西北小流域土壤重金属分布运移模型的关键问题研究

This project regards harmful soil heavy metals as topics of research within the scope of small watershed in northwest area, aimes to solve the problem existing in contaminant transport study. The research frame capitalize on hydrological data, space remote sensing information and the measured sample data to extract a small basin-wide multi-scale spatial and temporal distribution characteristics of heavy metals in soil. Further more, the study proposed load evaluation indicators of heavy metal on typical small watershed to build migration model under multidimensional scaling in space. According to the above research frame, the study is consisted of following steps. First step utilize theories of spatial statistics,landscape ecology and spatial analysis to extract space-time distribution characteristics in basin perimeter and determine spatial variation scale.Next step take advantage of determined spatial scale to construct spatial distribution evaluation index of soil heavy mental and then establish multi-scale spatial distribution model under spatial adjacent scaling by means of fractal theory. Final step, the small watershed type of soil heavy metal load transport model was set up utilizing hydrological and soil erosion migration theory, which will provide a scientific basis for soil heavy metal dynamic evaluation and load control of small watershed.

本项目以西北地区小流域范围内危害性较强的土壤重金属为研究对象，以解决土壤重金属负荷分布运移中的关键问题为目的，利用水文资料、空间遥感信息以及实测样本数据，提取小流域范围多尺度土壤重金属时空分布特征，研究重金属污染物时空推演下的分布式运移模型，提出基于时空特征的典型小流域土壤重金属分布负荷评价指标。首先，运用空间统计学、景观生态学以及空间分析方法提取流域范围土壤重金属时空分布特征，确定空间变异尺度。其次，利用空间变异尺度扩展至流域尺度建立土壤重金属负荷空间分布描述，进而，采用分形理论解决空间相邻尺度推演问题，建立多尺度空间分布模型。最后，在以上研究基础上，运用水文动力学理论和土壤径流侵蚀运移理论，建立小流域型土壤重金属时空分布式运移模型，为小流域土壤重金属负荷总体防控和动态评价提供科学依据。

本项目以西北典型小流域土壤重金属As，Cd，Cr，Cu和Pb为研究对象，通过流域采样和数据分析，获得流域重金属分布的空间分布特征。通过重金属理化和模拟实验，获得研究区域土壤类型的运移参数。通过河网分形特征进行运移尺度推演，揭示流域尺度重金属的分布式运移规律。从径流角度和土壤侵蚀角度对流域土壤重金属比对研究后，结合时间周期上的重金属含量变化，阐明流域土壤重金属运移和总量控制之间的关系，进而引入动态评价因子，构建了西北中小流域生态风险评价指标体系。.本项目主要从四个方面入手进行研究（1）流域土壤重金属生态风险评估模型研究。研究表明降水量与NDVI有着直接的关联性，植被与降水联系教紧密。温度影响植被的生长与植被生长周期有着密切的联系。.（2）流域水系特征表征研究。通过对原始DEM图像做处理，对DEM图像进行填洼，计算研究流域的流向，计算研究流域的汇流累积量，提取流域矢量水系。..（3）多尺度流域拓扑重金属分布运移拟合研究。研究表明重金属的含量与重金属本身的运移有关，运移的快慢又与降水量和温度有关，重金属在生物体内的累积效应与气候环境因素有关。土壤重金属含量与采样点的月平均降水量和温度呈现相关性。人类活动通过影响气候的变化间接地影响重金属的含量。.（4）中小流域生态综合评价及动态指标体系建立。大夏河流域水安全评价体系由三个子系统四个层次构成，即压力子系统、状态子系统和响应子系统；目标层、准则层、要素层和指标层。.大夏河属黄河主要支流，是流经甘南高原和黄土高原丘陵地带的一条重要河流，合理开发利用大夏河水资源以及搞好大夏河流域水土保持环境治理以及改善水环境质量、保障水体生态系统安全与人类健康具有特别重要的意义。