基于ArcMap校正下的Visual Modflow模型对临漳县农业面源硝酸盐污染物的模拟研究

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近年来,我国的农业发展迅速,于此同时,由于长期耕种,在农田土壤肥力下降的情况下,为了农业增产,大量化肥被应用到农业生产中国,这就造成了过量的未能被吸收固定的肥料中的氮素在降水和灌溉的淋洗作用下,渗透进地下水,造成地下水硝酸盐浓度日益增加。这种现象在我国的平原区尤为突出,本文以农业发达的平原区临漳县作为研究区域,主要的研究内容包括以下三部分:一是依托其较为完整的水文地质数据作为参考,利用Visual Modflow建立地下水三维流水动力模型;二是利用内插法对地下水硝酸盐浓度监测数据进行补全,描绘出地下水硝酸盐的初始浓度分布情况,依托于Arc Map空间分析模块,结合分析近10年的土地利用数据和研究区域主要农作物的氮肥利用情况,进行地表硝酸盐浓度负荷时空估计。由于临漳县县域地层参数较为单一,地表矿化度分布均匀,地质作用对区域内硝酸盐的下渗情况影响基本一致,因此可以以地表硝酸盐浓度为基准,对比地下水硝酸盐初始浓度分度情况,从而对利用内插法补全的地下水硝酸盐监测数据进行校正;三是利用校正后的水质数据建立地下水溶质运移模型,并在此基础上预测不同土地利用变化情景对地下水硝酸盐的影响程度,从而定量分析出农业生产活动与地下水硝酸盐之间的联系。通过对研究区地下水硝酸盐氮的模拟结果发现,如果在维持现有耕地面积和每年常规施肥量不变的情况下,5年后,临漳县的局部地下水硝酸盐浓度值将会接近甚至超过超过20mg/L,达不到地下水Ⅲ类饮用水标准,针对地下水硝酸盐浓度超标问题,做了以下的结论和防治对策:(1)在保持每年的化肥使用面积不变的情况下,利用数据模拟,减少硝酸盐氮的渗透量,发现随着硝酸盐浓度的降低,地下水中的硝酸盐浓度有较为明显的下降。表明可以通过降低农业面源硝酸盐渗入量的方式降低地下水污染;(2)将硝酸盐的入渗浓度从9.34mg/L降低到5mg/L,可以保证地下硝酸盐浓度保持在Ⅱ类饮用水标准。降低硝酸盐的入渗浓度,第一,可以使用高氮肥,在降低化肥施用量的同时,提高农作物对氮素的吸收率;第二,改善土壤环境,增加土壤中有机质含量和硝化菌数量,此法将会提增强土壤包气带对氮素的分解转化和固着能力,从而降低硝酸盐的入渗量。本研究创新地利用了Visual Modflow建立研究区域地下水溶质运移模型,来对临漳县农业面源污染对地下水硝酸盐浓度的影响做定量化分析,为后续控制农业面源污染提供了理论依据;并且在研究过程中利用Arc Map进行空间分析,较好地解决了长期在研究过程中,由于地下水监测数据不完整而造成的模型建立的精度问题。
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