基于InVEST模型的海南岛氮磷营养物负荷的风险评价

来源 :海南大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:yolanda0104
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近年来,随着污染控制技术的日渐成熟,海南岛地区的点源污染得到较好的控制。但面源污染由于其隐蔽性、分散性、不确定性和难检测性已上升为水体污染的主要原因。因此对海南岛面源污染进行模拟研究,同时展开区域风险评估工作,不仅为大尺度的面源污染防控提供科学依据,也为其他类似区域面源污染的治理提供借鉴和参考。本研究通过收集海南岛气象观测数据、土壤数据、地形地貌数据、水文水质数据等,首次尝试利用InVEST模型对海南岛面源污染进行定量化模拟,分析了海南岛氮磷营养物负荷的空间分布格局,结合ArcGIS强大的空间分析能力,探索性的对氮磷负荷的风险区域进行识别;并将评价结果与磷指数法进行比较分析,探讨了InVEST模型定量化评估氮磷风险的优势;此外,本研究依据海南岛土地利用/覆盖状况,设定了三种情境,利用InVEST模型分析了单一土地利用/覆盖类型的转变对水文水质和风险区域的响应特征;最终定量化评价了所提出的风险管理方案对氮磷负荷的削减效果。本研究采用新近开发的InVEST模型系统的分析了海南岛氮磷营养物负荷的空间分布格局,识别了海南岛氮磷负荷的风险区域,为区域尺度的风险评估提供了定量、定性和可视化的结果,为大尺度面源污染的防治献计献策。主要研究结果如下:(1)产水是面源污染产生机制的首要过程,根据InVEST模型要求,采用产水量模型模拟海南岛区域产水量的空间分布格局。研究结果表明,海南岛区域产水量较大,但时空分布极不平衡。年均产水深为979:04mm,中部地区单位面积产水量较大,可达12239.7m3·ha-1,西部地区单位面积的产水量最少,最低值仅为为5021.18m3·ha-1。(2)海口市的总氮输出负荷最高,为5.8818kg·ha-1,白沙县的总氮输出负荷最低为1.6353kg-ha-1。就总磷输出负荷而言,文昌市最高为0.5093kg·ha-1,白沙县最低,为0.1216kg·ha-1。整个海南岛北部地区(临高、海口、澄迈、定安、文昌)氮磷输出负荷高于其他地区,中部山区(白沙、琼中、五指山)输出负荷较低。(3)根据水域营养类型划分标准将氮磷负荷风险区域划分为5个级别,分别为:贫营养水区、贫-中营养化水区、中营养化水区、中-富营养化水区以及风险水区。其中风险水区对应富营养化与极富营养化水区。总氮的贫营养化水区主要分布在海南省中部几个市县:保亭、五指山、琼中和白沙,占总面积的21.42%。贫-中营养化水区主要分布在乐东、陵水、定安、澄迈、儋州、琼海、屯昌、万宁和三亚,占总面积的49.98%。中营养化水区分布在文昌和昌江,占总面积的11.58%。中-富营养化水区主要分布在临高、海口和东方,占总面积的17.02%。(4)总磷的贫-中营养化水区主要零星的分布在琼中与北部地区,占总面积的1.48%。中营养化水区主要分布在白沙、琼中、五指山、保亭、万宁、琼海和屯昌,占总面积的35.40%。中-富营养化水区主要分布在昌江、乐东、文昌、三亚、陵水、儋州、澄迈以及定安,占总面积的47.49%。总磷的风险水区分布于海口、东方和临高,占总面积的15.63%。(5)磷指数法的计算结果与InVEST模型的模拟结果总体趋势相同,但InVEST模型提供的是便捷的模拟过程、定量化的模拟结果,不再是相对的风险评级,更具适用性和科学性。(6)随着城市建成区分别向林地和耕地扩展,海南岛区域产水量、氮磷负荷的空间格局和风险分区会发生重大变化。当林地面积逐渐减少,城市建成区面积增长1倍时,产水量的增加量最大,年均产水深可达1004.06mm,氮磷营养物的输出负荷分别比2010年增长了16.05%和14.09%,总氮的中营养化水区和中-富营养化水区分别增加了10.66%和6.82%,总磷的中-富营养化水区和风险水区分别增加了3.19%和8.32%。当耕地面积逐渐减少,城市建成区面积增长1倍时,年均产水深增加到1002.22mm,氮磷营养物输出负荷总体也有所增加,分别增长了12.4%和10.14%,总氮的中营养化水区上涨了17.92%,风险水区未出现变化,总磷的中-富营养化水区和风险水区分别增加了2.58%和8.32%。(7)平衡施肥,在源头上减少农田氮磷输入,是治理海南岛面源污染问题的重中之重,建设湿地缓冲带是减少氮磷负荷的有效手段之一。
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