基于地表水-地下水耦合系统动态模拟的区域面源污染影响机制研究

Non-point source pollution influencing mechanism of surface water – groundwater system is based on the multivariable non-linear relationship acting on the generation and diffusion of non-point source pollution. This study uses water-pollution-source-identification technology with isotope and chemical tracer to quantitatively identify sources of non-point source pollution in the groundwater in order to identify dynamic characteristics of the complex relationship in the coupled system and reveal non-point source pollution influencing mechanism. Next, a dynamic simulation tool of surface water- groundwater coupled system is built to analyze pollution processes and surface water quality using the mathematical experiment method to create a set of land use change characteristics corresponding to the impact of different surface water bodies. Then, the non-point source pollution influencing mechanism of surface water - groundwater coupled system is summarized. Pathways and intensity of non-point source pollution in response to land use change key features are found out. What’s more, we put forward coordinated control advices of non-point source pollution in the surface water - groundwater system of Dianchi lake watershed. In last, these research results will reveal the depth and breadth of the impacts of land use change on non-point source pollution of water environment. It will also support the comprehensive optimization design of water pollution prevention and control programs, provide new ideas and theoretical guidance for whole process control of water pollution, and provide new technical support of coordinated control of surface water - groundwater pollution.

在区域面源污染研究领域，对地表水与地下水之间的相互作用尚缺少足够关注和有效有段。本研究旨在构建方法，定量识别区域“地表水-地下水耦合系统”面源污染产生及扩散的多变量非线性关系，揭示土地利用变化对区域面源污染的作用机制。研究拟采用同位素和化学示踪剂方法系统识别研究区污染源动态过程，定量解析“面源污染地下水”来源；建立研究区“地表水-地下水耦合系统”动态模拟工具；构建对应不同地表水体影响水平的土地利用变化情景集；从而通过计算机数学实验方法，系统识别土地利用变化对“地表水-地下水耦合系统”面源污染的影响机制。在此基础上，通过提取土地利用变化关键特征对水系统面源污染的作用途径和强度，结合多目标优化技术，给出研究区地表水-地下水系统面源污染协同控制对策建议。预期成果有助于全面提升学界对土地利用变化与水环境面源污染响应关系的认识水平，为区域水体污染全过程控制提供理论指导和技术支持。

在区域面源污染研究领域，对地表水与地下水之间的交互作用尚缺少足够关注和有效手段。本项目旨在形成地表水-地下水交互过程对于面源污染影响机制的研究方法，定量识别区域“地表水-地下水系统”面源污染产生及扩散的多变量非线性关系，揭示地表水-地下水交互作用对于面源污染的影响机制。研究利用同位素和化学示踪、水文传感等技术，建立了地下水污染源和交互过程定量解析方法，量化解析了地下水污染源和交互过程通量；建立研究区“地表水-地下水系统”动态模拟工具，提出了基于区域地表水-地下水交互过程动态模拟的区域水系统污染影响评估方法，揭示通过交互过程所呈现的地下水污染“源-汇”功能转换机制。研究成果将提升对面源污染与地表水-地下水环境响应关系的认识水平，给面源污染协同控制提供新思路。.运用构建的研究方法，在某湖滨区进行验证。研究发现区域地下水主要补给过程为雨季降水入渗、农田灌溉补给和河水下游补给，补给量存在时空差异性。地下水中89%的硝酸盐氮来自粪便污水。区域地下水由东向西径流排入滇池，表层淋溶和水平迁移过程加剧了地下水重污染现象。地下水主要排泄过程为蒸发排泄和径流排泄，湖滨沉积物剖面单位距离的平均渗流通量为-0.04 m/d。区域尺度交互过程动态模型模拟结果良好，应用于区域水污染影响评估，发现湖滨湿地受固定生物量影响，硝酸盐氮吸收速率逐渐下降；受吸附饱和影响，等效磷浓度和地下水总磷浓度均增加。.研究发现，土地利用变化是地下水水位水质时空变化主要的驱动力，并深远地影响了区域“地表水-地下水系统”中的面源污染过程。城区降雨径流具有更高的场次平均浓度和更强的初期冲刷效应，在考虑农村土地利用动态变化的情况下，城区面源污染强度高于农村。因此在土地利用变化的影响下，地表水-地下水交互过程对于面源污染的影响机制表现为：面源污染伴随交互过程在湖滨湿地、污水收集不完善区域，使得地下水呈现出污染“汇-源”功能的转换，构成地表水潜在的污染源。