DEM格网尺度对AnnAGNPS预测山地小流域径流和物质输出的影响

为了解流域地形空间参数和其它参数的精度对农业非点源污染模型AnnAGNPS预测准确性的影响,利用三峡库区黑河小流域观测资料校准了AnnAGNPS模型,分析了1.5-12.5m格网尺度DEM对地形参数和模型负载输出的影响.结果表明,1.5～12.5m格网尺度DEM对流域径流量、洪峰流量、总N输出影响不显著,但对泥沙、总P、有机碳输出影响显著.三峡库区类似小流域宜采用5m格网尺度DEM,AnnAGNPS模型较不适合于尺度较小、坡度较大的小流域泥沙负载预测.     

基于扰动分析方法的AnnAGNPS模型水文水质参数敏感性分析

参数敏感性分析对于水文水质综合模型的构建及推广应用具有重要的意义.本研究基于AnnAGNPS模型机制,选取可能对模型产生影响的地形、水文气象、田间管理、土壤等4大类31个参数,以太湖地区典型低山丘陵小流域——中田河流域为实验区,利用扰动分析方法评价了模型参数对水文水质模拟结果的敏感性.结果表明,11个地形参数中,LS对径流、泥沙与氮磷等模拟结果普遍敏感,RMN、RS和RVC对泥沙输出分别为一般敏感和弱敏感,其余参数不敏感.水文气象参数中CN对模型径流和泥沙输出特别敏感,对其余结果也都比较敏感.田间管理与植被作物肥料参数中CCC、CRM和RR对泥沙和颗粒态污染物输出弱敏感,6个肥料参数(FR、FD、FID、FOD、FIP、FOP)对氮磷营养盐输出特别敏感.土壤参数中,K对模型除径流之外的所有结果都特别敏感,土壤氮磷含量的4个参数(SONR、SINR、SOPR、SIPR)对相对应的氮磷输出结果弱敏感.通过对中田河流域2005~2010年径流量的模拟和校正检验发现,模拟期与校正期年径流量偏差基本都在10%以内,模拟精度优秀.本研究对AnnAGNPS模型构建中的参数选取与校验调整具有直接参考价值,对研究区的径流模拟结果也证明了模型敏感性分析对于调参过程的可行性和该模型在太湖地区低山丘陵流域径流模拟的适用性,对于模型在国内的推广应用具有重要的指导意义.     

非点源污染模型AnnAGNPS在三峡库区林农复合小流域模拟效果评定

应用连续农业非点源污染AnnAGNPS模型(Annualized AGricultural NonPoint Source Model)模拟三峡库区林农复合小流域的径流、泥沙和营养物输出,以2003年和2004年的小流域观测数据对模型分别进行校准和验证,并以统计参量决定系数(R2)、Nash-Sutcliffe效率系数(E)和相对误差(VE)对模拟结果进行评定.结果表明,径流量模型模拟结果误差在可接受范围之内,模型校准期模拟值VE值为5.0%(R2=0.93,p<0.05),验证期内模型VE值为6.7%(R2=0.90,p<0.05);与径流模拟比较,泥沙模拟结果精度较低,校准期内模型VE值为15.1%(R2=0.63,p<0.05),验证期内模型VE值为26.7%(R2=0.59,p<0.05);次降水较小,产生径流和泥沙较少时,模型模拟值则偏高,反之则偏低.氮输出模拟决定系数R2值0.68(p<0.05),略高于磷输出模拟决定系数(R2=0.65,p<0.05).模型对径流输出的模拟精度高于对泥沙和营养物的输出模拟.在三峡库区农林复合小流域应用AnnAGNPS模型模拟农业非点源污染输出满足流域管理要求.     

基于SWAT与DNDC模型对比研究亚热带流域氮淋溶与输出过程

本研究通过对亚热带香溪河小流域的氮输出进行长期监测,并通过DNDC与SWAT模型对流域氮素流失进行对比模拟研究,以期为合理建立适合亚热带流域氮循环模型提供科学依据.结果表明:(1)影响DNDC模型模拟小流域内氮素流失的关键参数包括降水、坡度以及氮肥施用量,而影响SWAT模型模拟的关键参数包括地下水滞后系数、最大冠层截留量、基流系数和土壤蒸发补偿系数;(2)DNDC模型模拟小流域内2014年的径流量、TN和NO-3-N排放量与实测值的偏差分别为5.19%、8.10%和71.70%,SWAT模型模拟小流域内2014年的TN、NO_3~--N和NH_4~+-N的排放量与实测值的偏差分别为2.04%、14.29%和8.89%;(3)通过对SWAT与DNDC模拟结果对比分析香溪小流域氮素流失时空分布特征,进一步耦合了DNDC和SWAT模型,有助于提高亚热带流域氮素流失模拟精确度.     

辽宁太子河流域非点源氮磷负荷模拟分析

以辽宁太子河流域为研究区,为定量估算该区非点源氮磷污染负荷,经过实地调研和资料收集后,利用单位负荷法和SWAT模型相结合的方法对流域进行1997~2008年径流、泥沙和营养盐输出的模拟研究,进行了多参数、多目标和多站点详细的参数率定和模拟验证,最后分析了非点源氮磷负荷的时空分布规律.结果表明:径流模拟效果较好,泥沙和营养盐模拟结果符合要求,模型在太子河流域适用性较好,可以模拟分析该地区的非点源污染负荷问题;1997~2008年年均总氮和总磷负荷为17357.43t和7110.91t,氮磷负荷的时空分布受降雨径流过程的影响,汛期(6~9月)负荷总量占全年的77.76%和80%;负荷强度的空间差异较大,全流域多年平均值为13.20,5.41kg/hm2,流域内污染负荷关键源区是灯塔市和辽阳县.     

辽宁太子河流域非点源氮磷负荷模拟分析

以辽宁太子河流域为研究区,为定量估算该区非点源氮磷污染负荷,经过实地调研和资料收集后,利用单位负荷法和SWAT模型相结合的方法对流域进行1997~2008年径流、泥沙和营养盐输出的模拟研究,进行了多参数、多目标和多站点详细的参数率定和模拟验证,最后分析了非点源氮磷负荷的时空分布规律.结果表明:径流模拟效果较好,泥沙和营养盐模拟结果符合要求,模型在太子河流域适用性较好,可以模拟分析该地区的非点源污染负荷问题;1997~2008年年均总氮和总磷负荷为17357.43t和7110.91t,氮磷负荷的时空分布受降雨径流过程的影响,汛期(6~9月)负荷总量占全年的77.76%和80%;负荷强度的空间差异较大,全流域多年平均值为13.20,5.41kg/hm2,流域内污染负荷关键源区是灯塔市和辽阳县.     

西南喀斯特流域泥沙来源、输移、平衡的思考——基于坡地土壤与洼地、塘库沉积物~(137)Cs含量的对比

汇总了西南喀斯特地区坡地土壤和洼地、塘库沉积泥沙的~(137)Cs比活度资料,并进行了对比,分析流域泥沙来源。坡地地面流失轻微的,汇水面积小于0.5 km~2的微小流域,流域产沙主要源于地下流失(裂隙土)和沟岸侵蚀(沟壁土);坡地地面流失强烈的,主要源于坡地地面流失(坡地表层土壤)。地下流失和沟岸侵蚀是小流域和较大流域的主要产沙方式,且有随着流域面积增大,产沙贡献率越高的趋势。由于裂隙土和沟壁土都基本不含~(137)Cs,~(137)Cs单一示踪法不能区分这两种源地土体的产沙贡献率。建议采用多元示踪法,研究流域的泥沙来源。区分裂隙土和沟壁土的产沙贡献率,可考虑尝试磁性法和孢粉法。通过沉积物~(137)Cs断代等方法确定洼地、河流滩地和塘库泥沙淤积量,结合径流小区和水文站输沙量资料,分析不同类型洼地、河流滩地和塘库的泥沙截留率,分析河流泥沙输移比。在查明泥沙来源,泥沙输移比和输沙量(或产沙量)的基础上,确定流域泥沙平衡,结合径流研究成果,建立喀斯特流域产沙模型。     

抚仙湖一级支流尖山河小流域的面源污染物贡献特征

对云南省抚仙湖尖山河小流域降雨量以及坡耕地、梯坪地、灌草丛、人工林和次生林5种土地类型及村庄和道路等非生产用地产生的地表径流量和泥沙量进行了定位观测,并对地表径流和泥沙中所含面源污染物进行了测定.结果表明:①6～10月份是该流域出现较大阵雨的主要时期,2006年6～10月份降雨量占全年降雨总量的83.2%,这一时期是产生水土流失和面源污染的主要时期.②坡耕地和人工林是地表径流和泥沙产生的主要场所.坡耕地的地表径流和泥沙产生量分别占小流域产生总量的22.97%和62.96%,人工林的地表径流和泥沙产生量分别占小流域产生总量的34.69%和16.76%.③尖山河小流域面源污染物主要来源于坡耕地和人工林.在坡耕地和人工林,随地表径流产生的面源污染物TN、TP和COD分别占流域产生总量的75.01%、51.63%和66.42%,随泥沙产生的TN、TP和有机质分别占流域产生总量的74.12%、73.18%和62.14%.④村庄和道路等非生产用地单位面积的面源污染物产生量较高,但由于总面积较小,在流域面源污染物产生总量中的比例很小,TN和TP分别只占产生总量的3.98%和1.05%.在流域中所占面积很少的坡耕地(仅占7%)却成了面源污染产生的主要场所.     

DEM分辨率及子流域划分对AnnAGNPS模型模拟的影响

 针对大中尺度流域非点源污染模拟精度与运算效率的突出矛盾,选取数据精度与空间离散化2个关键影响因素,讨论数字高程模型(DEM)分辨率和临界源面积(CSA)取值对AnnAGNPS模型模拟结果的影响.分别比较了7组CSA取值及8组不同DEM分辨率对华北潮河流域大阁子流域AnnAGNPS模型参数提取及模拟结果的影响.研究发现,CSA取值对汇水单元的数量、地表径流量、泥沙以及总氮的模拟有很大的影响.随着CSA取值的增大,地表径流量变化不大;泥沙先逐渐增大,后呈减少趋势;总磷负荷的变化趋势不明显;总氮负荷呈逐渐减少的趋势.选择合适的CSA是流域AGNPS模型模拟的基础.DEM是分布式水文模型的基础数据,研究表明:DEM分辨率对坡度有较大的影响.随着DEM分辨率的降低,径流量变化不大;土壤侵蚀和总氮负荷变化却十分明显,当DEM分辨率从30m逐渐降低至60m时,泥沙输出及总氮负荷迅速减小,总磷呈现先减小后逐渐稳定的趋势,但变化幅度小于总氮和泥沙.当DEM分辨率小于60m,泥沙和总氮的输出随分辨率降低下降缓慢.以30m和50m DEM为例,通过不同精度的DEM坡度回归分析,建立了低精度DEM坡度修正的方法.用修正后的坡度进行AnnAGNPS模型模拟计算,结果表明坡度修正对泥沙、总氮、总磷的模拟有不同程度的改善.     

AnnAGNPS模型在九龙江流域农业非点源污染模拟应用

运用连续-分布式参数模型(AnnualizedAgriculturalNonPointSourceModel,AnnAGNPS)进行中国南方山区中等尺度流域———九龙江流域农业非点源污染负荷估算和对流域过程和管理措施的模拟.利用4个典型汇水区校正模型参数,并进一步在九龙江的北溪和西溪两大支流流域验证模型的适宜性.以此为基础模拟西溪总氮负荷为24.76kg/(hm²·a),总磷负荷为0.67kg/(hm²·a);北溪总氮负荷10.28kg/(hm²·a),总磷负荷为0.40kg/(hm²·a).运用AnnAGNPS模型对典型汇水区特定集水单元、西溪和北溪流域的土地利用管理措施进行分别模拟.模拟结果显示坡地种植退耕返林后,天宝仙都集水单元92地表径流、泥沙、总氮和总磷负荷可分别削减了21.6%、25.9%、96%和79.2%;下庄集水单元93地表径流、泥沙总氮和总磷负荷削减率分别为94.1%、54.9%、99.2%,和79.7%;模拟西溪香蕉地改种双季稻,西溪总氮、可溶态氮、总磷和可溶性磷依次削减了23.83%、25.44%、9.08%和19.84%;模拟北溪流域内生猪场全部搬迁,流域出口总氮和可溶态氮的削减率分别为63.54%和76.92%.     

AnnAGNPS模型数据库的建立及径流模拟应用——以桃江流域农业区为例

AnnAGNPS模型可以连续模拟和预测来自流域的地表径流、沉积物、污染负荷。借助GIS平台及1stOp(tFirst Optimization)工具,以桃江小流域农业区为例,详述了AnnAGNPS模型数据库(包括土壤、土地利用、地形、气象、作物管理、径流曲线等)相关参数的提取和确定过程;并基于已建立的数据库对桃江流域农业区的径流进行了模拟和适用性评价,采用的3个评价指标(相对误差Re<10%,效率系数Ens≥0.9,相关系数R2>0.9)均达到较高精度要求,表明AnnAGNPS模型适用于桃江流域研究区的径流模拟,反映了数据库建立的正确性。     

基于AnnAGNPS模型的三峡库区秭归县生态服务价值

利用三峡库区秭归县统计和调查资料,并基于AnnAGNPS模型获取秭归县1985、1990、2000、2007年径流、土壤侵蚀和养分流失等数据,客观计量秭归县年际生态服务物质量,进而估算各年际生态服务价值量.结果表明,1985~2007年,秭归县生态服务物质量均发生了变化.2000年径流、泥沙、总氮、总磷和有机碳的年输出量最高,分别为473mm、68.6t/km2、133kg/km2、33kg/km2和684kg/km2,而2007年上述指标最低,分别为419mm、40.6t/km2、112kg/km2、20kg/km2和445 kg/km2,分别下降了12.8%、68.9%、18.7%、65.4%和53.5%;1985~2007年秭归县生态服务价值也发生了变化,2000年最低,为45.1亿元,2007年最高,为54.2亿元,增加了20.1%.利用调查统计和模型输出的方法进行生态服务价值量的计量较为客观准确,避免了一些计算上的不确定性,但该方法所需数据量庞大,可能会限定其他地区的应用.     

Reductions in non-point source pollution through different management practices for an agricultural watershed in the Three Gorges Reservoir Area

Non-point source water pollution generated by agricultural production is considered a major environmental issue in the Three Gorges Reservoir Area(TGRA) of China.The Annualised Agricultural Non-Point Source Pollution(AnnAGNPS) model was selected to assess the impact of the application of various management treats,including seven crops,five fertilizer levels and three-group management practice scenarios,on water quality from Heigou River Watershed in TGRA.The scenario subsets include conservation tillage practice(CTP),conservation reserve program(CRP) and conversion of cropland into forestland program(CCFP).Results indicated that tea can not be replaced by other crops because comparatively tea resulted in a higher sediment yield.CTP with no-tillage was more effective to reduce sediment yield,but could increased nutrient loss.CRP reduced sediment yield significantly,but slightly benefited on nutrient loss.CCFP reduced not only sediment yield but also the nutrient loss significantly.The conversion of cropland with a slope greater than 10 ° into forestland was found to be the best scenario as the sediment yield export is less than 5 tons/ha and nutrient loss is within the permissible limit.     

Estimation of runoff and sediment yield in the Redrock Creek watershed using AnnAGNPS and GIS

Sediment has been identified as a significant threat to water quality and channel clogging that in turn may lead to river flooding. With the increasing awareness of the impairment from sediment to water bodies in a watershed, identifying the locations of the major sediment sources and reducing the sediment through management practices will be important for an effective watershed management. The annualized agricultural non-point sourcepollution(AnnAGNPS) model and newly developed GIS interface for it were applied in a small agricultural watershed, Redrock Creek watershed, Kansas, in this pilot study for exploring the effectiveness of using this model as a management tool. The calibrated model appropriately simulated monthly runoff and sediment yield through the practices in this study and potentially suggested the ways of sediment reduction through evaluating the changes of land use and field operation in the model for the purpose of watershed management.     

三峡库区黑沟小流域非点源污染物输出的动态变化

农业施肥水平和耕作方式等流域管理措施影响非点源污染物的输出.选择三峡库区黑沟小流域60种管理措施组合,即5种化肥施用水平(FL1-现用量、FL2-70%现用量、FL3-推荐用量、FL4-70%推荐用量、FL5-30%推荐用量)、4类耕作方式(CT-传统耕作、NT-免中耕、CS-等高种植、RC-留茬覆盖)和3种年降雨模式...     

基于MMF模型估算植被与降雨变化对水沙的影响——以延河流域为例

为研究近年来植被对黄河各支流来水来沙锐减的贡献,选择植被变化极为显著的延河流域为研究区域,定量化估算植被的减水减沙效益。论文利用Landsat系列遥感影像数据,以及流域的气象水文资料,基于Morgan-Duzant版Morgan-Morgan-Finney(MMF)模型估算流域的径流量与输沙量,分析各植被因子与径流量、输沙量的相关性,并利用相邻时期的植被降雨数据进行情景模拟,以此估算植被与降雨对流域水沙的影响。结果表明:1MMF模型能较好地模拟流域年径流量,输沙量次之;2植被因子与径流量、输沙量空间分布格局上相关性不明显,径流量与间接植被因子(截留率、林下降雨侵蚀力和坡面沉积率)相关性较高,而输沙量与植被覆盖度相关性较高;3植被与降雨的情景模拟表明2000、2006年的植被较前一相邻时期有所改善,使得径流量分别较前期减少45.88%、25.74%,输沙量减少12.10%、27.57%。     

AnnAGNPS 模型应用于辽河源头小流域的主要参数确定方法

农业非点源污染已成为辽河源头区水体污染的治理重点,农业非点源污染模型AnnAGNPS(Annualized Agricultural Non-point Source Pollution Model)模拟农业非点源污染是可行的,但模拟精度取决于模型参数.本文以辽河源头区典型小流域为例,根据集水区的划分与流域非点源污染的空间分布密切相关,以不同的临界汇水区面积CSA(the critical source area)和最小初始沟道长度MSCL(the minimum source channel length)划分出不同数量的集水区进行多次模型模拟,当多种污染源负荷均趋于稳定时确定集水区单元划分数量;针对我国土壤普查数据的土壤质地体系与建立AnnAGNPS模型的土壤质地体系不同,假设土壤累积粒径成对数正态分布,利用插值进行土壤粒径的转换,采用EPIC(Erosion-Productivity Impact Calculator)模型计算土壤可蚀性因子;经多次模拟实验与野外实测数据分析,上述确定参数方法是可行的.