水文响应单元划分对SWAT模型总氮模拟效果的影响

为分析水文响应单元(HRU)划定要素的阈值选取对SWAT模型模拟的影响,以东苕溪上游区域为研究对象,对土地利用、土壤类型和坡度三要素设置5%～30%阈值范围,以5%为梯度形成18种方案,以纳什系数(NSE)和均方根差与标准偏差的比值(RSR)为主要评判指标,探究三要素划分阈值对SWAT模型总氮负荷模拟效果的影响。研究结果显示:较为粗放的坡度分级有利于缩小总氮模拟值与实测值的偏差,而土地利用和土壤类型在阈值较小的情况下,总氮模拟的效果较好;各种方案对总氮模拟的结果表明土地利用阈值变化对其影响最大,而耕地面积占比是主要的影响因素,土壤类型阈值的影响相对较小。综合18种方案的总氮模拟结果,土地利用阈值5%、土壤类型阈值5%、坡度分级阈值20%是相对最合适的HRU划分方案。     

子流域划分对农业面源污染模拟结果的影响

以云南省凤羽河流域为研究区域,选用SWAT2009模型来定量研究不同子流域划分水平对模型模拟结果的影响.研究表明:在不同的流域划分方案中,产流受到的影响较小,而对泥沙和营养物负荷的影响较大;就该流域而言,径流和泥沙负荷均存在较稳定的子流域划分水平,分别是85和175.而营养物负荷受到的影响较为复杂,但总氮和总磷的负荷量在子流域个数达到15时也趋于稳定;在该流域内,泥沙负荷随子流域划分水平改变主要是由河网密度和河道坡度的变化引起的.     

基于SWAT的汾河运城段非点源污染模拟与研究

【目的】对汾河运城段非点源污染进行模拟与分析,为该流域非点源污染控制提供依据。【方法】构建汾河运城段的非点源污染SWAT(Soil and water assessment tool)模型,根据河津水文站2005-2010年的实测逐月径流、泥沙和水质数据对模型进行率定和验证,并利用率定好的模型对研究区域的非点源污染进行模拟研究与分析。【结果】建立了包括土壤侵蚀、水文过程和污染负荷子模型的汾河运城段非点源污染模型,该模型对研究区域的适应性较好,可用于流域非点源污染的模拟研究;对非点源污染负荷时间分布规律的分析表明,研究区域各水文年的非点源污染负荷为丰水年平水年枯水年,而且发生在汛期(7-10月)的TN、TP流失量分别在60%和70%以上;对非点源污染空间分布特征的分析发现,研究区域内污染的关键区域主要为万荣与新绛县部分子流域,该部分区域降雨量、土壤侵蚀性均较大,并且坡度也相较其他区域大,因而产沙量相对较大,再加上农业活动的影响最终导致非点源污染相对较大,由此可见控制非点源负荷产出的关键在于减少流域的水土流失;对研究区域内TN、TP各类污染源贡献率进行分析可知,研究区域的非点源TN、TP负荷中分别有46.3%和53.5%为土壤养分流失所产生。【结论】汾河运城段非点源污染的控制重点在汛期(7-10月),采取相应措施减少水土流失、降低土壤养分流失、减少农业用肥量可以有效地控制研究区域的非点源污染。     

AnnAGNPS和SWAT模型对非点源污染的适用性研究——以中国科学院盐亭紫色土生态试验站为例

为了选取适合于紫色土流域的机理模型。同时为控制紫色土丘陵区的农业非点源污染。以及为三峡库区内非点源污染物输出与控制提供科学依据,本文将2种机理参数模型AnnAGNPS与SWAT运用到不同土地利用方式下的紫色土小流域,对地表径流和非点源污染物的输出模拟进行研究。通过适用性研究发现：2种模型对紫色土流域的径流量模拟效果最为理想,平均误差为-7.5％和2.9％;而模型对流域的泥沙模拟效果均不理想,误差较大;对于养分迁移的模拟,AnnAGNPS模型的模拟效果要好于SWAT模型。平均误差控制在10％左右。因此,AnnAGNPS模型更适合在紫色土典型流域进行模拟运用,可获得可信度较高的模拟结果。     

不同精度的土壤数据对水质和水量模拟的影响

【背景】模型模拟是研究面源污染的重要手段,建模过程中输入数据的质量是影响模型准确度的重要因素,其中土壤数据作为流域模型的重要输入数据之一,对模型的产流过程有重要的影响。然而,以往的研究多集中于土壤数据精度对水量和水文过程的影响,对水质的研究还比较欠缺。【目的】为丰富该领域建模的先验知识,为流域模型建立过程中的数据选择提供帮助。【方法】采用SWAT（soil & water assessment tool）模型,利用不同精度（1:5万、1:50万和1:100万）的土壤数据进行建模,对凤羽河流域的水量、泥沙、总氮和总磷含量进行了模拟。并采用SWAT-CUP软件进行参数的率定,得到基于3种不同土壤数据的最佳模拟结果。在此基础上,研究不同精度土壤数据对水文响应单元划分、模型参数、水质和水量模拟的影响。【结果】（1）土壤数据对水文响应单元（HRU,hydrologic response unit）的划分数量有明显影响,HRU划分数量的敏感性与划分阈值及土壤图详细程度有关;（2）进行参数率定后模型的表现效果有明显的提高,不同精度的土壤数据对于不同指标（流量、泥沙、总氮和总磷）的模拟效果存在差异,但并非土壤数据精度越高模拟效果越好;（3）随着子流域面积的增大,不同土壤数据提取的土壤属性的平均值趋于一致,且校准过程会对面积较小的子流域产生较大的影响。【结论】因此,在实际的模型模拟中应根据流域的大小和模拟的指标选择土壤数据的精度,同时在模型校准过程中要注意空间尺度的影响。     

不同精度的土壤数据对水质和水量模拟的影响

【背景】模型模拟是研究面源污染的重要手段,建模过程中输入数据的质量是影响模型准确度的重要因素,其中土壤数据作为流域模型的重要输入数据之一,对模型的产流过程有重要的影响。然而,以往的研究多集中于土壤数据精度对水量和水文过程的影响,对水质的研究还比较欠缺。【目的】为丰富该领域建模的先验知识,为流域模型建立过程中的数据选择提供帮助。【方法】采用SWAT(soilwater assessment tool)模型,利用不同精度(1:5万、1:50万和1:100万)的土壤数据进行建模,对凤羽河流域的水量、泥沙、总氮和总磷含量进行了模拟。并采用SWAT-CUP软件进行参数的率定,得到基于3种不同土壤数据的最佳模拟结果。在此基础上,研究不同精度土壤数据对水文响应单元划分、模型参数、水质和水量模拟的影响。【结果】(1)土壤数据对水文响应单元(HRU,hydrologic response unit)的划分数量有明显影响,HRU划分数量的敏感性与划分阈值及土壤图详细程度有关;(2)进行参数率定后模型的表现效果有明显的提高,不同精度的土壤数据对于不同指标(流量、泥沙、总氮和总磷)的模拟效果存在差异,但并非土壤数据精度越高模拟效果越好;(3)随着子流域面积的增大,不同土壤数据提取的土壤属性的平均值趋于一致,且校准过程会对面积较小的子流域产生较大的影响。【结论】因此,在实际的模型模拟中应根据流域的大小和模拟的指标选择土壤数据的精度,同时在模型校准过程中要注意空间尺度的影响。     

基于SWAT模型的三峡库区大流域不同土地利用情景对非点源污染的影响研究

非点源污染对三峡库区流域的水环境污染起到主导作用。本文将SWAT(Soil and Water Assessment Tool)模型应用于库区大尺度流域的污染模拟研究中,以2005年土地利用现状为基准设定了6种土地利用情景,定量分析了不同土地利用措施对非点源污染的控制效果。首先采用三峡库区流域2002—2008年的水文、水质实测数据对建立的SWAT模型进行率定与验证,径流、泥沙、营养盐的评价指标ENS均达到令人满意的效果,表明SWAT模型应用于三峡库区流域是可行的。不同土地利用情景的非点源影响模拟结果表明,通过退耕还林措施将25°、15°、6°以上的耕地转化为林地可达到较好的非点源污染消减效果,考虑库区地处贫困山区,25°以上耕地退耕还林更为经济、可行;相同区域的草地转化为林地所产生的非点源污染要远远小于转化为耕地而产生的污染物,因此应严格控制自然植被退化为耕地的现象发生,否则会严重加剧库区污染状况;库区扩大林地范围的方案要有计划性、针对性,可在减少坡耕地的基础上进行,该措施能最大限度地减少库区非点源污染。本研究所得结论为政府科学合理的制定三峡库区流域非点源污染控制方案提供了重要科技支撑。     

基于SWAT的滇池流域农业非点源污染空间分布特征研究

该研究应用SWAT模型对昆明市滇池流域进行了流域农业非点源污染负荷的模拟计算,利用昆明水文站干海子2008—2014年的实测日径流数据进行了模型的率定与验证,验证结果显示,SWAT模型适用于滇池流域。并且利用验证后的模型分析了2008—2014年滇池河流域年均的非点源污染空间分布特征,结果表明,有机氮和有机磷负荷输出的地区大体一致。总体上,滇池河流域农业非点源污染的较大负荷产生量集中在中部地区,少量分布在南北部角落其他地区输出负荷相对较少。     

基于SWAT模型新开发梯田模块的中国南方红壤区梯田水沙及养分流失模拟

【目的】采用SWAT模型新开发梯田模块对中国南方红壤区梯田的水沙和养分流失进行模拟,分析SWAT模型梯田模块在中国南方水土流失地区的适用性。【方法】采用SWAT模型中新开发的梯田模块,结合其全球应用验证,在初步对美国软埝验证的基础上,利用资料较全的位于中国南方红壤区的云南尖山河小流域2007-2008年典型径流小区降雨径流、侵蚀产沙和总氮实测资料,对隔坡梯田水沙及面源污染调控过程进行模拟与验证。【结果】SWAT模型梯田模块对红壤区径流、侵蚀产沙及总氮的模拟结果能满足模型精度要求。利用梯田模块对红壤区隔坡梯田结构进行的优化表明,在坡度小于18.58°,梯田单元坡长小于20m的坡地上修建平坡比大于1∶5的单阶地隔坡梯田,可满足容许土壤流失量的要求。【结论】基于SWAT模型开发的梯田模块能够反映中国南方红壤区梯田降雨径流泥沙养分的运移过程,为研究水土保持措施对流域水循环影响提供了新的技术支撑。     

基于SWAT模型的渭河咸阳-西安段非点源污染削减措施研究

【目的】针对渭河流域咸阳-西安段的非点源污染状况,模拟分析不同管理措施下非点源污染负荷的削减效果,为渭河流域的非点源污染控制与治理提供科学依据。【方法】构建渭河流域咸阳-西安段的非点源污染SWAT模型,利用2008-2016年逐月径流、水质及CMADS气象数据集等资料,对SWAT模型进行率定及验证,分析研究区内非点源污染特征;针对2016年研究区内非点源污染状况,设定4种管理措施,模拟验证不同管理措施在渭河流域咸阳-西安段对非点源污染负荷的削减效果。【结果】构建了渭河流域咸阳-西安段的非点源污染SWAT模型,该模型对研究区域具有较好的适用性和可靠性;2016年研究区域非点源总氮(TN)和总磷(TP)负荷的入河量分别为7 654.0和626.5 t,主要集中在蓝田县、长安区、临潼区、鄠邑区、旬邑县以及彬县部分子流域;通过实施化肥减量、集中设置沼气池和加强水土保持等3项措施,可分别削减7.57%～29.11%、0.54%～32.85%和0.4%～23.12%的非点源TN负荷以及2.59%～15.99%、0.45%～28.65%和0%～39.79%的非点源TP负荷;将上述3种管理措施整合在一起的综合管理措施的削减效果较单一措施明显提高,其可削减9.98%～50.68%的非点源TN负荷和5.25%～52.84%的非点源TP负荷。【结论】渭河流域咸阳-西安段非点源污染的重点控制时段在汛期(6-10月),重点控制区域是蓝田县、长安区、临潼区、鄠邑区、旬邑县以及彬县部分子流域;加强水土保持和化肥减量是有效控制该研究区域非点源污染的重要措施。     

SWAT模型在新蔡河流域面源污染研究中的应用

[目的]应用SWAT模型对新蔡河流域的径流、泥沙及面源污染负荷的产输出过程进行模拟计算。[方法]首先介绍了SWAT模型的原理,然后对模型径流参数和水质参数进行率定和验证,最后利用SWAT模型研究新蔡河流域的泥沙及面源污染负荷的产输出特性。[结果]SWAT模型基本合理可行,可用于新蔡河流域面源污染的模拟计算。模拟结果表明,丰水年泥沙和各种面源污染物负荷都比较大,平水年次之,枯水年最小,这说明泥沙和面源污染的产输出与当年的降雨径流量有关。[结论]该研究为流域面源污染的防治提供了科学依据。     

基于SWAT模型的紫色土丘陵区农业小流域非点源氮、磷输出模拟研究

【目的】农业非点源污染是造成水体富营养化的重要形式,紫色土丘陵区小流域农耕活动频繁,缺乏对农事操作所导致的氮、磷迁移通量的模拟和预测工具,从而难以针对小流域尺度氮、磷流失制定优化的非点源污染减控措施。【方法】本研究将SWAT运用在面积为12.36 km~2的典型紫色土丘陵区农业小流域。通过实测数据率定模型参数,模拟了小流域水文过程和氮、磷污染物迁移过程。【结果】SWAT2012能够很好地模拟每日径流、泥沙输出(决定系数R~20.60,纳什系数E_(ns)0.55),同时可模拟月步长氮、磷污染物输出过程(决定系数R~20.75,纳什系数E_(ns)0.72),说明SWAT模型可有效地进行丘陵区较小尺度小流域(10 km~2)面源污染输移模拟和预测。【结论】模拟结果可得出,氮、磷污染物的关键源区主要位于小流域沟谷区,通过建设河岸缓冲带可有效防止地表和地下径流途径的氮、磷损失。     

基于时间序列的农业非点源污染产出预测研究

选取三江平原蛤蟆通河流域作为研究区,利用SWAT模型农业非点源污染模拟结果,建立了农业非点源污染的季节性ARIMA模型,对未来3年农业非点源污染进行了预测,为非点源污染防治提供一定的理论依据。     

基于ＳＷＡＴ模型的图们江流域氮磷营养物非点源污染研究

运用数学模型模拟非点源污染物的空间分布及其输移转化机制,是当前农业非点源污染研究中的重要手段和途径之一.流域尺度长时段分布式水文模型SWAT(soil and water assessment tool)应用于我国南方许多流域的非点源污染模拟上都取得了较好的结果.利用SWAT模型建立了东北图们江流域非点源污染数据库,对该流域(中国一侧)划分为5个小流域46个水文单元,分别进行了水文模拟、降雨径流和土壤侵蚀量计算.结果表明,图们江流域农业非点源污染主要的发生区在流域中部,海兰河和布尔哈通河交界的区域内.该区内有机氮和有机磷的非点源污染负荷明显高于其他地区,推测认为该区域为延边州首府延吉市所在地,城市建设和经济发展带来了繁荣,也造成了局部地区的植被破坏、土地裸露,水保能力下降,因此水土流失现象比较严重.另外,通过分析流域内有机氮和有机磷的时空变化特征发现,2007年延吉、龙井地区为氮磷营养物非点源污染最大发生区(有机氮9.76t·a-1,有机磷1.24t·a-1),而2008年除延吉、龙井地区外,珲春地区有机氮和有机磷非点源污染均有加重的趋势(分别由1.39t·a-1上升到3.82t·a-1,0.17t·a-1上升到0.48t·a-1);氮磷营养物的空间分布特征表明,2007年与2008年除了延吉、龙井一带为最大发生区外,珲春地区有机氮流失有所加重(从1.39 t·a-1上升到3.81 t·a-1),有机磷流失也有所加重(0.17 t·a-1上升到0.48 t·a-1),而安图等地区则有所减轻.     

基于SWAT模型的流域非点源污染模拟——以密云水库北部流域为例

本文利用SWAT(Soil and Water Assessment Tools)模型,在GIS技术和流域数字高程模型的支持下,对北京密云水库北部区域进行了流域非点源污染模拟研究,建立了一套适用于SWAT模型的研究区非点源污染基础信息库;根据2000-2002年的气象、水文、水质等监测数据,对研究区非点源污染负荷的时空变化进行模拟.结果表明,在空间尺度上,白河流域产流(占总流域的47.75%)、产沙(占总流域的53.65%)最大,但潮河水系含沙量(占总流域的62.55%)最大;单位面积氮磷流失量最高区域在潮河水系的东部丘陵区安达木河控制流域,其次为西部山地区的白河水系控制流域, 流失量最低的区域出现在潮河水系中部冲积扇区主河道控制流域.在时间尺度上,8月份流量最大,占雨季总流量的51.48%;而硝态氮和矿物质磷在9月份输出最大, 分别占雨季总输出83.64%和50.55%.不同土地利用类型非点源污染流失负荷不同,不同土地利用类型非点源污染流失负荷不同,耕地负荷贡献最大,其次是农村居民点,林地的污染负荷贡献最小.     

基于GIS与SWAT的洱海流域农业非点源污染模拟研究

农业非点源污染是造成我国流域污染的主要原因之一,而数学模型是研究流域污染、水质分析与预测的主要技术手段。在综合分析目前非点源污染模型的优缺点后,选取当前较为先进和完善的分布式水文模型——SWAT模型,借助GIS、RS技术,开展洱海流域农业非点源污染模拟研究,了解洱海流域农业非点源污染状况,为洱海流域的综合治理和规划提供合理的参考和依据。     

洋河水库流域非点源污染迁移特性及流域数学模型的构建

【目的】分析河北秦皇岛市洋河水库流域N、P等主要污染元素的迁移特性,为洋河水库流域非点源污染入库前的治理提供参考。【方法】采用SWAT(soil and water assessment tool)模型,对秦皇岛市洋河水库流域内2008－2014年的径流及污染物迁移情况进行模拟,同时借助SWAT中的部分模块功能,应用Fortran语言建立流域污染物迁移扩散数学模型,模拟计算2015年流域污染状况并验证模型精确度。【结果】在2008－2014年,洋河水库流域年均非点源污染流失总量中,TN负荷总量为845.96 t,流失率为10.6%,其中有机氮负荷总量占91%;TP负荷总量为240.56 t,流失率为6.4%,其中有机磷负荷总量占40%,有机态污染物负荷量的空间分布与产沙量基本保持一致。数学模型计算结果表明,东洋河入口处2015年TN、TP质量浓度计算值分别为11.62,0.032 mg/L,TN、TP质量浓度实测值分别为10.80,0.024 mg/L,其中TN质量浓度模拟的相对误差为7.59%,TP质量浓度的绝对误差仅为0.008 mg/L。【结论】洋河水库流域内的有机态污染源是主要流失源,其中有机氮、有机磷主要通过土壤流失入河;经验模型模拟对洋河水库流域径流及污染状况的模拟精度较高,可以满足区域非点源污染的治理需求。     

基于SWAT模型的植草河道对非点源污染控制效果的模拟研究

以三峡库区香溪河流域为研究区,基于SWAT模型,通过收集整理香溪河流域2011年DEM、土壤、土地利用数据和1970—2011年的气象数据,在模型得到满意的率定和验证的基础上,模拟分析了流域内农业非点源污染的空间分布特征,评价了植草河道措施对于农业非点源污染的削减效果。模拟结果表明,SWAT模型能够较好地模拟研究区非点源污染,研究区TN和TP污染负荷集中分布在南阳水系,以及古夫、高岚水系的下游区域。全流域TN和TP污染总负荷分别高达1388t和239t。实施植草河道措施之后,TN和TP污染负荷分别降到1120t和157t,共削减了16.7%的TN负荷和34%的TP负荷。因此,从控制效果来看,植草河道能够很好地控制三峡库区香溪河流域的农业非点源污染,尤其是对TP污染控制效果更加明显。     

滦河流域承德市非点源污染遥感模型评估分析

本研究采用遥感分布式非点源污染评估模型（DPeRS）,对滦河流域承德市非点源污染负荷的空间分布特征和污染来源进行遥感像元尺度评估分析,进一步识别非点源污染优控单元,并探讨分析了非点源污染贡献率及影响因子。结果表明:污染量上,2019年滦河流域承德市总氮（TN）、总磷（TP）、氨氮（NH₄⁺-N）和化学需氧量（COD_Cr）非点源污染排放负荷分别为0.12、0.014、0.06 t·km^-2和0.05 t·km^-2,入河量分别为119.6、7.8、70.3 t和49.8 t;污染类型上,滦河流域承德市氮型（TN和NH₄⁺-N）非点源污染的主要来源是农田径流,TP主要是来自农田径流和水土流失,COD_Cr主要污染来源是畜禽养殖;空间分布上,滦河流域承德市非点源污染高负荷区主要分布在流域的中部和南部地区,TN和NH₄⁺-N的非点源污染优控单元面积占比均达到65%以上,而TP为整个区域需防控的非点源污染指标。降水量与氮磷非点源污染入河负荷相关性较好,丰水期TN和TP非点源污染对河流中氮磷污染的贡献率分别为33%和50%;控制单元内耕地和林地面积占比与水土流失型氮磷非点源污染排放负荷的决定系数均超过0.5。因此,重点应从源头上防范丰水期非点源污染排放,建议进一步加强水土保持工作,以减少林草天然源水土流失引发的非点源污染排放,同时也应加强农田养分管理以减少养分流失。     

西安市供水水源非点源磷污染控制研究

磷是淡水生态系统中最重要的限制因素,要防治水体的富营养化,最关键的是要对磷的来源加以控制。以西安市主要供水水源黑河流域为例,分别选取适当的算法对USLE方程及SCS径流模型中各个参数进行了率定,利用SWAT分布式模型中对磷负荷的估算方法,对非点源磷负荷进行了定量研究。结果表明,文中所采用的估算方法较为合理,适合黑河流域非点源污染磷负荷的计算;全流域每年因降雨径流所产生的非点源磷污染总量为13.451t,对流域水环境及金盆水库的水质产生了不良影响;马召乡四村、厚畛子乡、甘浴湾乡、安家岐以及沙梁子乡对流域非点源磷污染贡献较高,是非点源污染控制的关键源区;退耕还林还草,增加植被覆盖度,减少农事活动和营养物累积量是削减和控制流域非点源磷污染的主要措施。