一字段使屬性資料與空間特征相關聯。】二、圖層數據的處理與分析（一）計算用基礎資料東北地區：萬遙感影像航片石頭口門水庫流域：萬地形圖東北地區：萬土壤圖石頭口門水庫流域內四個水文站年月降雨資料石頭口門水庫流域內四個水文站年逐日降雨量（二）圖形的處理、編輯和空間數據庫的建立研究中涉及的圖層數據主要包括土地利用、土壤類型、流域界線、河流溝道、數字高程模型等。研究中選擇衛等積圓錐投影，對所

27、有圖層進行地理坐標和投影的轉換，并將地理坐標的經緯度單位轉化為長度單位米。且投影后的面積與地球表面的真實面積相等，投影后不會扭曲多邊形的面積，這一特征對水文過程模擬、非點源污染物負荷計算來講尤為重要。建立點、線、面的空間拓撲關系，將數據存儲于管理功能強大的空間數據庫中。數據庫具有普通數據庫的基本功能，能對空間數據和屬性數據進行添加、修改、刪除，并與外部數據庫進行交換，此外還具有顯著的圖形功能。圖層數據詳細介紹如下：土地利用圖資料由東北師范大學中國東北區域開發信息工程實驗室對：萬航片用進行遙感影像解譯處理，獲得土地利用類型矢量圖。土地利用類型對于確定非點源污染負荷是非常重要的，土地利用類型的編碼

28、是進行非點源負荷計算的根據，許多參數賦值計算需要通過土地利用類型分別進行。因此：為適合計算需要，重新將土地利用類型劃分為類，主要為林地、草地、早地、水田、園地、農村居民點、城鎮建設和工業用地。其中耕地（包括早地和水田）面積最大，占總砸積的，；其次是林地，占。由于自然條件惡劣和人為活動的影響，研究區內植被較差。用掃描儀將地形圖和土壤圖輸入到計算機中，利用進行地圖拼接成一副完整的專題地圖。接著利用屏幕矢量化軟件進行配準和圖形數字化，將柵格圖像轉成矢量圖。土壤類型對于確定非點源污染負荷也是非常重要的。石頭口門水庫流域上游地區土壤主要有個土類，個亞類。為適合非點源污染負荷計算的參數確定，將原有：土壤類

29、型概化為類：暗棕壤、白漿土、草甸白漿土、潛育白漿土、黑土、黑鈣土、栗鈣土、草甸土、水稻土、草甸沼澤土、低位泥炭土、沖擊土，并重新進行編碼。流域內土壤以暗棕壤為主，占研究區總面積的。最后將重新編碼的土地利用、土壤類型圖層和轉化為格式，其柵格大小為。屬性數據在中以關系型數據庫形式存儲，在該數據庫中，主要的字段包括：地塊面積、坡度、地形參數、水保措施作物經營因子、單位面積泥沙流失量、各地塊的泥沙流失總量、單位面積氮的流失量、單位面積磷的流失量。屬性數據以的格式的形式輸入輸出，便于引入外部數據庫，從而實現數據的共享和動態更新。三、空間數據庫的功能（一）數字高程模型的生成應用的空間分析模塊（觚）建立了流

30、域的數字地面模型（），該模型的格式是三角格網唧），它是由一組不規則的空間點和基線建立起來的，這些點具有，坐標和值。轉成為柵格（鰣）數據格式更能直觀的顯示地貌特征線和地貌部位，模擬地貌形態。柵格數據可以計算坡度、坡向、體積、剖面，決定河網和山脊線以及泰森拙）多邊形的生成，小流域的數字地面模型包含了流域內每個點的地面高程值，它可以給基于小流域的研究提供基礎地理數據。數字高程模型是非點源污染研究中確定坡度坡長參數的基礎。（二）空間分析與專題圖的生成小流域非點源污染信息數據庫建立后，可以方便地應用軟件分析和運算數據，輸出專題圖片和統計表格。小流域的基礎專題圖片不僅顯示了流域的直觀影像，而且直接顯示出非

31、點源污染物的空間分布規律，為流域的專題研究提供了重要的基礎數據。矢量圖轉為柵格數據格式后，利用強大的空間分析能力，可以綜合分析、坡度、土地利用、各種分級專題圖，研究它們之間的相互關系。從數據庫中提取植被、坡度、土壤侵蝕模數、流失量、流失量的數據，生成相應的柵格圖。通過制圖模塊，輸出高程圖、土地利用類型圖、土壤流失量圖、吸附態氮和磷流失模數圖等。值、值、值、值、值圖層相互疊加，并代入公式計算，獲得土壤侵蝕模數值柵格圖層。將實測的各種土地利用類型中不同形態的總氨、總磷的濃度賦值，獲得污染物濃度圖層。分別將吸附態總氮、總磷濃度與土壤流失量代入公式計算，建立吸附態總氮、總磷流失量圖層；將溶解態總氮、總

32、磷濃度代入降雨徑流模型，獲得溶解態總氮、總磷流失量圈層。利用的空間分析功能對土地利用類型的空間異質性進行分析。第四章非點源污染物流失量的計算一、土壤侵蝕量的計算水土流失與農村非點源污染是一對密不可分的共生現象，水土流失是非點源污染的主要發生形式，所以土壤侵蝕研究是非點源污染研究的重要組成部分。眾所周知，土壤侵蝕的結果是：降低了土地的肥力及可耕性；導致溝渠塘庫的淤積，進而降低了排灌能力而引起農業生產力的下降；而維持受侵蝕地塊的肥力，則加大了農業的投入。土壤侵蝕是一個全球性的問題、在我國其嚴重性勿需在此闡述。因此、估算土壤侵蝕量是基于以下三個理由：確認需采取水土保護的地域：通過確定引起水土流失的關

33、鍵因子，制定相應的措旌；探討土壤侵蝕與土地生產力之間的關系。（）土壤侵蝕程度及強度土壤侵蝕量（）是指土壤侵蝕作用的數量結果。通常把土壤、母質及地表散松物質在外營力的破壞、剝蝕作用下產生分離和位移的物質量。稱為土壤侵蝕量。單位時間單位面積內產生的土壤侵蝕量，稱為±壤侵蝕速率（或速度），或稱為土壤侵蝕模數，量綱是饑。土壤侵蝕強度（）所指的是某種土壤侵蝕形式在特定外營力種類作用和其所處環境條件不變的情況下，該種土壤侵蝕形式發生可能性的大小。常用單位面積上在一定時間內土壤及土壤母質被侵蝕的重量來表示。土壤侵蝕強度是根據土壤侵蝕的實際情況，按輕微、中度、嚴重等分為不同級別。由于各國土壤侵蝕嚴重

34、程度不同，土壤侵蝕分級強度也不盡一致，一般是按照允許土壤流失量與最大流失量值之間進行內插分級。土壤侵蝕強度也稱為土壤侵蝕潛在危險性。依據土壤侵蝕分類分級標準（），土壤侵蝕強度分級見表。表土壤侵蝕強度分級表級別、微度侵蝕、輕度侵蝕、中度侵蝕、強度侵蝕侵蝕模數（）年均流失厚度（衄）一、極強度侵蝕、劇烈侵蝕（二）土壤侵蝕模型：通用土壤流失方程（）由和于世紀年代提出的，該模型是建立在土壤侵蝕理論及大量實地觀測數據統計分析的基礎上。是美國年分析個地區個徑流小區一年的觀測數據得出的研究成果。因其較好地解決了估算特定條件下的長期平均土壤流失量問題而廣泛應用于非點源污染模擬模型之中。由于該方程的經典性和因子的

35、解釋具有物理意義，仍是目前預測土壤侵蝕最為廣泛使用的方法。該方程是將影響水土流失的個因子用連乘的形式組成，表達式為：××××其中，為年平均土壤侵蝕薰饑衄）；為降雨和徑流因子；為土壤可蝕性因子；為坡度坡長地形因子；為地表植被覆蓋因子；為水土保持措施因子。應用的關鍵是選用合適的算法獲取方程各因子指標值，應用和模型預測土壤侵蝕的關鍵也是各因子圖的生成。根據通用土壤侵蝕方程的構成，以下分別計算各因子的值。一降雨侵蝕力因子的估算三印【曙（）一】）式中：為流域內年平均降雨量（）：為流域內各月平均降雨量（）。在石頭口門水庫流域上選取具代表性的四個雨量站年降雨資料，整理

36、得出各月平均降雨量及年平均降雨量，代入公式計算出流域的值，該區的年均降雨量為，值為。值計算結果見表。新安雙陽河（）煙筒山飲馬河岔路河星星哨水庫石頭口門均值（一土壤可蝕性因子的估算因子反映了土壤對侵蝕的敏感性及降水所產生的徑流量與徑流速率的大小。影響因子的有多方面的因素，但一般說來，質地越粗或越細的土壤有較低值，而質地適中的反而有較高的值。值估算常用的方法是蚰諾謨圖，根據土壤質地、土壤有機質百分含量、土壤結構、土壤透水性等幾個主要因子，查土壤可蝕性因子諾謨圖。但并不適合我國大多數土壤。因此，本文采用推薦的缺少資料時采用土壤顆粒的幾何平均直徑計算值的方法【】。公式如下：一，。晤一三（！里！（：等；

37、竺）式中廠土壤顆粒的幾何平均直徑，計算公式如下噥式中：卜不同組下的土壤顆粒粒徑的數學平均值，印（，納強）在顆粒下的質量分數。值計算結果見表。表土壤可蝕性因子土壤類型暗棕壤白漿土草甸白漿土潛育白漿土黑土黑鈣土栗鈣土草甸土代碼、值，、水稻土草甸沼澤土低位泥炭士沖擊土、坡長、坡度因子的估算坡長及坡度可以采用數字高程模型（）通過計算獲取。（）坡長因子運用礬建立石頭口門流域數字高程模型。利用的模塊進行基于的地形特征分析，提取坡度坡長圖。采用通用土壤流失方程中的坡長指數的計算方法計算坡長因子。土丫。；上口肛贏商務麗其中，為坡長因子：為坡長；為坡長指數，由坡度蘆（）計算得出。（）坡度因子本研究坡度因子的計算

38、進行分段考慮，公式如下：疊日式中為坡度因子，日為坡度（）。因子的估算土壤保持措施因子無變化規律。在流域內的水上保持措施主要有等高溝壟耕作和水平梯田。按坡度不同，及不同耕作方式，參照美國農業部農業手冊號和小流域農地水土保持規劃研究確定流域主要水上保持措施的值（表），一般。并將值賦值給地塊圖獲取因子的空間分布數據。坡度其他（等高溝壟種植）水平梯田因子的估算地表覆盞狀況對侵蝕量的影響最大。要獲取大范圍的地表覆蓋率，遙感技術是最為有效的手段。而獲取全年平均的地表覆蓋率，需多時相的遙感信息，為解決這一難題，參考美國通用土壤流失方程中值表】及張雪花糾等實地調查及不同土地利用下的實驗數據。表美國通用土壤流失

39、方程中值表植被覆蓋度（）草地灌木喬灌木森林。代碼耕地林地水田旱地有林地灌木林疏林地其他林地草地水域中覆蓋草地（）高覆蓋草地（）河渠湖泊水庫坑塘灘地城鎮用地農村居民地其他建筑用地值，未利用土地沼澤地裸地裸巖石礫地所得的土壤侵蝕因子圖、土地利用圖及數字高程圖見圖。 圖土壤侵蝕因子圖（三）結果與討論土壤侵蝕強度統計數據見表。表土壤侵蝕強度分級表飲馬河面積、微度侵蝕、輕度侵蝕、中度（岔路河面積庫區比例們雙陽河比倒合計比例比例吝面積面積面積比例暑”侵蝕、強度侵蝕、極強度侵蝕卜，醢明螂”嵋。一酷”奶 土壤侵蝕量統計數據見表。圖土壤侵蝕模數由表得出：根據土壤侵蝕強度分級，該區土壤侵蝕分為微度侵蝕、輕度侵蝕、

40、中度侵蝕、強度侵蝕和極強度侵蝕。四流域中均以微度侵蝕為主，占面積比例的以上，侵蝕面積隨著侵蝕強度加大逐漸減少。強度侵蝕和極強度侵蝕和在以下。由表得出，平均侵蝕模數、總侵蝕量與最大侵蝕模數均由大到小依次發生在飲馬河流域、岔路河流域、雙陽河流域、庫區。平均侵蝕模數能較好反映各個小流域的侵蝕強度。平均侵蝕模數范圍在，帆孤，整個流域為仉【，說明該區土壤侵蝕屬微度侵蝕。二、地表徑流的計算根據非點源污染的發生過程，近年來出現多種非點源污染負荷的定量化計算方法，本項研究通過對非點源污染物輸出的一個重要環節降雨徑流模擬，估算了流域非點源污染負荷。石頭口門水庫是長春市最重要的飲用水源地。水庫水質處于中等營養程度，并出現向富營養型發展的趨勢。目前研究證明，石頭口門水庫中的氮、磷主要是由于降雨形成徑流將帶有大量氮、磷的地表土壤侵蝕、沖刷，通過河流而進入水庫。針對石頭 口門水庫流域特點，選取模型進行降雨徑流的計算