三峽庫區(qū)黑溝流域泥沙和養(yǎng)分輸出定量分析與評價.pdf

1、農(nóng)業(yè)非點源污染(NSP，nonpoint source pollution)是三峽庫區(qū)水質(zhì)下降的主導(dǎo)因素，庫區(qū)農(nóng)業(yè)流域輸出的泥沙和氮磷養(yǎng)分是產(chǎn)生水污染的主要污染物。泥沙和養(yǎng)分輸出不但造成流域土壤生產(chǎn)力下降，而且還導(dǎo)致受納水體水質(zhì)惡化、水體功能下降及富營養(yǎng)化問題。三峽庫區(qū)流域尺度泥沙和養(yǎng)分定量分析與評價之研究還比較少，特別是與GIS耦合的、應(yīng)用于水文、泥沙和養(yǎng)分輸出的連續(xù)分布式模型研究尚未有先例。因此，基于連續(xù)分布式NSP模型，定量分析三

2、峽庫區(qū)黑溝流域泥沙和養(yǎng)分輸出及其時空分布規(guī)律，探索BMPs對流域NSP的控制效果，對三峽庫區(qū)水資源保護具有重要的現(xiàn)實意義。 本研究選擇三峽庫區(qū)黑溝小流域(HRW)為研究對象，依托國家林業(yè)局三峽庫區(qū)森林生態(tài)定位站之流域長期現(xiàn)場監(jiān)測資料數(shù)據(jù)和GIS工作平臺，建構(gòu)流域模型數(shù)據(jù)庫文件，使用連續(xù)分布式模型AnnAGNPS對流域進行徑流、泥沙和養(yǎng)分時空輸出模擬和效果評定，探索庫區(qū)條件下泥沙與養(yǎng)分BMPs綜合治理模式。 主要內(nèi)容：

3、 (1)流域數(shù)據(jù)庫的建構(gòu)。深入分析黑溝小流域降雨特征、進行流域SDU區(qū)劃、土壤參數(shù)的轉(zhuǎn)換、航片判讀解譯、土地利用分類等，建構(gòu)AnnAGNPS模型地理空間和屬性數(shù)據(jù)庫的理論與方法。 (2) DEM格網(wǎng)尺度對模型NSP輸出影響之分析。利用建構(gòu)的黑溝小流域模型數(shù)據(jù)庫和流域水文水質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù)，分析不同DEM格網(wǎng)尺度對模型徑流、泥沙和養(yǎng)分輸出的影響，探索在庫區(qū)流域條件下，模型尺度、DEM尺度與流域尺度之間的匹配。 (3

4、)流域空間參數(shù)在三峽庫區(qū)條件下的聚合效應(yīng)。參數(shù)聚合效應(yīng)對模型徑流、泥沙和養(yǎng)分輸出的影響，進而確定最優(yōu)泥沙與養(yǎng)分輸出的CSA(Critical Source Area)和MSCL(Minimum Source Channel Length)2個參數(shù)值的輸入值及其空間離散單元(SDU)尺度。 (4)模型NSP輸出之參數(shù)敏感性分析。采用修正的摩爾斯檢驗法對影響模型輸出之空間參數(shù)進行敏感性分析，確定泥沙與養(yǎng)分輸出之敏感參數(shù)。

5、 (5)模型模擬效率評定。使用決定系數(shù)(R2)、Nash—Sutcliffe模擬效率系數(shù)(E)、體積百分誤差(VE)3個統(tǒng)計參量，綜合評定模型在當前流域條件下校準與驗證時段之適宜性。 (6)當前流域條件下NSP各BMPs情景模式的實踐與評定。利用模型理論分析結(jié)果，評定流域作物、化肥施用水平、土地利用類型對NSP輸出削減效果，評定單項和組合BMPs情景之NSP削減效果。 主要結(jié)論： (1)5m格網(wǎng)尺度DEM可

6、滿足相似條件下三峽庫區(qū)小流域NSP輸出精度要求。不同格網(wǎng)尺度(DEM1.5 m～DEM12.5 m)對流域徑流量、洪峰流量、總氮輸出影響差異不顯著，但對泥沙、總磷、有機碳輸出影響差異顯著；AnnAGNPS模型在尺度較小坡度較大的農(nóng)林復(fù)合的研究流域條件下，不同格網(wǎng)尺度DEM均表現(xiàn)為，徑流、洪峰流量、總氮模擬輸出誤差較小，泥沙、總磷、有機碳模擬輸出誤差較大。 (2)流域土壤類型分布、土地利用方式等空間參數(shù)均發(fā)生了聚合效應(yīng)。參數(shù)聚合

7、效應(yīng)及模型輸出均隨流域SDU尺度變化而變化。SDU尺度聚合效應(yīng)對徑流量影響較小，對泥沙、總氮、總磷輸出影響較大；黑溝小流域尺度和三峽庫區(qū)條件下，徑流量、泥沙、養(yǎng)分輸出可接受誤差范圍內(nèi)的SDU平均面積分別為0.5～18 hm2、2～6 h㎡、0.5～6 h㎡。 (3)模型在校準期內(nèi)，徑流VE=5.0％，R2=0.93(P<0.05)，驗證期內(nèi)，VE=6.7％，R2=0.90(P<0.05)，模型對黑溝小流域徑流輸出模擬精度較高，

8、結(jié)果誤差均在可接受范圍之內(nèi)；校準期內(nèi)，黑溝小流域泥沙輸出VE=15.1％，R2=0.63(p<0.05)，驗證期內(nèi)VE=26.7％，R2=0.59(P<0.05)，泥沙輸出結(jié)果精度較低。對于黑溝小流域小型泥沙流失事件，模型預(yù)測值偏高，對大型泥沙流失事件，模型預(yù)測值偏低。對總氮輸出模擬R2=0.68(P<0.05)，略高于對總磷輸出模擬(R2=0.65，P<0.05)。一般地，AnnAGNPS模型對徑流模擬精度高于對泥沙和氮、磷等養(yǎng)分的輸

9、出模擬。作為一個較好的高級流域管理工具，AnnAGNPS模型可以在三峽庫區(qū)農(nóng)林復(fù)合流域地理條件下使用。 (4)黑溝小流域主要6類作物玉米、高粱、大豆、落花生等對削減泥沙和養(yǎng)分輸出差異不顯著；不同化肥施用水平(現(xiàn)有施肥水平用量，推薦施肥水平用量等)對削減徑流和泥沙輸出沒有影響，但對氮磷等養(yǎng)分輸出影響差異極為顯著；研究區(qū)條件下，AnnAGNPS模型可以用來預(yù)測單項和組合農(nóng)業(yè)流域管理措施(BMPs)對流域泥沙和養(yǎng)分輸出的影響，組合B