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。     

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.     

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.     

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.     

基于AnnAGNPS模型四岭水库小流域氮磷流失特征的模拟研究

采用流域尺度的农业非点源污染模型——AnnAGNPS模拟预测苕溪流域四岭水库小流域氮磷流失情况,分析氮磷流失空间分布特征.结果表明,单位面积总氮、总磷流失量在空间分布上有一定的相似性,均呈现出南部大于北部,西部高于东部的特点.以竹林地为主的林地是氮磷输出的最主要来源,其对氮、磷流失总量的贡献率在90%以上.设定不施肥处理(CK)、适地养分管理(SSNM)、当地高产竹农普遍采用的施肥方法(FFP)这3种施肥方式对林地主要植被类型竹林进行情景分析,模拟结果表明,与FFP相比,SSNM在一定程度上减少了氮磷输出,其中溶解性氮和颗粒态氮流失量分别削减8.17%、4.33%,溶性磷和颗粒态磷流失量依次减少9.08%、1.02%.     

AnnAGNPS模型在九龙江典型小流域的适用性检验

在中国东南丘陵山区—中尺度流域——九龙江流域选取4个土地利用方式不一的典型小流域,借助GIS和相关资料率定模型参数,并通过对2003年4月至9月各小流域出口降雨水质水量的同步监测,检验了连续－分布式参数模型（Annualized　AGricultural NonPoint Source Model,AnnAGNPS）的适用性研究结果表明,模型对于地表径流量的模拟能力好于对泥沙和营养盐的模拟,对总磷和泥沙输出的模拟结果表现出了较大的不确定性。     

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.     

用于流域水环境规划的计算机图形模拟

本文论述计算机图形技术用于复杂的流域水环境规划的优越性及可行性。介绍了国外有关动态及技术,并简要探讨了实现交互式图形模拟技术的条件,为在微机上实施流域水环境规划的图模拟技术做好了准备。     

基于GIS和USLE的朱溪河小流域土壤侵蚀量估算

本文在地理信息系统的支持下,结合通用水土流失方程,选取合理的因子算法,对福建省朱溪河小流域的土壤侵蚀量进行了估算,结果表明朱溪河小流域的年均土壤侵蚀模数为1 023.26 t/km<'2>,属于轻度侵蚀,中度以上侵蚀区域是预防和加强侵蚀治理的重点区域,并分析了朱溪河小流域土壤侵蚀强度空间分布格局和不同土地利用类型的土壤...     

茅坪河流域非点源污染负荷模拟

为定量化研究茅坪河流域农业非点源营养物质氮、磷的输出负荷,在茅坪河的亚流域陈家冲,利用2004-05～2004-10降雨期的监测数据,通过实测值和模拟值的比较对非点源污染模型SWAT(Soil and Water Assessment Tool)进行了率定和验证,采用Nash-Sutcliffe系数(R²)、均方根差(RMSE)和相对误差(CV)检验实测值和模拟值的拟合度.利用验证后的模型模拟了茅坪河流域营养物质氮、磷的输出负荷量.经验证径流、总氮和总磷的Nash-Sutcliffe系数分别为0.71、0.51和0.62,最小相对误差分别为1.8%、1.1%和10%,模型对氮和磷的输出模拟效果稍差,但对径流的模拟取得了较好的效果,表明该模型可运用于茅坪河流域非点源污染的模拟研究.模拟结果显示,2004-05～2004-10,茅坪河流域共有102.5 t氮和9.46 t磷流入长江,大量农业非点源污染的产生是造成茅坪河水质恶化的重要原因之一.     

风蚀对窟野河流域产沙贡献的时间尺度特征

风蚀在黄土高原风水蚀复合区的侵蚀产沙中扮演着重要的角色。利用窟野河流域神木水文站水沙资料及有关气象资料,分析了风蚀对窟野河神木水文站以上流域产沙贡献的时间尺度特征。结果表明,风力的侵蚀搬运对窟野河流域产沙起着重要的作用。月时间尺度上,风沙入河量存在"存储-释放"的过程;风蚀产沙贡献在3月和11-12月出现高峰值,4-9月风蚀贡献率逐渐降低;冬春季节淤积的泥沙,在夏季逐渐被冲走,到了9月,把淤积的泥沙最大限度冲走而开始新的淤积过程;月时间尺度上风蚀贡献率与风蚀气候因子分布趋势一致;7、8两月的风沙贡献量占年风蚀贡献总量的80.5%,风沙贡献量的峰值出现在7月,约7.75×10⁶ t。季尺度上,夏季风蚀贡献率最低,仅7.8%。秋、冬季逐渐升高,春季达到最高,风蚀贡献率为28.6%。年尺度上,风力作用对神木水文站以上流域的产沙贡献为17.2%,风蚀贡献量为12.7×10⁶ t/a。     

基于GIS的北京市妫水河流域水土流失的初步分析

基于ArcGIS空间分析平台和ERDAS空间建模平台,利用水土流失综合指数法,分别以坡度、植被覆盖度和土地利用类型为主要背景因子,分析了北京市妫水河流域水土流失的空间背景特征.结果表明,妫水河流域水土流失的空间背景特征是缓坡、低植被覆盖度和疏林灌草地,而这些特征正是妫水河流域山前洪冲积扇地区的主要特点,缓坡、低植被覆盖度(不考虑城市建成区)和疏林灌草地也主要集中在流域内山前洪冲积扇地区.并提出防治妫水河流域水土流失的有效措施.      

东江流域敌敌畏的排放量估算及归趋模拟

农药的持续使用,使流域环境污染十分普遍,对其污染水平进行评估很有必要.相比传统的监测手段,与GIS结合的模型作为评估手段具有显著的优势,但是由于农药应用情景及相关排放量的数据不易获得,对流域农药的模拟评估造成了阻碍.本研究建立了一种农药排放量估算的方法,基于流域内作物种植情况及农药施用标准,通过使用情境分析和数学推演,可获得不同子流域单元的输入量;并以此为源输入数据,使用半分布式流域水文模型——SWAT（soil and water assessment tool）模型,以敌敌畏在东江流域为例进行模拟.模型的验证结果显示,模拟浓度与监测结果的差异值绝大多数在一个数量级以内,表明基于源输入估算的SWAT模型可有效评估流域农药的环境归趋.模拟结果表明,流域敌敌畏每年的排放量占到使用量的3.72%,河道内的降解等反应损失达2.35%.东江流域多数河段敌敌畏的质量浓度超过0.1 μg·L^-1,其污染需引起关注.