基于AnnAGNPS模型的山美水库流域非点源氮控制研究

探索研究流域非点源氮污染控制的有效措施,对于治理改善水环境恶化具有重要的现实和长远意义。以山美水库流域为研究区域,建立AnnAGNPS氮污染模型,通过情景模拟技术分别模拟了河岸缓冲带、适量施肥、免耕、少耕、梯田和退耕还林等最佳管理措施的非点源氮污染削减效率。结果表明:(1)梯田与退耕还林对氮的削减率较高,均高于15%;免耕较低,为13%;少耕、合理施肥、河岸缓冲带削减效果有限,低于10%。(2)河岸缓冲带、少耕、免耕、梯田等措施的总氮削减率在不同月份的变化趋势与泥沙削减变化趋势一致,在7月和8月有较高的削减率;合理施肥与退耕还林的总氮削减率则与流域施肥状况相关性更高,在2—4月份有较高的削减率,因此山美水库流域水环境改善应结合非点源氮污染治理和流域水土流失治理。     

分布式侵蚀产沙模型研究进展

随着计算机技术与地理信息系统(GIS) 技术的发展, 分布式侵蚀产沙模型成为当今土壤侵 蚀领域研究重点与发展方向。本文在分析国内外几个主要的分布式侵蚀产沙模型基础上, 探讨了 分布式侵蚀产沙模型的技术路线与技术实现, 最后指出目前我国分布式侵蚀产沙模型研究存在 的主要问题: ( 1) 分布式水文模型的深入研究为分布式侵蚀产沙模型提供了不少借鉴, 但如何在 分布式水文模型的基础上开发侵蚀模块还存在一些问题; ( 2) 目前国内分布式土壤侵蚀模型大都 基于黄土高原而得出, 模型有一定的局限性; ( 3) 当前的大多侵蚀产沙的关系式( 尤其是坡面侵蚀 关系式) 是经验型的, 汇沙的过程考虑得过于简单, 没有深入探讨水文与土壤侵蚀之间的关系; ( 4) 目前大多数分布式土壤侵蚀模型没有考虑次暴雨产流的时间变化与空间变化。     

东江流域非点源污染模拟及时空分布研究

应用国外较成熟的半分布式水文模型HSPF,建立了东江流域径流与非点源污染模拟模型,在此基础上定量计算与分析了东江流域非点源污染的时空分布特征。结果表明:径流模拟的相对误差在10%以内,纳什效率系数大于0.8,泥沙以及非点源污染氨氮、总磷模拟的相对误差在15%以内,纳什效率系数大于0.6,所建立的基于HSPF的模型可以满足研究东江流域径流与非点源污染长期变化过程与时空分布特征的需要;丰水年是东江流域非点源污染物流失的关键年份,降雨对东江流域非点源污染过程影响很大,汛期是东江流域非点源污染防治的关键时期;东江流域氨氮、总磷非点源污染月负荷与月降雨量存在非线性相关,复合回归曲线可较好地拟合两者的时间变化;东江流域非点源污染的关键区域主要位于流域中下游源城区、博罗县、惠城区中耕地与建设用地集中的地块;各子流域非点源污染产生的氨氮、总磷浓度指标与耕地、园地、林地、建设用地面积比例存在显著的线性相关关系。     

流域最佳管理措施空间配置优化研究进展

最佳管理措施(BMPs)是保护流域水环境免受农业生产活动导致的污染的一系列措施。在进行流域尺度BMPs空间配置时,一方面要考虑BMPs的生态环境效益,另一方面要考虑农业经济效益,因此流域管理决策者需要对这些措施进行空间配置优化。最佳管理措施空间配置优化(简称BMPs空间优化)是基于专家经验或者利用优化算法而得出的方案,并通过流域模型和经济模型评价其环境和经济效益,最后选择效益最优的方案,这也是当前农业非点源污染和水环境保护研究的前沿和热点。本文在介绍BMPs及其评价模型的基础上,对当前BMPs空间优化研究中的两种方法进行了剖析,对当前国内外BMPs空间优化研究现状进行了回顾和总结,最后,指出了BMPs空间优化研究中现存的问题,指出了今后BMPs空间优化研究的方向。     

林草和梯田措施对小流域降雨—径流—输沙过程的影响分析

定量评估林草、梯田的减水减沙作用对黄河流域水土流失防治和生态保护具有重要意义.该文以偏关河偏关水文站以上流域和清涧河子长水文站以上流域为研究区,分别应用改进的分布式LCM-M USLE坡面水沙联动模型和原模型进行天然时期(1980s)和现状年(2010s)的"降雨—径流—输沙"过程模拟,计算坡面汇流过程中林草、梯田及其耦合措施的减水减沙作用并分析主要影响因素.结果表明:1)改进后模型适用于现状年的径流(输沙)量模拟,可反映下垫面显著变化(坡改梯和植被恢复)对径流、泥沙坡面汇流的影响;2)梯田措施的单位面积径流(输沙)削减量大于林草措施,径流(输沙)削减率显著小于林草措施,且林草和梯田措施的径流(输沙)削减率之和略大于二者耦合的径流(输沙)削减率;3)流域尺度梯田措施下径流(输沙)削减率的影响因素排序为梯田比>梯田集水区与流域面积比>田埂完整度,林草措施下影响因素排序为林草面积比>植被覆盖度>林草减水面积比.     

岔巴沟流域次暴雨坡面土壤侵蚀经验模型

坡面土壤流失预测、水保效益评估,无不需要坡面侵蚀模型。本文以岔巴沟流域坡面径流场降雨水文资料为基础,建立了次侵蚀性降雨坡面土壤侵蚀模型、次降雨坡面细沟侵蚀模型,并对各模型的精度进行了分析。结果发现模型具有较好的预报精度,对大侵蚀产沙事件预测很准;坡度、最大10分钟雨强、植被覆盖度是影响次侵蚀性降雨主要因子,坡度、最大10分钟雨强、降雨量是影响细沟侵蚀主要因子,植被覆盖对细沟侵蚀产沙影响很小。     

基于SWAT模型的大伙房水库汇水区农业非点源污染空间特性研究

应用SWAT模型对辽宁省大伙房水库汇水区农业非点源污染进行了模拟,利用2006~2009年的水文和水质监测数据对模型进行率定与验证。研究结果表明:研究区泥沙坡面产量为15.40×104t,属于微度侵蚀,其中耕地的土壤侵蚀模数最高,为475.84 t/(km2.a),疏林地次之,灌林地、有林地的土壤侵蚀模数较小;汇水区农业非点源氮、磷产生量分别为1 248.83 t和102.88 t;不同土地利用类型氮、磷的产生量差异较大,耕地远远高于林地等其他类型。总体上,流域农业非点源污染的产生量浑河流域高于苏子河流域,社河流域最小,且河流上游地区高于下游。研究结果揭示了研究区农业非点源污染空间分布特性,可以为水土保持和非点源污染防治提供基础支持。     

流域土壤侵蚀关键源区的效益评价

土壤关键源区是指流域内对侵蚀产沙量起决定性作用的区域,控制了关键区域的土壤侵蚀就能有效降低流域的侵蚀量,因此,在关键源区识别的基础上评价基于关键源区的水土流失治理的有效性是流域管理的关键问题.SWAT模型是流域关键源区识别的重要工具,但现有的基于SWAT模型的关键源区识别研究,鲜有对于关键源区水土流失治理效益的评价.本文以黄土高原丘陵沟壑区典型小流域羊道沟流域为例,基于SWAT模型模拟流域内的土壤侵蚀过程,根据HRUs土壤侵蚀模数的排序,将产沙量排在前20％的HRU提取为关键源区.在所提取的关键源区上设置合理的水土保持措施,再基于模型模拟评价水保措施的减沙效果.研究结果表明,SWAT模型能较好地模拟流域的产流产沙过程,所提取的关键源区集中分布在坡度较陡的沟坡和坡耕地.覆盖流域内20％面积的关键源区,其产沙贡献量达到44％.覆盖关键源区的水土保持措施的单位面积减沙量(24115 t km-2 y-1)要显著高于全流域治理的单位面积减沙量(20290 t km-2 y-1),说明基于关键源区布设水土保持措施,能有效提高流域土壤侵蚀控制效率.因此,在关键源区识别的基础上合理布设水土保持措施,是一种有效的流域治理方法.     

SWAT模型及其应用研究进展

SWAT（Soil and Water Assessment Tool）模型是近几年发展迅速、影响较大的水文模型,主要用于模拟预测各种管理措施及气候变化对水资源供给的影响,评价流域非点源污染等。本文通过对SWAT模型的发展历史及该模型在水文、气候变化、非点源污染和输入参数对模拟结果的影响等几个主要方面的研究,总结了模型的优势,以及在使用该模型时需要注意的主要问题。SWAT 模型在国内的应用主要侧重于水文及非点源污染研究,研究多是以模型作为手段,改进工作不多,建议今后根据研究区域的需要,对模型作相应的改进,以更好地服务于研究项目。     

黄土丘陵沟壑区小流域不同地类的侵蚀产沙模型

根据黄土丘陵沟壑区的侵蚀产沙规律，通过对晋西王家沟小流域1955—1980年的多年观测资料及多次人工模拟降雨资料分析，建立了不同地类侵蚀产沙关系式，包括坡面侵蚀产沙、黄土沟坡侵蚀产沙、红土沟坡侵蚀产沙、发育沟壁侵蚀产沙、洞穴侵蚀产沙等黄土丘陵沟壑区丰富的侵蚀产沙类型。利用GIS强大的空间分析功能，从DEM数据中提取出小流域水沙汇流网络，将水沙运移引入到侵蚀产沙模型的计算之中；模型对羊道沟22次降雨的计算结果表明：坡耕地是坡面的主要泥沙来源，陡坡地在全流域侵蚀产沙中占有重要地位，水沙汇流作用对下坡的侵蚀产沙具有重要影响。同时，选用了晋西汾河上游的阳湾小流域进行了模型的推广应用，取得了较好的预测效果。     

不同时空尺度下沟壑对流域侵蚀产沙的影响——以黄土丘陵沟壑区岔巴沟流域为例

基于DEM,分别以不同的沟壑发育所需的汇水面积为阈值,提取岔巴沟流域等6个不同空间尺度流域的沟壑.并求出不同级别沟壑的差值.结合黄河子洲观测站多年的水沙观测资料,分析不同级别的沟壑及沟壑的不同部位在不同时间尺度下对流域侵蚀产沙的影响.分析结果表明:沟壑密度并不是简单地随着流域面积的增大而减小.沟壑密度的空间尺度效应与所提取沟壑的级别有关;黄土丘陵沟壑区梁峁坡、沟坡的次暴雨产沙量占流域产沙总量的比重与降雨特性有关;重力侵蚀多发生在毛沟的中、上部及沟头处,而支沟、干沟主干道的沟坡比较稳定,且其发生的重力侵蚀对流域产沙的影响多为"无效"部分;沟壑发育汇水面积的阈值为1500、1800、2000个栅格提取的沟壑对流域侵蚀产沙的作用较大,同时沟壑对流域侵蚀产沙的影响与时间尺度有关,在多年平均尺度下,高级别沟壑只起到泥沙输送通道的作用.     

灞河流域非点源污染最佳管理措施模拟研究

运用SWAT模型对水土保持、减少化肥农药施用量、减少表层土壤施肥量比例、退耕还林及综合措施对于不同非点源污染在灞河流域的消减效果进行了模拟。结果表明:(1)水保措施对N、P、DDT的削减效果最高可达44.4%,相对而言对于溶解磷的削减效果不是很明显。(2)减少施肥量措施对溶解P、总P、NO3-N的削减率相对较高,而对于其它指标的削减效果不是很明显;减少农药施用量措施对DDT的削减效果较好,削减率可达50.92%。(3)减少表层土壤施肥量占总施肥量的比例措施对溶解P、总P的削减效果较为明显,而对于其它指标的削减效果不是很明显。(4)退耕还林措施对于各项指标都有着明显的削减作用。(5)综合措施对于各项指标均有着很好的削减作用,总体看来综合措施可大大减少流域内的非点源污染负荷,对于改善流域水环境质量可起到巨大的作用。研究为灞河流域非点源污染最佳管理措施的实施提供了明确实际的决策支持。     

沙漠沟谷暴雨洪水侵蚀产沙特征

在半干旱区的季节性沙漠沟谷，暴雨引发的洪水过程侵蚀产沙强度大，水土流失严重，对区域及下游河道生态造成严重威胁。以毛布拉孔兑的支沟苏达尔沟为研究对象，以苏达尔沟2011-2015年6次暴雨洪水事件的观测数据为基础，分析洪水流量、泥沙浓度及地表沉积物粒度特征，给出暴雨洪水侵蚀产沙输沙特征。结果表明：观测期间暴雨洪水侵蚀产沙量平均每次约37.69×10⁴ t，产沙模数为0.57×10⁴ t·km^-2；其中最大的洪水事件130721号暴雨洪水过程侵蚀产沙量高达90.47×10⁴ t，产沙模数达1.36×10⁴ t·km^-2。流域总侵蚀产沙以0.25~0.063 mm泥沙为主，约占总侵蚀量74%。洪水总侵蚀产沙量随暴雨产流强度增强而增加，同时下游沙漠沙地段产沙贡献比重也随之增加，风沙贡献也相应增大。坡面侵蚀约占暴雨洪水总侵蚀的4.37%，且主要集中在上游砒砂岩坡面。     

黄河中游多沙粗沙区流域坡面水保措施变化特征

选用Landsat TM、环境星CCD、SPOT4 和资源三号卫星影像等多源地学数据,通过人机交互式解译和修订土地利用与梯田数据,提出用相邻图幅递进回归分析法消除NDVI时相差异后反演植被盖度,构建起退耕还林还草面积比例、植被盖度均值变化量和有效梯田累计保存面积比例3 个坡面特征变化指示参数后,运用综合聚类分析和多要素贡献率模型研究黄河中游多沙粗沙区的流域坡面水保措施变化特征。结果表明：（1） 1998-2010 年间研究区内流域坡面水保措施变化显著,平均退耕还林还草面积比例为5.55%,平均林草植被盖度均值增加20.63%,平均有效梯田累计保存面积比例达6.25%;（2） 多要素水保措施变化共同作用下的流域坡面变化特征主要有7 种类型,即植被盖度变化主导型、植被—土地变化主导型、土地—植被变化主导型、植被—梯田变化主导型、梯田—植被变化主导型、梯田面积变化主导型和多要素变化共同主导型;（3） 不同类型的空间分布存在一定的地貌背景差异,后续研究应结合流域坡面变化特征及其地貌格局来优化配置水保措施,并合理估计水沙模型模拟的敏感性参数。     

黄土高原丘陵沟壑区单元流域次暴雨输沙模型

黄土高原尤其是黄土丘陵沟壑区土壤侵蚀异常严重,在该区开展单元流域产沙模拟对于流域侵蚀产沙及沟道系统泥沙输移比研究有着重要的意义。本文选取陕北岔巴沟单元流域团山沟为研究对象,利用1961-1969年间水文泥沙资料,构建了流域产沙模型:以流域输沙关系表达式Ms=CsH为理论框架,经分析发现洪峰流量、最大含沙量、平均流量与次洪含沙量相关性显著,近而以洪峰流量、平均流量、最大含沙量及径流深为模型变量,通过模拟误差分析,构建并选取了以径流深和洪峰流量、径流深和最大含沙量为变量的经验模型:Ms=H(109.2ln(Qz)+546.1);Ms=H(Cz-141.2)。与目前已有模型相比,以上模型具有很好的模拟效果,尤其是在模拟小产沙事件时模拟效果较好,模型在临近流域水旺沟上的应用效果也较好。另据研究发现,高含沙水流的存在,使得在不同产沙模数水平下产沙模拟响应机制不同,对产沙模数小于300 t/km2次暴雨事件,流量的对数函数拟合效果明显优于幂函数拟合;对产沙模数大于1000 t/km2次暴雨事件,流量的幂函数拟合效果好于对数函数拟合,但差异不大。     

AnnAGNPS模型动态及其应用进展

AnnAGNPS（Annualized Agricultural Non—point Pollutant Loading Model）是一个基于连续事件的分布式流域模型，与地理信息系统软件ArcView3．2a紧密集成，快速提取地面数据，不仅可以模拟非点源污染过程，还可以模拟多尺度流域的水、沙、输移与转化等水文过程。在介绍了该模型的原理、结构、功能及其研究进展后，探讨了模型存在的主要问题和应用前景。     

黄河中游生态水文模型及洪旱灾害风险评估

黄河中游地区生态环境脆弱,易受到严重的洪旱灾害威胁。近年来,在大规模梯田建设和植被恢复工程等人类活动影响下,黄河中游水土流失治理水平稳步提高,发挥了消洪抗旱减灾的作用。但与此同时,黄河中游植被建设导致土壤干层加剧、产流产沙下降,增加了干旱风险;城市扩张也导致城市化地区孕灾环境剧变,暴雨洪水风险增加。目前针对变化环境下流域水文—泥沙—植被协同演变机理的认识还不够清楚,需要充分考虑工程扰动后流域水文—泥沙—植被重新建立新平衡的过程,科学评估大规模梯田建设、植被恢复工程和城市扩张等人类活动对洪旱灾害风险的影响,发展变化环境下黄河中游智慧化生态水文模型,预估大规模人类活动对洪旱灾害的长期后继影响,为黄河中游生态建设与水利工程协调发展有效防范化解洪旱灾害风险提供科技支撑。     

基于GIS的小流域土壤侵蚀与产沙的简化模拟

将泥沙输移能力公式与USLE公式相结合,建立了一个简化的分布式小流域产沙模型,并将其应用于川中丘陵区小流域的土壤侵蚀与泥沙输移的空间分布模拟。得到的主要结论:1.该模型适用于川中丘陵区小流域产沙的模拟;2.魏城河流域1980—1987年8 a平均土壤侵蚀量为16.8×104t,侵蚀模数为675.8 t/(km2.a),模拟得到的输沙模数为238.6 t/(km2.a),泥沙输移比为0.35;3.魏城河流域主要以微度侵蚀为主,占到全流域总面积的68%,强度侵蚀占流域面积的1%,主要分布在坡度较陡的流域边缘地带;4.相对其他因子,降雨与坡度对该流域侵蚀产沙的影响更为突出。     

基于SWAT2000模型的流域氮营养素环境自净效率模拟--以杭埠-丰乐河流域为例

应用分布式非点源污染模型SWAT 2000对杭埠—丰乐河流域的水文、泥沙以及水质模拟进行校核,验证了模型在该研究区的适用性。对基于SWAT模型的氮营养素自净效率计算方法进行完善,即考虑流域本底情况,计算全流域和河流的自净效率分别为0.991和0.005;由于计算时无法考虑地下水的贡献和无法统计NH4 -N和NO2--N的入河负荷,实际河流氮营养素自净效率要高于计算值。给出流域氮营养素自净效率的月际变化特征;进一步计算各个亚流域的环境自净效率,获得其空间分布特征。     

岔巴沟流域次暴雨产沙统计模型

流域综合治理规划、防治土壤侵蚀、合理利用水沙资源 ,无不需要掌握流域产沙情况。流域产沙统计模型结构简单 ,计算方便 ,是现有产沙预报的强有力工具。本文以陕西省岔巴沟流域及其支流实测降雨水文资料为基础 ,系统地分析了流域产沙的降雨、径流、地貌因子在流域产沙中的作用 ,进而将影响产沙的因素概括为径流深、洪峰流量、流域面积、流域沟道密度 ,并作为产沙预报的指标 ,建立了岔巴沟流域次暴雨产沙的统计模型。经检验 ,该预报公式具有一定的精度。