陳巖 趙琰鑫 趙越 王東 白輝, 郭懷成

基于 SWAT 模型的江西八里湖流域氮磷污染負(fù)荷研究

陳巖1趙琰鑫1趙越1王東1白輝1,?郭懷成2

1.生態(tài)環(huán)境部環(huán)境規(guī)劃院, 長江經(jīng)濟(jì)帶生態(tài)環(huán)境聯(lián)合研究中心, 北京 100012; 2.北京大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院, 北京 100871; ?通信作者, E-mail: baihui@caep.org.cn

基于 SWAT 模型, 通過社會(huì)調(diào)查和統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)獲取模型所需的空間數(shù)據(jù)及污染源輸入數(shù)據(jù), 構(gòu)建江西八里湖流域的氮磷負(fù)荷模擬模型, 并利用當(dāng)?shù)?2010—2014 年的氣象、徑流和水質(zhì)觀測資料, 對(duì)模型進(jìn)行率定和驗(yàn)證。依據(jù)該模型, 分別在時(shí)間和空間上對(duì)研究流域的氮磷污染物分布進(jìn)行模擬。結(jié)果表明: 流域氮磷污染主要來自城鎮(zhèn)生活源、農(nóng)田施肥和畜禽養(yǎng)殖, 工業(yè)源最少; 氮磷負(fù)荷主要集中在汛期(5—9 月), 占全年的55%, 汛期污染負(fù)荷主要受農(nóng)村生活和農(nóng)業(yè)施肥的面源影響, 隨著降水增大等因素導(dǎo)致沖刷作用增強(qiáng), 徑流中總氮和總磷的負(fù)荷也隨之增大。氮磷等營養(yǎng)物負(fù)荷主要分布在流域內(nèi)人口密集的九江縣、潯陽區(qū)和廬山區(qū), 與對(duì)應(yīng)區(qū)域大量城鎮(zhèn)生活污水的排放相關(guān)。

SWAT模型; 非點(diǎn)源污染; 負(fù)荷結(jié)構(gòu); 八里湖流域; 營養(yǎng)鹽

水資源是國家和社會(huì)發(fā)展的重要戰(zhàn)略資源, 水資源保護(hù)和水污染問題一直是各國關(guān)注的重點(diǎn)。由于社會(huì)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展和人口的快速增長, 我國水環(huán)境污染形勢十分嚴(yán)峻。如何有效地控制各種污染源的排放, 是水環(huán)境質(zhì)量改善的關(guān)鍵問題。以流域?yàn)槌叨鹊狞c(diǎn)源和非點(diǎn)源污染負(fù)荷的精確核算是流域水污染控制的先決條件, 也是流域水污染控制管理的主要依據(jù)。但是, 由于流域內(nèi)各環(huán)境要素的差異性, 給污染物排放量核算帶來一定的困難。

目前, 流域污染負(fù)荷核算的主要方法包括排放清單法和環(huán)境模型法。其中, 排放清單法主要基于經(jīng)濟(jì)社會(huì)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)和排放系數(shù)等來核算研究區(qū)內(nèi)污染源的排放量。王剛等[1]基于最新源排放清單, 解析北京市當(dāng)前主控污染物 COD 和氨氮排放的結(jié)構(gòu)特征和空間特征。陳學(xué)凱等[2]基于輸出系數(shù), 對(duì)程海流域溶解態(tài)氮磷入湖污染負(fù)荷進(jìn)行解析。彭亞輝等[3]基于輸出系數(shù)法及等標(biāo)污染負(fù)荷法, 全面解析湘江流域長株潭段水污染負(fù)荷時(shí)空分布規(guī)律及成因。Zhang 等[4]基于輸出系數(shù)法, 解析南四湖流域非點(diǎn)源氮磷負(fù)荷貢獻(xiàn)。國內(nèi)外多數(shù)研究通過環(huán)境模型對(duì)流域尺度的污染物負(fù)荷進(jìn)行模擬研究[5-10]。匡舒雅等[8]基于 L-THIA 模型, 對(duì)四川省瀨溪河流域非點(diǎn)源污染負(fù)荷進(jìn)行分析。邱瑀等[9]基于一維水質(zhì)模型(Qual2Kw), 對(duì)湟水流域氨氮和總氮污染負(fù)荷進(jìn)行解析。Bai 等[10]基于 EFDC 和數(shù)值源解析模型, 對(duì)湖泊流域污染源氮磷污染貢獻(xiàn)進(jìn)行解析。

本研究以我國長江中下游的江西八里湖流域?yàn)閷?duì)象, 進(jìn)行流域污染負(fù)荷的模擬研究。作為城鎮(zhèn)聚集區(qū), 八里湖流域不僅承載著人類生活、工業(yè)企業(yè)等點(diǎn)源污染物, 流域內(nèi)還有大量的農(nóng)田以及畜禽養(yǎng)殖場為主的面源污染物的排放, 是進(jìn)行流域水污染研究的典型區(qū)域。本研究通過社會(huì)調(diào)查和統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù), 獲取研究區(qū)的氣象、水文、污染源和下墊面數(shù)據(jù), 構(gòu)建流域 SWAT 模型, 通過模型分析流域尺度內(nèi)的點(diǎn)源、面源的時(shí)間和空間分布特征, 以期為流域水污染控制和水質(zhì)改善提供科學(xué)依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

八里湖位于江西九江市中心城區(qū)西側(cè), 毗鄰廬山, 由廬山西麓數(shù)支澗水匯聚而成。周邊為山地丘陵、灘涂和汊港, 地勢平整。八里湖現(xiàn)有水面面積約 18km2, 匯水面積約 316.5km2, 湖區(qū)南北長、東西窄(圖 1)。流域主要河流有十里河和沙河, 經(jīng)城市核心區(qū)進(jìn)入八里湖新區(qū), 并匯入八里湖。十里河為流經(jīng)九江城區(qū)的一條河流, 濂溪河為十里河支流, 沙河穿過九江縣城最終在西南方向流域八里湖。北部有新開河, 溝通八里湖和長江。八里湖流域地處中亞熱帶向北亞熱帶的過渡區(qū), 氣候溫和, 四季分明, 年平均氣溫為 16~17oC。流域雨量充沛, 年降雨量為 1200mm 左右, 雨量年內(nèi)分配不均勻, 年降水量的 40%~50%集中在第二季度。多年平均徑流的深度在 400~1000mm之間[11]。

圖1 八里湖流域地理位置、DEM、水系及水文氣象觀測點(diǎn)分布

隨著九江市城市發(fā)展戰(zhàn)略的轉(zhuǎn)移, 八里湖已逐漸成為城市內(nèi)湖, 八里湖流域水環(huán)境問題也日益凸顯, 流域水環(huán)境現(xiàn)狀不容樂觀, 水環(huán)境保護(hù)面臨較為嚴(yán)峻的形勢。

2 材料與方法

2.1 SWAT模型構(gòu)建

SWAT (soil and water assessment tool)是由美國農(nóng)業(yè)部農(nóng)業(yè)研究中心開發(fā)的分布式水文和水質(zhì)耦合模型[12-13], 可用于模擬地表水及地下水的水質(zhì)狀況。該模型可根據(jù)研究區(qū)土地利用類型、土壤類型和坡度, 將流域細(xì)分為水文響應(yīng)單元(hydrological response unit, HRU), 并以 HRU 為基本水文計(jì)算單元, 模擬流域尺度的徑流、泥沙和氮磷等營養(yǎng)物的運(yùn)移和輸送過程[14-16]。SWAT 模型利用 EPIC 模型, 對(duì)水體中的氮磷循環(huán)過程分別進(jìn)行模擬。氮在水循環(huán)過程中分為有機(jī)氮、作物氮和硝酸氮 3 種形態(tài), SWAT 模型通過模擬徑流、側(cè)流和入滲水文過程, 進(jìn)而推算各種形態(tài)氮的遷移轉(zhuǎn)化過程, 主要包括生物的固氮作用、有機(jī)氮向無機(jī)氮的轉(zhuǎn)化、溶解性氮在壤中流的遷移以及氨氮的揮發(fā)擴(kuò)散等過程。磷元素的循環(huán)過程則主要考慮溶解態(tài)磷和吸附態(tài)磷, 同時(shí)考慮磷的流失以及作物生長的吸收。

在結(jié)合歷年統(tǒng)計(jì)資料和環(huán)境調(diào)查的基礎(chǔ)上, 本研究詳細(xì)地分析流域內(nèi)的社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展?fàn)顩r以及各污染源的排污情況。通過 SWAT 模型, 建立流域水文和水質(zhì)模型, 研究八里河流域水污染物符合的空間和時(shí)間分布特征。

首先將 2010—2014 年流域內(nèi) 3 個(gè)氣象站點(diǎn)(九江站、九江縣站和廬山站)的氣象數(shù)據(jù)作為模型的驅(qū)動(dòng)數(shù)據(jù), 將 2010—2011 年流域入湖口流量站的河流流量監(jiān)測數(shù)據(jù)作為模型的驗(yàn)證數(shù)據(jù), 對(duì)參數(shù)進(jìn)行率定, 并利用 2012—2014 年流量數(shù)據(jù)進(jìn)行模型驗(yàn)證。選用 Nash-Sutcliffe 效率系數(shù)ns和確定系數(shù)2為模型率定標(biāo)準(zhǔn)。在≤1 的范圍內(nèi),ns和2值越大, 表明模型模擬結(jié)果越好。利用 SWAT-CUP 軟件對(duì)模型進(jìn)行參數(shù)優(yōu)選, 利用入湖口觀測月徑流量, 通過 LHS-OAT (Latin hypercube sampling one-factor- at-a-time)方法進(jìn)行參數(shù)敏感性分析。

2.2 數(shù)據(jù)來源

構(gòu)建 SWAT 模型所需的主要數(shù)據(jù)有空間數(shù)據(jù)、土壤屬性數(shù)據(jù)、土地利用類型和水文氣象數(shù)據(jù)[17]。

1)空間數(shù)據(jù)。利用中國科學(xué)院地理空間數(shù)據(jù)云平臺(tái)提供的 STRM 30m×30m 分辨率數(shù)字高程模型(DEM)數(shù)據(jù)(圖 1), 此數(shù)據(jù)用于提取八里湖流域的水系、地形坡度以及子流域的劃分。

2)土壤屬性數(shù)據(jù)。土壤類型分布數(shù)據(jù)采用聯(lián)合國糧農(nóng)組織構(gòu)建的 1:100 萬 HWSD 數(shù)據(jù)庫[18]、FAO1990 土壤分類系統(tǒng)[19]和中國土壤分類系統(tǒng)[20], 通過美國華盛頓大學(xué)開發(fā)的土壤水特性軟件 SPAW (Soil-Plant-Air-Water)計(jì)算土壤的屬性數(shù)據(jù), 進(jìn)而得到八里湖流域內(nèi)土壤類型和土壤屬性及其分布, 如圖2所示。

3)土地利用數(shù)據(jù)。來源于 2014 年九江市城市和農(nóng)村土地調(diào)查數(shù)據(jù)庫, 根據(jù)土地利用分類系統(tǒng)進(jìn)行分類, 得到流域土地利用分布情況(圖3)。

4)水文氣象數(shù)據(jù)。采用九江、九江縣和廬山 3個(gè)測站(位置見圖 1)的氣象數(shù)據(jù), 主要包括日最高(最低)氣溫、日相對(duì)濕度、日降水量、日平均風(fēng)速和太陽輻射量數(shù)據(jù)。流量數(shù)據(jù)為八里湖入湖口徑流的月均流量監(jiān)測數(shù)據(jù)。水文氣象數(shù)據(jù)時(shí)間序列均為2010—2014年。

5)其他數(shù)據(jù)。八里湖流域主要種植物有水稻、小麥等糧食作物, 油菜、芝麻等油料作物以及蔬菜、棉花等經(jīng)濟(jì)作物。氮肥主要為尿素, 磷肥主要為磷酸鈣。

根據(jù)《2013 九江統(tǒng)計(jì)年鑒》, 將流域內(nèi)城鎮(zhèn)生活用水和污水處理廠排污、工廠企業(yè)以及規(guī)模化集中畜禽養(yǎng)殖的污染物排放量計(jì)為點(diǎn)源污染源。非點(diǎn)源主要包括農(nóng)田施肥, 農(nóng)村生活分散污水以及畜禽糞便等排放。對(duì)點(diǎn)源和非點(diǎn)源分別進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和計(jì)算, 其總氮總磷排放量列于表1。

利用空間數(shù)據(jù)輸入模型, 通過 DEM 自動(dòng)提取流域水系以及子流域, 同時(shí)根據(jù)子流域的土壤類型、土地利用以及地形坡度, 生成相應(yīng)的水文相應(yīng)單元。本研究中八里湖流域分為 27 個(gè)子流域, 616個(gè)水文響應(yīng)單元[21](圖2)。

3 結(jié)果分析

3.1 SWAT模型率定與驗(yàn)證

根據(jù)自動(dòng)率定結(jié)果, 得到八里湖流域 SWAT 模型參數(shù)的最優(yōu)值(表 2), 率定期的評(píng)價(jià)參數(shù)ns和2值分別為 0.85 和 0.60; 驗(yàn)證期值的ns和2值分別為 0.83 和0.58, 表明模型模擬結(jié)果較好。

數(shù)字為子流域編號(hào)

圖3 八里湖流域土地利用分類

由于缺乏長時(shí)間序列的泥沙和水質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù), 本研究只對(duì)流域的總氮模擬過程進(jìn)行校準(zhǔn)。結(jié)果表明, 總氮的模擬誤差在 30%左右, 基本上反映實(shí)際情況。

3.2 流域主要污染源負(fù)荷模擬

由污染源氮磷產(chǎn)生量的統(tǒng)計(jì)情況可知八里河流域主要污染源的排序情況: 城鎮(zhèn)生活>農(nóng)業(yè)施肥及養(yǎng)殖>農(nóng)村生活源>污水處理場>規(guī)?；笄蒺B(yǎng)殖源>工業(yè)。通過 SWAT 模型的點(diǎn)源和非點(diǎn)源輸入, 對(duì)八里湖流域 2011—2014 年總氮、總磷等污染負(fù)荷進(jìn)行模擬, 模擬結(jié)果按照子流域的年均總量分布如圖 4 所示。可以看出, 總氮和總磷的分布區(qū)域與主要污染源總氮總磷污染輸出地情況符合, 主要分布在流域內(nèi)人口密集的九江縣(子流域編號(hào) 18)以及潯陽區(qū)(子流域編號(hào) 1, 4)和廬山區(qū)(子流域編號(hào) 7, 8)這 3 個(gè)城鎮(zhèn)人口聚集區(qū)及其周邊的農(nóng)村人口聚集地。流域內(nèi)總氮和總磷高污染負(fù)荷區(qū)均為人類活動(dòng)聚集地區(qū)。在流域內(nèi)森林和植被覆蓋度較高的地區(qū), 人口較少, 生活和工業(yè)污染源少, 所以污染負(fù)荷相對(duì)較低?？偟膩碚f, 總氮和總磷的污染負(fù)荷與流域內(nèi)土地利用類型分布較為一致, 城鎮(zhèn)區(qū)域是污染物的主要負(fù)荷區(qū)。實(shí)地調(diào)查發(fā)現(xiàn), 由于八里湖流域城鎮(zhèn)生活污水中只有少量進(jìn)入污水處理廠處理, 無管網(wǎng)的區(qū)域作為點(diǎn)源污染源污水直排河道; 部分有管網(wǎng)的區(qū)域由于污水處理廠處理能力不夠, 也未進(jìn)入污水處理廠處理, 有溢流進(jìn)入河道。

表1 八里湖流域不同污染源氮磷產(chǎn)量及其比例

表2 八里湖流域SWAT模型參數(shù)率定

圖4 八里湖流域年均總氮和總磷空間分布

3.3 流域污染負(fù)荷的時(shí)間分布

八里河流域?qū)儆陂L江中下游地區(qū), 每年 5—9月降水量驟增, 為流域的汛期。從圖 5 看出, 隨著汛期來臨, 河流徑流量逐漸增大, 5—9 月的平均徑流量為 15.3m3/s, 是非汛期(10 月—次年 4 月)平均流量8.3m3/s的近兩倍。

圖5 八里湖流域月均徑流量與流域總氮、總磷負(fù)荷對(duì)比

3.4 流域污染負(fù)荷的空間分布

非點(diǎn)源的污染物負(fù)荷有較強(qiáng)的空間差異性, 與研究區(qū)的降雨量、土壤屬性和植被利用類型等密切相關(guān)[12,24]。通過 SWAT 模型輸出各子流域污染物負(fù)荷, 對(duì)八里湖流域非點(diǎn)源污染的空間分布進(jìn)行研究, 可以識(shí)別出對(duì)非點(diǎn)源污染物比較敏感的區(qū)域。本研究結(jié)合土地利用類型在流域內(nèi)的空間分布情況, 對(duì)有機(jī)氮、有機(jī)磷負(fù)荷的空間分布進(jìn)行對(duì)比分析。圖6 顯示 SWAT 模型的面源污染輸出結(jié)果, 與總氮、總磷的總負(fù)荷分布情況不同, 面源引起的有機(jī)氮和有機(jī)磷在城鎮(zhèn)地區(qū)污染負(fù)荷相對(duì)較低, 其污染負(fù)荷主要分布于城鎮(zhèn)周圍地區(qū)(子流域編號(hào) 16, 17, 25 和26), 這些地區(qū)多是農(nóng)田與家畜養(yǎng)殖的主要分布區(qū)域, 污染源主要來自農(nóng)田施肥、水產(chǎn)養(yǎng)殖和畜禽的污染物排放。

圖6 八里湖流域面源年均有機(jī)氮和有機(jī)磷空間分布

4 結(jié)論

本文通過 SWAT 模型對(duì)八里湖氮磷污染負(fù)荷的應(yīng)用研究, 發(fā)現(xiàn)八里湖流域氮磷負(fù)荷的區(qū)域性特征和結(jié)構(gòu)性特征比較明顯。八里湖流域氮磷污染負(fù)荷主要貢獻(xiàn)來源于城鎮(zhèn)生活、農(nóng)業(yè)施肥、養(yǎng)殖及農(nóng)村生活等污染源, 污染負(fù)荷來源與流域的經(jīng)濟(jì)發(fā)展特點(diǎn)基本上吻合。氮磷負(fù)荷主要集中在每年的汛期(5—9 月), 汛期總氮和總磷排放量分別占全年的50%和 53%, 是流域氮磷營養(yǎng)物質(zhì)的集中排放期。氮磷負(fù)荷主要分布在流域的廬山區(qū)、潯陽區(qū)及九江縣的城區(qū), 均為城鎮(zhèn)地區(qū)。在流域其他區(qū)域(尤其是林地地區(qū)), 總磷和總氮的污染負(fù)荷較少。

為了有效地改善八里湖流域水環(huán)境質(zhì)量, 須重點(diǎn)加強(qiáng)流域城鎮(zhèn)生活源的控制, 加強(qiáng)流域內(nèi)城鎮(zhèn)生活污水管網(wǎng)建設(shè), 提高城鎮(zhèn)集中生活污水處理廠的運(yùn)行效率。此外, 應(yīng)在汛期加強(qiáng)對(duì)初期雨水的收集處理及城市污水管網(wǎng)和污水處理廠的管理, 并提高汛期農(nóng)業(yè)面源的污染防治力度, 減少汛期農(nóng)村生活源和農(nóng)業(yè)面源對(duì)流域水環(huán)境的影響。

本研究對(duì)八里湖流域氮磷污染負(fù)荷的解析可為該流域水環(huán)境保護(hù)規(guī)劃的制定和實(shí)施提供精確的治污方向, 是當(dāng)前流域水質(zhì)目標(biāo)精細(xì)化管理實(shí)施的重要環(huán)節(jié)之一, 對(duì)于其他典型城市湖泊氮磷污染負(fù)荷解析和水污染防治對(duì)策的制定也可有很好的借鑒作用。

本研究的不足之處主要是流域污染負(fù)荷的解析結(jié)果未能與行政區(qū)相結(jié)合, 在實(shí)際應(yīng)用中需進(jìn)行二次處理匹配, 這是因?yàn)?SWAT 模型的結(jié)果主要由基于水文單元的響應(yīng)得出, 與行政區(qū)范圍不是一 一對(duì)應(yīng)的關(guān)系。在未來的研究中還需建立污染負(fù)荷與水質(zhì)斷面的直接響應(yīng)關(guān)系, 確定其對(duì)水質(zhì)的直接貢獻(xiàn)。

[1]王剛, 潘濤, 齊珺, 等. 北京市主要水污染物排放特征及水質(zhì)改善對(duì)策. 中國環(huán)境監(jiān)測, 2016, 32(2): 81-88

[2]陳學(xué)凱, 劉曉波, 彭文啟, 等. 程海流域非點(diǎn)源污染負(fù)荷估算及其控制對(duì)策. 環(huán)境科學(xué), 2018, 39(10): 77-88

[3]彭亞輝, 周科平, 蔣俊偉. 湘江流域長株潭段水污染負(fù)荷時(shí)空分布規(guī)律及成因. 中國農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào), 2018, 23(9): 108-116

[4]Zhang Baolei, Cui Bohao, Zhang Shumin, et al. Source apportionment of nitrogen and phosphorus from non-point source pollution in Nansi Lake Basin, China. Environmental Science and Pollution Research, 2018, 25(19): 101-113

[5]Mehdi B, Ludwig R, Lehner B. Simulated future changes of extreme nutrient loads in a mesoscale agricultural watershed in Bavaria. Bodenkultur, 2016, 67(2): 77-90

[6]Tasdighi A, Arabi M, Osmond D L. The relationship between land use and vulnerability to nitrogen and phosphorus pollution in an urban watershed. Journal of Environmental Quality, 2017, 46(1): 113-122

[7]陳丹, 張冰, 曾逸凡, 等. 基于 SWAT 模型的青山湖流域氮污染時(shí)空分布特征研究. 中國環(huán)境科學(xué), 2015, 35(4): 1216-1222

[8]匡舒雅, 李天宏, 趙志杰. 基于 L-THIA 模型的四川省瀨溪河流域非點(diǎn)源污染負(fù)荷分析. 環(huán)境科學(xué)研究, 2018, 31(4): 688-696

[9]邱瑀, 盧誠, 徐澤, 等. 湟水河流域水質(zhì)時(shí)空變化特征及其污染源解析. 環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào), 2017, 37(8): 2829-2837

[10]Bai Hui, Chen Yan, Wang Dong, et al. Developing an EFDC and numerical source-apportionment model for nitrogen and phosphorus contribution analysis in a lake basin. Water, 2018, 10(10): 1315-1331

[11]羅嗣德. 九江統(tǒng)計(jì)年鑒. 九江: 九江市統(tǒng)計(jì)局, 2014

[12]Arnold J G, Williams J R. Validation of SWRRB — simulator for water resources in rural basins. Journal of Water Resources Planning and Management, 1987, 113(2): 243-256

[13]Williams J R, Nicks A D, Arnold J G. Simulator for water resources in rural basins. Journal of Hydraulic Engineering, 1985, 111(6): 970-986

[14]Godwin D C, Jones C A, Ritchie J T, et al. The water and nitrogen components of the CERES models // Proceedings of the International Symposium on Mini-mum Data Sets for Agrotechnology Transfer. Patan-cheru, 1984: 101-106

[15]Reddy K R, Khaleel R, Overcash M R, et al. A nonpoint source model for land areas receiving animal wastes: II. Ammonia volatilization. Transactions of the ASAE, 1979, 22(6): 1398-1405

[16]Jones C A, Cole C V, Sharpley A N, et al. A simplified soil and plant phosphorus model: I. documentation. Soil Science Society of America Journal, 1984, 48(4): 800-805

[17]王中根, 劉昌明, 左其亭, 等. 基于 DEM 的分布式水文模型構(gòu)建方法. 地理科學(xué)進(jìn)展, 2002, 21(5): 430-439

[18]Fischer G F, Nachtergaele S, Prieler H T, et al. Global agro-ecological zones assessment for agriculture (GAEZ 2008). Laxenburg: IIASA , 2008

[19]聯(lián)合國糧農(nóng)組織. 世界土壤資源報(bào)告: FAO-UNESCO 世界土壤圖圖例(修訂版). 羅馬: FAO, 1996: 60

[20]中國土壤系統(tǒng)分類課題研究協(xié)作組. 中國土壤系統(tǒng)分類. 北京: 科學(xué)出版社, 1992

[21]李碩. GIS 和遙感輔助下流域模擬的空間離散化與參數(shù)化研究與應(yīng)用[D]. 南京: 南京師范大學(xué), 2002

[22]劉博, 徐宗學(xué). 基于 SWAT 模型的北京沙河水庫流域非點(diǎn)源污染模擬. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào), 2011, 27(5): 52-61

[23]宋林旭, 劉德富, 肖尚斌, 等. 基于 SWAT 模型的三峽庫區(qū)香溪河非點(diǎn)源氮磷負(fù)荷模擬. 環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào), 2013, 33(1): 267-275

[24]王中根, 劉昌明, 黃友波. SWAT模型的原理、結(jié)構(gòu)及應(yīng)用研究. 地理科學(xué)進(jìn)展, 2003, 22(1): 79-86

Estimating Nitrogen and Phosphorus Pollution Load in Bali Lake Basin of Jiangxi Province Based on SWAT Model

CHEN Yan1, ZHAO Yanxin1, ZHAO Yue1, WANG Dong1, BAI Hui1,?, GUO Huaicheng2

1. United Center for Eco-Environment in Yangtze River Economic Belt, Chinese Academy for Environmental Planning, Beijing 100012; 2. College of Environmental Sciences and Engineering, Peking University, Beijing 100871;? Corresponding author, E-mail: baihui@caep.org.cn

The simulation of nitrogen (N) and phosphorus (P) pollution load structure in Bali Lake basin was performed by SWAT model using the spatial and attribute database acquired through social survey and statistical data. The model was applied and validated based on the data of meteorology, runoff and water quality from 2010 to 2014. The spatial-temporal distribution of N and P in the basin was also studied. The results showed that the urban life was the most important source of N and P load, following by agriculture and livestock breeding pollution source, and the least was industry pollution source. The annual TN and TP loads were mainly concentrated in flood season (from May to September) which took up nearly 55% of the whole year load. As the amount of precipitation increased, TN and TP loads increased during flood period, which was mainly due to the increasing of non-point rural living water and agricultural fertilization pollution source with scouring action of the heavy rainfall during flood season. The spatial distribution of N and P was centered on the Jiujiang county, Xunyang and Lushan district as the urban agglomeration area affected by urban sewage pollution.

SWAT model; nonpoint pollution; load structure; Bali Lake basin; nutrients

10.13209/j.0479-8023.2019.086

國家水體污染控制與治理科技重大專項(xiàng)(2018ZX07111)資助

2018-12-05;

2019-01-02