基于非点源污染控制的河川型水库生态屏障定量规划研究

In the context of the relative research on ecological shelter buffer (ESB), the project intended to focus on the river-type reservoir and carry out quantitative planning of its ESB on watershed scale. As an important object of water body protection for the ESB, river-type reservoir has the characteristics of long and narrow shape, large areas, various inflow pattens and complex terrain. How to determine the reasonable location and the optimal width of ecological shelter buffer for nonpoint source pollution control, is one of the most important scientific issues in river-type reservoir research and construction. The project target at the nonpoint source pollution control function of the ESB, and focus on (1) the method of best location design for the ESB using substance flux analysis by considering terrain effects. (2) solving the problem of spatial heterogeneity of these factors such as rainfall, terrain, inflow type and the physical and chemical properties of the land soil by the analysis of multi-factor spatial discretization, and solving the problem of scale transformation by grid downscaling subdivision. Then, we can estimate the optimal width of the ESB at the watershed scale. It is great significance to study this issue in understanding the mechanism of ecological processes of the ESB, planning rational distribution of buffers for river-type reservoir, controlling NPS pollution, improving the aquatic habitat and optimizing ecological and economic benefits.

本项目在生态屏障相关研究的背景下，以河川型水库为研究对象，开展流域尺度的生态屏障定量规划研究。河川型水库作为生态屏障的重要保护水体具有狭长形状、流域面积大、入流方式多样、地形复杂等特征。在流域尺度如何确定合理的生态屏障建设区位和适宜宽度，是河川型水库生态屏障研究及建设过程中面临的重要科学问题。本项目以生态屏障的非点源污染控制为目标，（1）考虑地形条件对生态屏障区域的影响，设计基于物质通量模拟的生态屏障区位确定方法；（2）考虑河川型水库降雨，地形，入流方式及其下垫面的空间异质性对生态屏障适宜宽度的影响，通过多因子空间离散化分析、栅格化降尺度剖分等应用研究，解决适宜宽度研究中的空间异质性及尺度转换问题，并将适宜宽度计算应用于流域尺度。该项目的研究对深入理解流域尺度下生态屏障生态过程机制，规划水库生态屏障的合理布局，控制流域非点源污染，改善水体生境，优化屏障区生态经济效益等方面具有重要意义。

河川型水库具有狭长形状，流域面积大，入流方式多样，地形复杂等特征，作为生态屏障的重要保护水体，其区域生态屏障的区位选择及宽度界定更具复杂性。传统生态屏障的宽度设计往往采用定宽设计方法，忽视区域水文特征、地形因素及下垫面条件异质性，具有较大程度的经验性与主观性。因此，在流域尺度如何确定合理的生态屏障建设区域和适宜宽度，是河流、湖泊、水库特别是水库生态屏障研究及建设过程中面临的重要科学问题。 项目以生态屏障的非点源污染控制为目标，（1）考虑地形条件对生态屏障区域的影响，设计基于物质通量模拟的生态屏障区位确定方法；（2）考虑河川型水库降雨，地形，入流方式及其下垫面的空间异质性对生态屏障适宜宽度的影响，通过多因子空间离散化分析、栅格化降尺度剖分等应用研究，解决适宜宽度研究中的空间异质性及尺度转换问题，并将适宜宽度计算应用于流域尺度。. 分析及模拟结果表明：. （1）由于河川型水库入流方式的不同，水库生态屏障的设计区位可分为库岸带生态屏障、入库支流生态屏障两种形式。其中，区间入流区与支流汇流区内地表径流的空间分异较小，但非点源污染负荷的空间分异较大。就三峡库区而言，非点源污染高负荷区主要集中在区间入流区，较小的地表径流携带了较大的非点源污染负荷。. （2）建立了基于概念模型的河川型水库生态屏障适宜宽度界定系统，率定及验证结果表明，模拟月流量的相对误差Re、相关系数R2和Nash系数NSE分别为-1.6、0.89、0.86，输沙量分别为-3.2、0.87、0.89，TN分别为-6.4、0.79、0.75，TP分别为-4.1、0.86、0.83，说明模型系统具有较好的模拟精度，可以广泛应用于以面源负荷截留为主要功能的河川型水库及其他相似区域的滨岸带生态屏障适宜范围的界定。. （3）坡度、降雨、土壤、土地利用类型、植被的空间异质性决定了三峡库区生态屏障的适宜宽度是综合多因素的可变宽度，宽度变化范围在局部地区差异较大，在入库负荷较大的汇流区则需加大生态屏障的建设宽度。