博士基金申请书官厅水库流域非点源氮磷污染模拟及评价.docx
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博士基金申请书官厅水库流域非点源氮磷污染模拟及评价
申请类别
全额资助
√
A
联合资助
B
总编号
学科代码
610.2
高等学校博士学科点专项科研基金
申请书
课题名称：
官厅水库流域非点源氮、磷污染模拟与评价
申请者：
郝芳华
所在学校（系）：
北京师范大学
邮政编码：
100875
博士点名称：
环境科学与工程
是否重点学科：
是
是否博士导师：
否
是否重点实验室及名称：
环境模拟与污染控制国家重点联合实验室
申请日期：
二零零一年三月
2001年1月制
说明
一.本申请书所列内容必须实事求是，逐项认真填写，表达要明确严谨。
填写内容含糊不清、不合要求、手续不全及字迹潦草的申请书，不予受理。
二.上报的申请书打印或正楷复印（必须清晰整洁）一式六份，按通知要求如期（以邮戳为准）报高校科学技术基金办公室，过期不予受理。
三.学科名称及学科代码按国家技术监督局1992年11月发布的国家标准《学科分类与代码》（GB/T13745-92）分别填写学科名称及代码；研究类别栏目中，请选择提示符A、B、C打勾。
四.重点学科、重点实验室系指国家级重点学科、重点实验室。
五.课题组成员凡有研究员、工程师职称者，应填入教授、讲师等相应栏目內。
六.获本基金资助课题并已完成的申请者，应在简表中注明原资助课题的完成时间；并附《国家教委基金资助项目研究工作总结》及资助期限内的代表性论文一式六份。
七.申请书中有关栏目（简表除外）填写不下时可另附纸说明。
八.为便于资助课题的管理，课题起始年月一律从下年度元月一日算起。
九.该申请书为十六开本，各单位可以自行翻印，但格式、内容、大小必须和原件完全一致，否则不予受理。
简表
研究课题
名称
官
厅
水
库
流
域
非
点
源
氮
、
磷
污
染
模
拟
与
评
价
学科名称
环境学
相关学科
环境水利
研究类别
基础
A
应用基础
√
B
学科代码
6
1
0
.
2
学科代码
5
7
0
.
5
5
其它
C
起始年月
终止年月
申请经费
2
0
0
2
年
0
1
月
2
0
0
4
年
1
2
月
6
•
0
0
万元
申请者
姓名
郝
芳
华
出生年月
1
9
6
3
年
0
3
月
性别
女
技术职称
定职时间
行政职务
联系电话
副
教
授
1
9
9
5
副
所
长
0
1
0
6
2
2
0
7
9
3
7
毕业学校
河
海
大
学
毕业时间
1
9
8
8
年
最终
学位
硕
士
外语
语种1：
英
语
程度
A.一般
B.四会
B
语种2：
程度
A.一般
B.四会
学术
兼职
（限45汉字）
中
国
水
力
学
学
会
会
员
中
国
G
I
S
协
会
资
源
与
环
境
信
息
系
统
专
业
委
员
会
委
员
填写概括课题内容的六个关键词（主体词），关键词个数可少于六个，关键词之间用逗号隔开
官
厅
水
库
，
流
域
，
非
点
源
，
氮
磷
污
染
，
S
W
A
T
模
型
，
模
拟
申请人已完成的本基金原资助课题
执行年限
资助经费
完成时间
本课题组及课题负责人其他经费来源（≤30个字）（申请联合资助，应注明联合资助单位及金额）
一、研究的目的、意义和成果的预计去向（包括本课题所需要解决的科学问题、理论上的科学价值或预见在应用中对经济建设的影响等）。
官厅水库位于北京市西北部，流域面积47000Km2，是我国解放后修建的第一座大型水库。
它不仅是北京市重要的水源地，而且具有防洪、灌溉、供水、发电、旅游及养殖等多种功能，对北京市社会经济的发展起着重要作用。
但是由于水库水体污染日益严重，1997年退出饮用水源体系。
随着北京市规模的发展和人口的增加，对水源的需求量也随之持续增长，水资源供需矛盾日益尖锐。
为解决北京市的水资源短缺问题，北京市政府决定改善官厅水库水质，恢复其饮用水功能。
根据官厅水库的水质监测结果分析，目前官厅水库的主要环境问题是有机污染和富营养化，水库水质已处于中营养向富营养过渡的阶段，某些指标，如氨氮等已达到或超过富营养化水平。
究其原因，一方面是由流域上游工业废水及城镇污水的排放量逐渐增加造成，另一方面则是农田化肥施放、水土流失等非点源氮、磷污染的不断增加所引起，且非点源污染对水体污染所占的比重不断增大。
尤其是近年来，磷污染还有增加的趋势，同时库区底部淤积大量污泥，严重影响了水库的蓄水和供水能力。
但是，流域非点源氮、磷污染在官厅水库污染中所起的作用，其产生、迁移和转化的机理及有效控制方案还有待研究。
因此，有必要对官厅水库流域非点源氮、磷污染作专门定量化研究，揭示其发生原因和时空分布的规律，探讨其迁移、转化的规律，提出流域非点源氮、磷污染的防治措施，以改善官厅水库水质。
美国、日本等国的研究表明，即使点源污染得到全面控制以后，江河的水质达标率仅为65%，湖泊的水质达标率为42%，海域水质达标率为78%。
美国的非点源污染量占污染总量的2/3，其中农业的贡献率为75%左右。
按照1987年经济合作与发展组织（OECE）的报告，在其成员国中，硝酸盐与杀虫剂是最大的分散污染源，欧洲国家也得出了相似的结论。
在我国的北京密云水库、天津于桥水库、安徽巢湖、云南洱海、上海淀山湖等水域，非点源污染比例超过点源污染，已上升为威胁人类饮用水的主要因素，非点源污染已成为水环境的首要污染源。
非点源来源面广，大量的泥沙、氮磷营养物、有毒有害物质进入江河、湖库，引起水体悬浮物浓度升高、有毒有害物质含量增加，溶解氧减少，水体富营养化和酸化。
因此在水环境污染控制中，若不重视非点源污染研究问题，仅靠单纯的点源污染控制，很难达到预期的环境目标。
本课题通过对SWAT模型及其AVSWAT模块进行改进和调试，选择和调整适用于官厅水库的模型参数，对官厅水库流域的非点源氮、磷污染进行模拟分析和评价，从而确定流域内非点源氮、磷污染的时空分布规律并预测其发展趋势。
在此基础上，提出控制非点源污染的可行性方案，以确保在水库水质良好的前提下，保证21世纪北京市的用水供应。
主要参考文献：
1.CesareDosiandTheodoreTomasi,Prefece,NonpointsourcepollutioRegulation:
IssuesandAnalysis,Edited
2.byCesareDosiandTheodoreTomasi,Dordrecht,theNetherlands:
KluwerAcademicPublishers,1994
3.BaoQuanshengetal.ProgressintheresearchinaquaticenvironmentalnonpointsourcepollutioninChina,JournalofEnvironmentalScience,1997,9（3）
4.Gilliland,M.W.,andBaxter-Potter,W.AGeographicInformationSystemtoPredictNon-pointSourcePollutionPotential.,WaterResour.Bull.,23:
281（1987）
5.SharpleyA.N.andWilliamsJ.R.EPIC-erosion/productivityimpactcalculator,USDAARSTechnicalBulletin,No.1768,1990:
25
6.Verhoff,F.H.,andMelfi,D.A..TotalPhosphorusTransportDuringStormEvents.Jour.Environ.Eng.Div.Amer.Soc.CivilEng.,104:
1021（1978）
二、研究课题所涉及的科学领域，国内外达到的水平，存在的主要问题；本课题的学术思想、立论根据、主攻关键及独到之处。
本课题研究涉及环境学、水文学、环境水利等学科领域。
在工业发达国家，特别是美国，水环境非点源污染研究的历史较长并且非常活跃。
从70年代以来，提出了一系列的非点源污染的机理模型和连续时间序列响应模型，应用于非点源污染的定量评价和预测。
近年来，非点源污染模型在建立新的应用型模型的基础上，重点加强了3S（RS、GPS、GIS）技术在非点源污染定量负荷计算、管理和规划中的应用研究，并已经取得了良好的效果。
我国的非点源污染的研究始于80年代初，内容涉及非点源污染负荷评价，模型介绍及模型与GIS的结合技术等。
但由于重视不够以及研究的阶段性和孤立性，目前我国的非点源污染研究方面存在以下几个问题：
①非点源污染模型多为经验型和研究型的，而机理型和应用型模型少；②多数非点源污染模型带有局地性的特点，不便推广应用；③缺乏应用于大流域范围的资料缺少情况下的非点源污染模型；④有关非点源污染的计算机软件开发应用研究在国内还没有开始；⑤非点源污染治理的管理和政策方面的研究还不深入。
建立考虑流域水文过程和污染物迁移机理，可应用到资料缺少的大流域范围，并具有3S技术支持的非点源污染评价和管理模型是当前研究领域面临的重要任务。
本课题的学术思想：
本课题以流域可持续发展的思想为指导，以改善官厅水库水质，控制官厅水库富营养化为目标，以在流域尺度上模拟和评价官厅水库流域非点源氮、磷污染为主要内容。
依据水平衡的原理，将降水，河川径流、浅层地下水和深层地下水等作为一个整体考虑，对流域水文过程和水文循环的进行研究。
依据物质平衡原理和氮、磷等营养物质的产生，迁移及转化的机理过程，对流域非点源污染物进行有效的多年模拟和预测。
本课题的立论依据有：
定量评价和预测水库流域非点源污染负荷，分析非点源氮、磷污染的时空分布规律是控制流域非点源污染，防治水库富营养化的重要保障。
大面积水资源的开发和管理要求充分认识流域水文过程，并具有在流域尺度上的模拟能力，基于SWAT模型的官厅水库流域非点源氮、磷污染非点源污染的模拟包括两个部分，一是水循环的陆地阶段，要求计算进入河川径流的水、沉积物和富营养物质的数量，一是水文循环的演算阶段，对通过流域主河道和水库的水、沉积物的运动进行演算；研究污染物产生、迁移和转化机理过程，确定流域非点源氮、磷污染的危险区域和主控因子，从而为控制流域非点源污染提供依据。
从治理措施和政策角度，提出并实施控制流域非点源氮、磷污染的最佳管理措施（BMPs）。
本课题的主攻关键在于：
借助3S技术，在现有的SWAT模型基础上，研究改进SWAT模型及ARSWAT模块，并应用于官厅水库透水性流域，对非点源氮、磷污染进行评价和预测，为流域非点源污染的治理提供了科学依据。
本课题的独到之处是：
①实现对资料缺少条件下的官厅水库透水性流域的非点源氮、磷污染进行模拟，定量评价和预测流域内的非点源氮、磷污染；②应用3S技术，并与SWAT相结合，实现非点源氮、磷污染的长期动态模拟；③探讨最佳管理措施（BMPs）在流域范围内对非点源污染控制中的应用，提出流域非点源污染控制的政策建议。
三、研究内容，工作方案（包括采取的措施、技术路线、进度安排、拟达到的技术指标、提交成果方式等）。
1.研究内容、进度安排、措施与技术指标
本研究采用SWAT模型模拟氮、磷污染物在水体中的迁移，扩散和转化的时空分布规律，实现对官厅水库流域非点源氮、磷污染的定量评价和预测。
根据工作的内容不同分解为以下几个部分：
（一）与3S相结合，进行模型所需数据的收集、整理、分析和提取（2002.1－2002.5）
收集和研究官厅水库流域的自然环境方面的图形和数据、水资源利用数据、农业耕作和管理数据；对流域遥感影像进行分析和判读，分析流域的植被覆盖度，地形坡度和坡向，沟谷密度及其面积；；进行流域暴雨径流现场观测以及土壤侵蚀试验，对流域非点源污染的影响因子进行量化；应用GIS技术，建立官厅水库流域非点源污染的空间数据库和属性数据库；应用AVSWAT模型扩展模块，分析和提取SWAT模型所需的输入数据。
（二）计算区域划分、模型参数的选择及模型调试（2002.6－2003.3）
在现状调研的基础上，根据分析精度的要求，资料状况和区域特点范围，对官厅水库流域进行必要的划分，将流域分为多个计算单元；选择和调整影响流域非点源氮、磷污染的参数在此基础上，进行模型的调试研究。
（三）进行模型检验和流域非点源氮、磷污染的模拟分析（2003.4－2003.10）
根据流域自然环境的特点和非点源污染的状况，确定模型模拟所需的基本输入参数，并进行模型参数估值；应用SWAT模型对官厅水库流域的非点源氮、磷污染进行模拟分析，并根据流域的实际监测数据，进行模拟结果的验证和模型参数的率定；输出模拟分析结果，并使用ARCVIEW进行模拟结果的图形显示。
（四）官厅水库流域非点源氮、磷污染的评价和预测：
（2003.11－2004.7）
依据SWAT模型的模拟结果，借助GIS技术，对流域非点源氮、磷污染分析和评价。
计算非点源氮、磷污染对水库富营养化定量负荷及其对水体污染的贡献率。
确定官厅水库流域非点源氮、磷污染时空分布规律，进行非点源污染危险区域识别和非点源污染的主控因子分析。
预测官厅水库流域非点源氮、磷污染发展趋势。
（五）提出主要非点源污染源的控制技术方案和建议。
（2004.8－2004.12）
依据对官厅水库流域非点源氮、磷的评价和预测，提出流域非点源污染控制的政策建议，并探讨最佳管理措施（BMPs）在流域范围内对非点源污染控制中的应用。
研究的技术路线图（见附4）
2.成果提交方式
在国内外核心学术刊物上发表相关学术论文8篇，培养博士研究生2名，硕士研究生5名，其中一些研究成果以研究生学位论文的形式提交。
（接4页）
四、为了进行本课题的研究，课题组已具备的工作基础和实验条件。
1.课题组已具备的工作基础
申请者和课题组成员大都获得博士学位、硕士学位或做过博士后研究，多年一直从事水资源、水环境污染及评价等方面的研究，积累了丰富的流域水污染治理方面的经验，取得了一定的研究成果，是所在的国家重点联合实验室的学术骨干。
他们的学术思想活跃，工作作风严紧，踏实，同时拥有长期的合作研究经验，富于探索和创新精神。
在水文水资源、环境模拟、环境规划和评价、水土保持、环境保护与污染控制、环境系统管理等方面，开展了多领域多学科基础性研究，具有较强的实验技能和理论基础。
2.课题组的实验室条件
本课题组所在单位环境模拟与污染控制国家重点联合实验室－水环境模拟实验室，设备齐全，人员齐备，为暴雨径流现场观测和土壤侵蚀试验提供了监测仪器和试验场所。
属于本课题组专用的数十台PIII级计算机为本研究所涉及的化学分析、模拟计算、信息处理等提供了充分的保证。
但尚需购买部分实验设备和模拟软件，增加部分监测设施。
五、课题负责人再次申请博士学科专项基金时，说明本基金原资助课题的执行情况（课题计划、经费、成果）。
无
简表二：
课题申请人及主要参加人员的基本情况表
姓名
出生年月
技术职称
专业
工作单位
投入工时
（月/年）
签名
郝芳华
1963.3
副教授
环境水利
北师大
环科所
8
王会肖
1966.9
副研究员
水文水资源
北师大
环科所
8
王西琴
1965.12
博士后
环境水利
北师大
环科所
8
刘虹
1960.8
实验师
化学分析
北师大
环科所
8
吴险峰
1970.6
博士生
水文水资源
北师大
环科所
6
李道峰
1975.12
博士生
环境科学
北师大
环科所
6
张建永
1976.10
硕士生
数值模拟
北师大
环科所
6
孙峰
1977.7
硕士生
数值模拟
北师大
环科所
6
崔磊
1978.10
硕士生
环境评价
北师大
环科所
5
常影
1978.7
硕士生
环境规划
北师大
环科所
5
毕许静
1979.3
硕士生
环境评价
北师大
环科所
5
总人数
教授
副教授
讲师
博士生
硕士生
其他人员
1
1
2
1
3
5
本课题合作单位简单情况：
无
简表三
经费概算单位：
万元人民币
合计
设备费
材料费
计算费
资料费
差旅费
6.0
1.5
1.0
0.9
0.8
1.8
需购置的设备
名称
数量
金额
水质分析仪（德国WTW）
1
1.5
1988年于河海大学大学
硕士
申请者简介：
最后学位：
；何时何地获上述学位：
申请者自1988年工作以来，一直从事水资源、水环境污染及评价等方面的研究，积累了丰富的流域水污染治理方面的经验，并取得了一定的研究成果，参加完成的“网箱养鱼对水质要求、影响及防治措施的研究”课题，曾获得北京市科技进步一等奖，是所在的国家重点联合实验室的学术骨干,目前在职攻读博士学位。
简表四：
申请者和主要合作者五年以来的主要研究成果、发表的论文、著作目录
（按申请者、合作者；发表时间由新至老顺序填写）
序号
时间
姓名
论文、著作名称
发表刊物及出版社
1
2
3
4
5
6
7
8
1999
1997
2001
1999
2001
2000
2000
2001
郝芳华等
HaoFanghua
郝芳华等
刘昌明，王会肖等
WangHuixiao,LiuChangming
HuixiaoWang,LuZhang,W.R.Dawes
王西琴等
王西琴等
面向可持续发展的水资源保护规划
Studyondevelopingcage-cultureandprotectionreservoirwaterresourcesinBeijingarea
北京市灌溉工程经济效益
土壤-作物-大气界面水分过程与节水调控
2001Assessmentandutilizationofsoilwaterresources
2000ImprovingwateruseefficiencyofirrigatedcropsintheNorthChinaPlain–measurementsandmodeling
区域经济结构调整与水环境保护研究
水环境与经济协调发展决策模型研究
《中国环境科学》
《ResearchRegionalEnvironmentandDevelopment》
水资源保护2001.1
科学出版社
TheJournalofChineseGeography,Vol.11,No.1
AgriculturalWater
Management1605（2000）:
1-17
地理学报2000.55（6）
自然资源学报2001.3期
学校学术委员会意见：
该项目的立题面向国家需求，具有一定的应用价值。
申请者长期从事环境污染与控制方面的研究，积累了一定的工作基础和经验，系环境模拟与污染控制国家重点联合实验室的主要骨干，具备完成该项目的条件。
支持申报。
校学术委员会负责人签名：
校长签字：
学校盖章：
年月日
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