应用SWAT模型解析山区型流域氮磷流失特性

摘要

作为机理型模型，SWAT（Soil and Water Assessment Tool）综合了水文、土壤侵蚀及污染物迁移转化三个模型，能准确的模拟流域非点源污染的产生、迁移、转化以及河道的水文、水质情况，可进一步分析非点源污染流失特性与土地利用、气候、农事操作管理等之间的关系。为研究山区型流域的非点源污染特性，本文以东苕溪上游流域为研究对象建立SWAT模型，并对非点源污染输出结果进行了分析。模型以余杭区瓶窑站为流域出口，研究区域共划分为24个子流域，438个水文响应单元(HRUs)。流域以混合林、水稻田为主，两者分别占总面积的58％和27％。土壤类型则以黄红壤(42％)、脱潜潴育型水稻土(19％)和潴育型水稻土(16％)为主。 模型使用2008-2012年的水文、水质实测数据进行率定和验证，共有36个参数（CN2、USLE_P、BIOMIX、CANMX等）参与率定。率定后，河道流量，TP、TN和NH4+-N通量四个指标的模拟值均达到精度要求，率定期及验证期的决定系数R2均在0.73及以上，纳什系数ENs均在0.60及以上。 SWAT输出数据的统计分析结果显示，研究区域氮磷流失具有较强的时空分布特性。不同子流域TN、TP年平均流失强度分别分布在7.19-22.75 kg/(ha·a)和0.56-6.80 kg/(ha·a)之间，氮磷流失强度最大值均出现在流域南部的18号子流域。研究时段内总流域的TN、TP月流失负荷范围分别为5.21-1569.52 t/month和0.04-1037.63 t/momth，年内分布差异较大，每年6-8月出现流失高峰。 降雨量-氮磷流失负荷回归分析结果显示，子流域每月TN、TP流失负荷与月降雨量呈极显著正相关，P值均小于0.01。降雨量-TN流失负荷回归方程的决定系数R2在0.59-0.85之间，而降雨量-TP流失负荷回归方程的R2相对较小，在0.55-0.75之间。对于不同土地利用类型的非点源污染物流失强度研究显示，相同降雨量下水稻田TN的单位面积流失强度均大于混合林;在每月降雨量低于89mm时混合林TP流失强度较大，反之则水稻田TP流失强度较大。说明研究区域非点源污染控制的重点主要是分布广泛、N/P流失强度高的水稻田。且对于研究区，当水稻田面积比例低于45％时，子流域氮磷流失强度与水稻田面积比例呈正相关。

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致谢

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 SWAT模型研究

1．2．1 环境评价及影响因素研究

1．2．2 模型精度研究

1．3 氮磷流失特性影响因素

1．3．1 降雨的影响

1．3．2 土地利用的影响

1．4 研究目标及技术路线

1．4．1 研究目标

1．4．2 研究内容

1．4．3 技术路线

第二章 典型山区流域SWAT模型建立及校正

2．1 研究区域概况

2．1．1 自然条件

2．1．2 污染情况

2．1．3 水环境现状

2．2 基础数据库构建

2．2．1 输入数据收集

2．2．2 数据初步处藿及数据库构楚

2．3 SWAT模型构建与运行

2．3．1 子流域划分

2．3．2 HRU划分

2．3．3 数据库信息编辑

2．4 SWAT模型率定及验证

2．5 本章小结

第三章 山区流域氮磷流失强度时空分布

3．1 前言

3．2 数据处理

3．3 结果与讨论

3．3．1 氨磷流失强度空间分布

3．3．2 氮磷流失负荷时间分布

3．4 本章小结

第四章 两种土地利用下降雨-氮磷流失强度回归分析

4．1 前言

4．2 数据分析

4．2．1 回归分析

4．2．2 异常值去除

4．2．3 子流域选择

4．3 结果与分析

4．3．1 TN流失强度与降雨的关系

4．3．2 TP流失强度与降雨的关系

4．3．3 氨磷流失强度与水稻田比例关系

4．4 本章小结

第五章 总结与展望

5．1 研究结论

5．2 研究展望

参考文献

作者简介

附录