第八讲 SWAT的非点源污染模拟
《基于SWAT模型的汾河上游流域非点源污染特征研究》范文
《基于SWAT模型的汾河上游流域非点源污染特征研究》篇一一、引言随着社会经济的快速发展和城市化进程的加速，非点源污染问题日益突出，成为当前环境治理的重要领域。
汾河作为我国北方重要的河流之一，其上游流域的非点源污染问题尤为严重。
因此，研究汾河上游流域非点源污染特征对于环境保护和水资源管理具有重要意义。
本文将基于SWAT（Soil and Water Assessment Tool）模型，对汾河上游流域的非点源污染特征进行研究。
二、研究区域与方法2.1 研究区域本研究选取汾河上游流域为研究对象，该区域地理位置重要，涉及多个省份和地区，是重要的水源涵养区和水资源补给区。
2.2 研究方法本研究采用SWAT模型，对汾河上游流域的非点源污染进行模拟和分析。
SWAT模型是一种基于物理过程的分布式水文模型，能够模拟流域的水文循环过程和污染物的迁移转化过程。
通过收集流域的气象、地形、土壤、植被等数据，建立SWAT模型，并对非点源污染进行模拟和分析。
三、数据收集与模型建立3.1 数据收集收集汾河上游流域的气象数据、地形数据、土壤数据、植被数据等，以及流域内的点源污染数据和非点源污染数据。
其中，非点源污染数据包括农业活动、城市生活、工业排放等产生的污染物数据。
3.2 模型建立根据收集的数据，建立SWAT模型。
在模型建立过程中，需要进行参数的率定和验证，以确保模型的准确性和可靠性。
通过调整模型的参数，使模型能够较好地反映流域的水文循环过程和污染物的迁移转化过程。
四、非点源污染特征分析4.1 非点源污染的空间分布特征通过SWAT模型的模拟结果，分析汾河上游流域非点源污染的空间分布特征。
结果表明，非点源污染在流域内呈现出明显的空间分布不均现象，部分区域的非点源污染较为严重。
4.2 非点源污染的时间变化特征分析非点源污染的时间变化特征，发现非点源污染在不同季节和年份的浓度和分布都存在差异。
其中，农业活动和城市生活是造成非点源污染的主要来源之一，其排放量在不同季节和年份也存在差异。
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
ｐｏｉｎｔ ｓｏｕｒｃｅ ｐｏｌｌｕｔｉｏｎ （ＮＰＳ） ｌｏａｄｉｎｇ ｉｎ ｔｈｅ ｎｏｒｔｈ ｗａｔｅｒｓｈｅｄ ｏｆ ｔｈｅ Ｍｉｙｕｎ Ｒｅｓｅｒｖｏｉｒ￣－ｔｈｅ ｍｏｓｔ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｓｏｕｒｃｅ ｏｆ ｄｒ ｉｎｋｉｎｇ ｗａｔｅｒ ｓｕｐｐｌｙ ｉｎ Ｂｅｉｊｉｎｇ．Ｔｈｅ ｂａｓｉｃ ｄａｔａｂａｓｅ ｆｏｒ ＳＷＡＴ ｍｏｄｅｌ ｉｎ ｔｈｅ ｓｔｕｄｙ ａｒｅａ ｈａｓ ｂｅｅｎ ｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ ｕｓｉｎｇ ｔｈｅ ＧＩＳ ａｎｄ Ｖｉｓｕａｌ Ｆｏｘｐｒｏ６．０ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ．Ｔｈｅ ｓｉｒｅ— ｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ ＮＰＳ ｌｏａｄｉｎｇ ｗａｓ ｃａｒｒｉｅｄ ｂｙ ＳＷＡＴ ｍｏｄｅｌ ｕｓｉｎｇ ｔｈｒｅｅ ｙｅａｒ ｓ （２０００－－－２００２）ｄａｔａ．Ｔ ｈ ｅ ｓｐａｔｉａｌ ａｎｄ ｔｅｍｐｏｒａ ｌ ｖａｒ ｉａｔｉｏｎｓ ｏｆ ｌｏａｄｉｎｇｓ ｗｅｒｅ
ｔｌ】ｅｎ ａｎａｌｙｚｅｄ．Ａｔ￡ｌ】ｅ ｓｐａｔｉａｌ ＳＣａ ｌ ｅＳ．ｆｈｅ ｗａｔｅｒ ｓｈｅｄ ｏｆ ｔｈｅ Ｂａｉｈｅ Ｒｉｖｅｒ ｂａｄ ｈｉｇｈｅｒ ｆ ｌｏｗ ａｎｄ ｓｅｄｉｍｅｎｔ ｌｏａｄｓ；ｈｏｗｅｖｅｒ，ｔｈｅ Ｃｈａｏｈｅ Ｒｉｖｅｒ ｈａｄ
ｈｉ曲 ｗａｔｅｒ ｃｏｎｔｅｎｔ ｏｆ ｓｅｄｉｍｅｎｔ．Ｔｈ ｅ ｅａｓｔｅｒｎ ｈｉｌｌｙ ｗａｔｅｒｓｈｅｄ ｏｆ ｔｈｅ Ａｎｄａｍｕ Ｒｉｖｅｒ ｅｘｈｉｂｉｔｅｄ ｔｈｅ ｈｉｇｈｅｓｔ ｎｕｔｒｉｅｎｔ ｌｏａｄ ｐｅｒ ｕｎｉｔ ａｒｅａ，ｆｏｌｌｏｗｅｄ ｂｙ
基于SWAT的天津市非点源污染分布特性分析
移和对水环境的影 响 Ｊ在北美 和欧洲 的许多流域取得 了较好 ， 的模拟结果 Ｊ 中国近年来也开始利用 Ｓ Ｔ模型进行水文 ， ＷＡ 水资源模拟研究 。Ｓ Ｔ模型是通过对整个 流域 系统及其的 ， 析 非 点 源 污染 产 生 的 时 间 分
１８ ９ ５～１８ ９７年模 拟为例 ， 通过 一系列 参数调 整 ， 到的模 拟值 得
和 实 测 数 据 的 比较 见 图 １ 。
积 １ ９ ９７ｋ 。 其中平原 占９ ． ％ 、 １ １ ． ｍ ， ３ ９ 山区和丘陵 占６ １ 。境 ．％ 内西北高 、 东南低 ， ｌ 有 ９条一级河流 ，０世纪 ６ ２ ０年代 以来建成 大 、 小 型水库 百余座 。土壤 类 型以潮土 、 中、 湿潮 土为 主， 地 土
图 １ 海 河 防潮 闸地 表 径 流 校核
收 稿 日期 ：０ ７ １１ ２０ 一ｌ— ５ 基金项 目： 国家 “７ ” 划项 目（ ０ ６ Ｂ ０ ４ １ 。 ９３ 计 ２０ Ｃ ４ ３０ ）
水质 等文件 ； 气象 站点分布 及实测 气象数 据 ， 如降水 、 气温 、 风
速、 太阳辐射 量和相对湿度 ； 土壤属性数据 ； 各种作 物管理措施
的有 关 参 数 ； 于 确 定 模 型 参 数 的水 文 数 据 ， 实 测 流 量 、 源 用 如 点 与非 点 源 水 质 、 腾 蒸 发 量 等 。 蒸
的另 一 个 原 因 。
关
键
词 ：Ｓ Ｔ模 型 ；非点源污染；水平年 ；负荷模数 ；天津市 ＷＡ
文 献 标 识 码 ： Ａ 文 章 编 号 －００ １７ （０ ８ Ｏ—０６ － ２ １０ — ３９ ２０ ）４ ０ ００
中 图分 类 号 ｉ ８ ２ Ｐ ３ Ｘ ３ ；３３
SWAT模型在国内外非点源污染研究中的应用进展
平衡 方程 为基 础 ：
－三＇ ，
、
ｓｗ ：ｓｗ０＋ （ 一Ｑ 一Ｅ一 一Ｑ Ｊ
ｉ＝１
式 中 ：ＳＷ，是 时段 土壤 最终 含水 量 ，ｍｍ；ＳＷｏ
是 时段土 壤前 期含 水量 ，ｍｍ；ｔ为 时 间步长 ，ｄ；
ｄａｖ是第 ｉ天降水 量 ，ｍｌＴｌ；Ｑ ｆ是第 ｉ天 的地表
径流 ，ｍｍ；Ｅａ是第 ｉ天的蒸发量 ，ｍｍ； 。。。是
模型的发展 历程 及原 理 ，概述 了 ＳＷＡＴ 模型 目前在国 内外的水文评价 、污染物流失模拟 、输入参数 、土地利用及气候变
化对水文响应的影 响等方 面的研究现状 ，并对 ＳＷＡＴ模型的发展方 向提出了建议 ，为模型 的进一步完善与应用提供参考 。
结果显示 ，ＳＷＡＴ模型对水文评价 （如径 流量 、泥沙量 ）可得到较好的模拟和预测结果 ，能够模 拟污染 物 （如农药和化肥 ）
所示 。
２ ＳＷ ＡＴ模 型 的 原 理
ＳＷＡＴ 允 许 模 拟 流 域 中许 多 不 同 的 物理 过
程 ，模拟 的流 域水 文过 程分 为两 个 主要部 分 ：一
个是 陆 面部分 ，控 制每 个子 流域 主河 道 的水 、泥
沙 、营养 物和农 药 负荷 等 的输 入量 ，主要 的组件
生态环境学报 ２００９，１８（６）：２３８７－２３９２
Ｅｃｏｌｏｇｙ ａｎｄ Ｅｎｖｉｒｏｎｍ ｅｎｔａ１ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ
ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｊｅｅｓｃｉ．ｃｏｍ Ｅ．ｍａｉｌ：ｅｄｉｔｏｒｆ￣ｉｅｅｓｃｉ．ｃｏｒ ｎ
ＳＷＡＴ模 型在 国 内外 非 点 源 污 染 研 究 中的 应 用 进展
随着点 源污染 得 到 了有 效 治理 和控制 ，由非 点源污染引起 的水体污染问题 日益突出，全球有 ３９％的河 流 ，４５％的 湖泊 ，５１％的河 口受 到非 点 源污染 的影 响 【ｌ Ｊ，非点 源污 染 已成 为水 质 恶化 的
基于SWAT模型的湿地系统非点源污染模拟研究
基于SWAT模型的湿地系统非点源污染模拟研究刘建奇;张晓惠;刘红磊;卢学强;闻铁;陈晨【摘要】采用SWAT模型对天津临港生态湿地公园进行径流与非点源污染模拟,利用2012年10月至2014年9月的径流量实测值及降雨数据率定模型的参数,应用2014年10月至2015年9月的实测数据验证模型,并通过纳什模拟系数(En.)、日平均径流相对误差(Er)以及决定系数(r2)判断模型的准确性.结果表明:(1) SWAT模型在临港生态湿地公园的径流模拟情况基本良好,可为其非点源污染模拟提供可靠的模型基础;(2)结合2014年进、出口水质实测数据,可以计算临港湿地公园对氮、磷污染物的降解能力.【期刊名称】《环境污染与防治》【年(卷),期】2016(038)008【总页数】5页(P39-43)【关键词】湿地系统;SWAT模型;非点源污染【作者】刘建奇;张晓惠;刘红磊;卢学强;闻铁;陈晨【作者单位】天津工业大学环境与化学工程学院,天津300387;天津市环境保护科学研究院,天津300191;天津市环境保护科学研究院,天津300191;天津市环境保护科学研究院,天津300191;天津临港园林建设有限公司,天津300452;天津市环境保护科学研究院,天津300191【正文语种】中文SWAT模型是由美国农业部农业研究中心(USDA-ARS)开发的一种非点源污染负荷计算模型，用于计算不同气候条件、土壤类型以及管理措施下的各种土地利用形式的非点源污染物负荷模拟与评估[1-2]。
SWAT模型主要基于SWRRB，集合了GREAMS、GLEAMS、EPIC和ROTO等模型的优点，且模型自推出以来，不断地进行软件升级与组建更新，迄今为止已在美国众多国家项目中得到广泛应用，其有效性得到了国外许多研究者以及研究项目的证明[3]。
近年来，我国学者对SWAT模型的应用主要集中在流域径流、环境变化下水文气候效应的模拟研究上，研究者先后在陕西秃尾河[4]、山东黄水河[5]、甘肃金塔河[6]、青海湟水[7]、黑龙江黑河[8]、太湖[9]进行了流域径流模拟研究。
基于SWAT模型的南四湖流域非点源氮磷污染模拟
基于SWAT模型的南四湖流域非点源氮磷污染模拟李爽;张祖陆;孙媛媛【摘要】本文利用SWAT模型结合实测数据,对南四湖流域2001-2010年年均非点源氮磷污染进行模拟,分析了南四湖流域非点源氮磷负荷空间分布特征,计算各河流流域对南四湖湖区污染的贡献率,并对非点源氮磷污染严重的关键区进行识别.研究表明:(1)先模拟湖东和湖西的两个典型小流域的非点源氮磷污染,并将模型推及整个南四湖流域,该方法不仅提高了计算效率,且得到了较好的模拟结果.通过对比发现,湖东的模拟效果要好于湖西,一定程度上说明SWAT模型在起伏较大的地区能取得更高的精度.(2)南四湖流域非点源氮磷污染严重,几乎所有区域的氮负荷超标,40％以上的区域磷负荷超标严重.湖东非点源氮磷污染较湖西严重,其中洗府河流域是南四湖湖区非点源氮磷污染的主要贡献者.(3)通过对径流量、泥沙负荷、氮负荷、磷负荷的相关分析可以得出,南四湖流域非点源氮负荷以溶解态为主,随径流进入水体；非点源磷负荷以吸附态为主,随泥沙进入水体.%SWAT model and measureddata were used to simulate the Non-Point Source (NPS) N and P pollution from 2001 to 2010 in Lake Nansi watershed. The spatial distribution of the pollution was analyzed, and the contribution of all the rivers in watersheds to the pollution of Lake Nansi were calculated. The key areas with serious pollution were distinguished. The results indicated that: ( 1) typical watersheds were simulated with SWAT model, and then the derived models were used to simulate the Lake Nansi watershed. This method can not only improve efficiency, but also with higher simulation accuracy. The simulation results in the east of the lake were better than those in the west part of the lake, which indicated that SWAT model was suitable for the hillyareas. (2) The NPS pollution was serious in Lake Nansi watershed. The nitrogen loading exceeded the criteria in almost all regions, and the phosphorus loading exceeded the criteria in more than 40% of the region. The NPS pollution was more serious in east than that in west of the lake. The Guangfu River watershed was the major contributor to the NPS pollution in Lake Nansi watershed. (3) The soluble nitrogen, flowed into the lake through streams, is the main form of loading in Lake Nansi watershed. While, the P loading in Lake Nansi watershed was mainly in the form of adsorption, which ran into river with sediment.【期刊名称】《湖泊科学》【年(卷),期】2013(025)002【总页数】7页(P236-242)【关键词】SWAT模型;南四湖流域;非点源污染;典型小流域【作者】李爽;张祖陆;孙媛媛【作者单位】山东师范大学人口·资源与环境学院,济南250014【正文语种】中文随着点源污染控制能力的提高，非点源污染目前成为造成我国水环境污染的主要原因［1］.据研究，北京密云水库、太湖地区、黑河流域、天津于桥水库、安徽巢湖等江河湖泊和水库非点源污染已成为其水环境污染的重要因素［2-4］.SWAT模型作为较成熟的模拟流域非点源污染的模型，已经成为水资源保护管理规划中不可或缺的工具，在美洲、欧洲、亚洲等许多国家和地区得到了广泛的应用验证［1，5-10］.GIS和SWAT模型的耦合，使SWAT具备了更强的空间数据处理和分析的能力［11］.国内外许多学者成功将SWAT模型应用于流域非点源污染的模拟中，取得了较好的结果［12-14］.随着南四湖流域工业化、城市化进程的加快，大量工业废水、生活污水、农业回水等未经处理注入河流和湖泊中，使得湖泊污染严重［15］.据长期监测和有研究表明，非点源污染已成为南四湖流域水体污染的主要污染源［16-17］.以往对南四湖流域污染的研究主要集中在对湖区和几个主要入湖河流水质的监测评价或定性的分析污染源是点源居多还是非点源占优［18-21］;而关于南四湖整个流域氮磷污染的研究主要对历年年鉴的统计［22］，流域内非点源污染定量模拟方面的还有待进一步研究.本文采用野外采样、室内分析和数值模拟等多种研究手段，利用SWAT模型对南四湖流域非点源污染进行定量模拟，分析南四湖流域非点源污染物产出的时空分布特征，并对关键污染区进行识别.为南水北调东线南四湖湖区和南四湖流域生态环境的整治与改善提供参考性的信息，进而对控制水质富营养化具有重要的现实意义及指导价值.1 研究区概况南四湖流域(34°24'～35°59'N，114°52'～117°42'E)属于淮河流域的重要组成部分，整个湖区和绝大多数河流位于山东省境内［15］，考虑到SWAT模型模拟所需资料和流域内水质监测数据的可获性和完整性，本文研究区选择南四湖流域山东省境内的所有区域，包括菏泽市、济宁市、枣庄市和泰安的宁阳县，流域面积约为2.6×104km2.整个南四湖流域有53条大大小小的河流以南四湖为中心，从四面八方呈辐射状汇入南四湖.流域地处暖温带、半湿润地区，属暖温带大陆性冬夏季风气候［15］，年平均气温约14℃，年均降水量为750 mm左右.流域以南四湖和京杭大运河为界，湖东为鲁中南低山丘陵和山前冲洪积平原区，湖西为黄河中下游冲击而成的黄泛平原，地势西高东低.2 研究方法2.1 数据库构建SWAT模型需要输入的数据分为两类，一类是空间数据，一类是属性数据.包括的主要空间和属性数据及其相关信息见表1，所用的空间数据采用Albers等面积割圆锥投影.表1 空间和属性数据Tab.1 The spatial and attribution data空间数据属性数据数据来源精度数据来源DEM ASTER_GDEM 30 m×30 m 土地利用类型属性SWAT自带土地利用类型图 TM数据解译30 m×30 m 土壤类型属性山东省土种志土壤类型图纸质地图矢量化1∶100000 气象数据山东省气象局河网水系图纸质地图矢量化1∶380000水文水质资料济宁市水利局2.2 典型小流域SWAT模型构建2.2.1 典型小流域选取南四湖流域以南四湖为中心，53条入湖河流呈辐射状分布，包含53个出水口，但SWAT模型只允许研究流域存在一个总出水口，且南四湖湖区面积大，在SWAT模型中不能作为一个子流域进行模拟，因此，本研究先选取典型小流域进行模拟，再将校准、验证后的模型推广至其它河流流域，以简化计算、提高效率.由于南四湖湖东和湖西的自然地理条件存在较大差异，因此湖东和湖西各选集水面积最大的泗河流域和东鱼河流域作为典型流域进行模拟，这样也便于模型的校准和验证.考虑到河流集水面积、河流的位置分布等因素，共选取30条河流流域模拟，各河流流域总范围基本覆盖整个南四湖流域.湖东21条河流流域，使用泗河流域验证后模型进行南四湖流域湖东的模拟;湖西9条河流流域，使用东鱼河流域验证后的模型进行南四湖流域湖西的模拟.30条河流流域分布图见图1.图1 南四湖流域各河流流域划分(1惠河流域、2西支河流域、3小龙河流域、4辛安河流域、5徐楼河流域、6荆河流域、7房庄河流域、8蒋集河流域、9潘渡河流域、10解放河流域、11张庄河流域、12蒋官庄河流域、13赵庄河流域、14石庄沟流域)Fig.1 The dipartition of the river watershed in Lake Nansi watershed2.2.2 数据空间离散化空间离散化包括子流域的划分和水文响应单元(HRU)的划分.根据出入水口的位置和各支流之间的位置关系，将流域划分为多个子流域.每个子流域又可分成一个或多个HRUs，HRU是SWAT模型运行的最小单元，它具有单一的土地利用类型、土壤类型和坡度，可以反映不同组合的水文效应的差异.通过对土地利用类型图、土壤类型图、坡度图进行叠加分析，将泗河流域划分成33个子流域和407个HRUs;东鱼河流域划分成51个子流域和256个HRUs. 2.2.3 模型校准和验证通过参数敏感性分析，得到对径流量敏感的参数主要有:CN2、Rchrg_Dp、Esco等;对泥沙负荷敏感的参数主要有:Spcon、CN2、USlE_P等;对非点源氮磷负荷敏感的参数主要有:CN2、Rchrg_Dp、Sol_Awc等. 参数敏感性分析结束后，需要结合实测数据对模拟的结果进行校准和验证.模型校准即对敏感性参数取值进行调整，使模拟值与实测值趋于一致，本文采取手动校准和自动校准相结合的方式，取2001-2007年为校准期.模型验证即评价校准后模型的可靠性，选2008-2010年为验证期.利用相对误差(Re)、决定系数(R2)和Nash-Suttcliffe系数(Ens)这3个指标对模拟结果进行评价.(1)径流量校准和验证.通过参数调整，使模拟值和实测值趋于一致，保证年均误差的绝对值在15%以内，R2≥0.6，Ens≥0.5.泗河流域和东鱼河流域的模拟年径流量过程线和实测年径流量过程线基本一致，且年均误差、R2、Ens都满足评价指标要求(图2).图2 泗河流域(a)和东鱼河流域(b)年径流量校准和验证Fig.2 The calibration and verification of annual runoff in Si River watershed(a)and Dongyu River watershed(b)(2)泥沙负荷校准和验证.通过参数调整，使得泥沙负荷模拟值和实测值趋于一致，保证年均误差的绝对值在20%以内，R2≥0.6，Ens≥0.5.泗河流域书院站和东鱼河流域鱼台站年泥沙负荷的模拟效果虽不及年径流量，但模拟的年泥沙负荷过程线和实测年泥沙负荷过程线基本一致，且年均误差、R2、Ens都控制在要求范围之内，满足研究需要(图3).(3)营养元素校准和验证.由于营养元素实测值的限制，总氮负荷选2008-2009年为校准期，2010年为验证期;总磷负荷选2004-2007年为校准期，2008-2010年为验证期.通过参数调整，使泗河流域和东鱼河月非点源总氮和总磷负荷的模拟值和实测值趋于一致，保证月均误差的绝对值在30%以内，R2≥0.6，Ens≥0.5.泗河流域书院站和东鱼河流域鱼台站校准期和验证期的总氮、总磷负荷模拟结果和实测值对比见图4.图3 泗河流域(a)和东鱼河流域(b)年泥沙负荷校准和验证Fig.3 The calibration and verification of annual sediment load in Si River watershed(a)and Dongyu River watershed(b)图4 泗河流域(a、b)和东鱼河流域(c、d)总氮、总磷负荷校准和验证Fig.4 The calibration and verification of TN and TP load in Si River watershed(a，b)and Dongyu River watershed(c，d)由于年径流和年泥沙负荷的累积误差都会对非点源N、P负荷值产生影响，泗河流域和东鱼河流域非点源氮磷负荷的模拟效果不及年径流量和年泥沙负荷，但年均误差、R2、Ens都满足要求.相比而言，总氮负荷的模拟效果要好于总磷负荷的模拟效果.2.3 南四湖流域SWAT模型构建为评价泗河流域和东鱼河流域的模型参数校准方法运用到南四湖流域湖东和湖西其它河流流域的可行性，湖东和湖西各选一条河流流域进行模拟，以评价模型校准方法的适用性.根据所获监测数据，湖东选洸府河流域利用泗河流域的模型进行模拟，湖西选洙赵新河流域利用东鱼河流域的模型进行模拟(图5).由于只获取到年径流量数据，因此只对洸府河流域(湖东)和洙赵新河流域(湖西)进行2001-2010年径流量模拟结果的评价(表2).洸府河和洙赵新河流域年径流量模拟效果较好，满足研究需要.虽然受到2003年年降水量近10年最大而2004年年降水量较小的影响(图5b)，洙赵新河流域2004年模拟值较实测值偏小较多，但其它年份模拟结果较好，因此认为泗河流域和东鱼河流域模型参数的校准方法可运用于湖东和湖西其它河流流域的非点污染氮磷负荷的模拟.3 结果与分析3.1 非点源氮磷负荷空间分布以30个河流流域的354个子流域为单元，分析2001-2010年均非点源氮磷负荷的空间分布规律，得到流域内非点源氮磷负荷空间分布图(图6).年均总氮负荷湖东大于湖西，湖东总氮负荷严重地区主要集中在洸府河流域、泗河流域、白马河流域等区域(图6a).湖西主要集中在老万福河流域、蔡河流域、梁济运河流域等区域.这些地区人口密度较大，耕地面积较广，畜禽养殖量较多.年均总磷负荷湖东略大于湖西，湖东总磷负荷较严重地区主要集中在洸府河流域、泗河流域、白马河流域及沿湖的几个河流流域.湖西各流域总磷负荷较为平均，高值出现在洙水河流域上游、老万福河流域和蔡河流域区域(图6b).这些地区是耕地和禽畜养殖较为集中的地区.总氮和总磷负荷分为两种状态，一种为溶解态，随径流进入河道;一种为吸附态，随泥沙进入河道.为进一步探讨流域内非点源氮磷元素的形态，对产流、产沙、总氮负荷、总磷负荷做了相关性分析，结果表明总氮和产流在0.01水平下呈显著正相关，相关系数为0.733，而和产沙相关性不显著，相关系数仅为0.089.这说明流域内总氮负荷中以溶解态(硝态氮)为主，吸附态(有机氮)较少;总磷和产沙量在0.01水平下呈显著正相关，相关系数为0.970，和产流量相关系数在0.010下呈显著正相关，但是相关系数较小，仅为0.251.这说明流域内总磷负荷吸附态(有机磷和矿物质磷)较多，溶解态较少(表3).图5 洸府河流域(a)和洙赵新河流域(b)年径流量验证Fig.5 The calibration and verification of annual runoff in Guangfu River watershed(a)and Zhuzhaoxin River watershed(b)表2 洸府河流域和洙赵新河流域年径流量模拟评价Tab.2 Evaluation of simulation of annual runoff in Guangfu River watershed and Zhuzhaoxin River watershed流域时期累年均值/(m3/s)实测值模拟值Re/% R2 Ens洸府河流域验证期(2001-2007年) 2.845 2.450 －13.89 0.7927 0.740洙赵新河流域验证期(2001-2010年)6.853 6.565 －14.42 0.6821 0.663图6 流域内非点源氮(a)和磷(b)负荷分布Fig.6 The distribution of NPS nitrogen(a)and phosphorus(b)load in Lake Nansi watershed表3 各值相关性分析Tab.3 Correlation analysis of the values＊＊表示在0.01水平下显著相关.产流产沙总氮总磷产流 1 0.766＊＊ 0.733＊＊ 0.251＊＊产沙1 0.089 0.970＊＊总氮 1 0.060总磷 . 13.2各河流流域非点源污染贡献率南四湖流域内的各条河流所携带的氮磷是南四湖非点源污染的主要贡献者.南四湖流域内总氮负荷湖东明显大于湖西，由于流域内氮以溶解态居多，而湖东的径流量大于湖西，因此湖东的总氮负荷较湖西要大.其中洸府河流域贡献率最大，其次是白马河流域、老万福流域、泗河流域、梁济运河流域、洙赵新河流域、东鱼河流域，城郭河流域，其它流域相对较小.总磷负荷湖东略大于湖西，其中以洸府河流域贡献率最大，其次是洙赵新河流域、万福河流域、白马河流域、梁济运河流域，其它流域相对较小(表4).表4 各河流流域对南四湖非点源污染的贡献率Tab.4 Contributions of all river watersheds to NPS pollution in Lake Nansi watershed流域总氮贡献率/% 总磷贡献率/% 流域总氮贡献率/% 总磷贡献率/%湖西东鱼河流域 7.26 4.90梁济运河流域 9.59 9.14洙赵新河流域 7.34 11.88洙水河流域 0.08 5.65蔡河流域 1.58 2.56万福河流域 2.18 10.94老万福河流域 11.32 2.38其它小流域 0.36 0.47总计39.71 47.92湖东泗河流域 9.91 5.10洸府河流域 13.80 12.30白马河流域 12.05 9.80北沙河流域 3.49 2.16城郭河流域 5.67 4.78薛王河流域 4.42 2.59新薛河流域 6.04 5.72薛沙河流域 3.25 1.70其它小流域 1.66 7.93总计60.29 52.083.3 非点源氮磷污染关键区识别对南四湖流域总氮总磷负荷分布进行分析，根据国家环境保护总局和国家质量监督检验检疫总局2001年发布的《地表水环境质量标准》(GB/T 3838-2002)和《生活饮用水卫生规范》，对南四湖流域总氮总磷流失状况进行分级，确认总氮总磷流失关键区.本研究所用的地表河流分类中总氮和总磷标准见表5.研究区非点源氮磷污染关键区见图7.表5 地表水环境质量标准总氮、总磷标准限值Tab.5 Standard value of water quality level of total nitrogen and total phosphorusⅠ类Ⅱ类Ⅲ类Ⅳ类Ⅴ类总氮/(mg/L) ≤0.2 ≤0.5 ≤1.0 ≤1.5 ≤2.0总磷/(mg/L) ≤0.02 ≤0.1 ≤0.2 ≤0.3≤0.4南四湖流域总氮浓度整体偏高，大部分地区的总氮浓度高于2 mg/L，达不到Ⅴ类水的标准.总氮浓度最高的地区集中在老万福河流域、洸府河流域、白马河流域(图7a).南四湖流域总磷负荷大于0.4 mg/L的地区约占总流域面积的40%，这些达不到Ⅴ类水的标准.主要集中分布在洸府河流域、洙赵新河流域、梁济运河流域和下级湖湖东周边河流流域(图7b).图7 南四湖流域非点源总氮(a)和总磷(b)浓度分类Fig.7 Classification of concentration of NPS total nitrogen(a)and total phosphorus(b)in Lake Nansi watershed4 结论利用SWAT模型模拟泗河流域(湖东)和东鱼河流域(湖西)典型小流域，误差(Re)都在10%以内，再将模型推至整个南四湖流域，通过对洸府河和洙赵新河流域的验证，Re都在15%以内，模拟精度较高，满足研究需要.对比发现湖东的模拟效果要好于湖西，即SWAT模型在地形起伏较大的地区更能获得较高的模拟精度.南四湖流域非点源氮磷污染严重，湖东污染较湖西严重.非点源氮负荷以溶解态为主，几乎全流域的氮浓度都超标严重.非点源磷负荷以吸附态为主，40%以上的区域磷浓度超标.所有河流流域中，洸府河流域是南四湖流域非点源氮磷污染的主要贡献者.5 参考文献【相关文献】［1]郝芳华，程红光，杨胜天.非点源污染模型:理论方法与应用.北京:中国环境科学出版社，2006. ［2]王晓燕，王一峋，蔡新光等.北京密云水库流域非点源污染现状研究.环境科学与技术，2002，25(4):1-3.［3]于水.公共突发事件应急管理研究——以太湖流域农业面源污染为例.管理观察，2009，(12):92-95.［4]李家科，李怀恩，李亚娇等.基于AnnAGNPS模型的陕西黑河流域非点源污染模拟.水土保持学报，2008，22(6):82-88.［5]Bouraoui F，Benabdallah S，Jrad A et al.Application of the SWAT model on the Medjerda River basin(Tunisia).Physics and Chemistry of the Earth，Parts A/B/C，2005，30(8/9/10):497-507.［6]Luo Y，Zhang M.Management oriented sensitivity analysis for pesticide transport in watershed-scale water quality modeling using SWAT.Environmental Pollution，2009，157(12):1-9.［7]Chanasyk DS，Mapfumo E，Willms W.Quantification and simulation of surface run off from fescue grassland watersheds.Agricultural Water Management，2003，59(2):137-153. ［8]Schomberg JD，Host G，Johnson LB et al.Evaluating the influence of landform，surficial geology，and land use on streams using hydrologic simulation modeling.Aquatic Sciences-Research Across Boundaries，2005，67(4):528-540.［9]Arabi M，Govindaraju RS，Hantush MM et al.Role of watershed subdivision on modeling the effectiveness of best management practices with SWAT.Journal of the American Water Resources Association，2006，42(2):513-528.［10]Tripathi MP，Panda RK，Raghuwanshi NS.Development of effective management plan for critical subwatersheds using SWAT model.Hydrol Process，2005，19:809-826. ［11]王伟武，朱利中，王人潮.基于3S技术的流域非点源污染定量模型及其研究展望.水土保持学报，2002，16(6):39-49.［12]范丽丽，沈珍瑶，刘瑞民等.基于SWAT模型的大宁河流域非点源污染空间特性研究.水土保持通报，2008，28(4):133-137.［13]王晓燕，王晓峰，汪清平等.北京密云水库小流域非点源污染负荷估算.地理科学，2004，24(2):227-231.［14]万超，张思聪.基于GIS的潘家口水库面源污染负荷演算.水力发电学报，2003，(2):62-68. ［15]沈吉，张祖陆，杨丽原等.南四湖——环境与资源研究.北京:地震出版社，2008.［16]李吉学，李金玉，李平.南四湖水质有机污染评价及趋势分析.治淮，1999，(7):38-39. ［17]孙娟.南四湖湿地功能变化及评价分析研究［学位论文］.济南:山东师范大学，2002.［18]张祖陆，彭利民，孙庆义.南四湖水质污染综合评价及水质分区.地理学与国土研究，1998，14(4):30-33.［19]王晓军，潘恒健，杨丽原等.南四湖表层沉积物重金属元素的污染分析.海洋湖沼通报，2005，(2):23-29.［20]杨丽原，沈吉，张祖陆等.南四湖表层底泥重金属和营养元素的多元分析.中国环境科学，2003，23(2):206-209.［21]杨丽原，沈吉，张祖陆等.南四湖表层底泥重金属污染及其风险性评价.湖泊科学，2003，15(3):252-256.［22]宋涛.南四湖沿岸农业面源污染研究［学位论文］.济南:山东师范大学，2010.。
swat模型简介,研究生课堂演示文稿
一、径流模拟介绍
SWAT模型的径流模拟通常将研究流域划分成若干个单 元流域，以减小流域下垫面和气候要素时空变异对模拟精 度的影响。根据不同植被覆盖和土壤类型，单元流域进一 步细分为若干个 HRU。 每个 HRU 都单独计算径流量， 最后得到流域总径流量 。 SWAT模型提供 Green-Ampt方法或SCS曲线法计算 地表径流；度-日因子模型计算融雪量；动态存储模型计 算壤中流；Hargreaves 法、Priestley -Tayor 法或 Penman –Monteith 法计算潜在蒸散发；SWAT 将地下水 分为浅层和深层地下水，浅层地下径流汇入流域内河流， 深层地下径流汇入流域外河流；河道水流演算采用变动存 储系数模型或马斯京根法。
三、径流模拟研究内容>>模型的构建
模型参数分析
朱新军等对建模过程中对径流过程有较大影响的6个参 数，分别进行敏感性分析，并总结敏感参数对流域水量平 衡各要素的影响规律。
模型验证方法
杨桂莲等将滤波技术分割的基流结果应用SWAT 模型的基流校准，为SWAT模型进行地下水研究提供 有利途径。
三、径流模拟研究内容>>模型的应用
二、径流模拟的适用性>>国内研究
（1）黄河中游三川河流域的月平均流量过程的模拟， 模型率定期和验证期的效率系数分别为 0.71 和 0.73， 但月平均流量较实测结果偏大。
（2） 西北黑河莺落峡以上流域分布式日径流过程的 模拟表明：模型在结构上考虑了融雪和冻土对水文循环的 影响，较适用于我国西北寒区。
三、径流模拟研究内容
数据输入 模拟算法选 择 参数分析 径流模拟 验证方法 土地利用变 化 气候波动
模型构建
模型应用
三、径流模拟研究内容>>模型的构建
《基于SWAT模型的汾河上游流域非点源污染特征研究》
《基于SWAT模型的汾河上游流域非点源污染特征研究》篇一一、引言随着经济的快速发展和城市化进程的加速，非点源污染已成为当前水环境治理的重要问题。
汾河作为我国北方重要的河流之一，其上游流域的非点源污染问题日益凸显。
因此，对汾河上游流域非点源污染特征进行研究，对保障河流生态安全、维护水资源可持续利用具有重要意义。
本文采用SWAT（Soil and Water Assessment Tool）模型，对汾河上游流域非点源污染特征进行研究。
二、研究区域与方法2.1 研究区域本文以汾河上游流域为研究对象，该流域涉及多个省市，具有复杂的地理环境和气候条件。
2.2 研究方法本文采用SWAT模型，通过收集流域的气象、地形、土壤、植被等数据，构建模型，对流域的非点源污染进行模拟和分析。
SWAT模型是一种分布式水文模型，能够较好地模拟流域的水文过程和污染物的迁移转化过程。
三、数据收集与模型构建3.1 数据收集收集流域的气象数据、地形数据、土壤数据、植被数据等，并对数据进行处理和分析。
3.2 模型构建根据收集的数据，构建SWAT模型。
模型包括水文响应单元的划分、参数的确定、模型的率定和验证等步骤。
在构建模型的过程中，需要对模型参数进行敏感性和不确定性分析，以保证模型的可靠性和准确性。
四、非点源污染特征分析4.1 非点源污染来源分析通过SWAT模型的模拟结果，分析汾河上游流域非点源污染的主要来源，包括农业活动、城市生活、工业生产等。
4.2 非点源污染时空分布特征分析通过模型的模拟结果，分析非点源污染在流域内的时空分布特征，包括季节变化、空间分布等。
4.3 非点源污染对水环境的影响分析通过对模型的模拟结果进行综合分析，评估非点源污染对汾河上游流域水环境的影响，包括水质恶化、生态破坏等。
五、结论与建议5.1 结论通过SWAT模型的模拟和分析，本文得出以下结论：汾河上游流域非点源污染主要来源于农业活动，城市生活和工业生产也有一定的贡献；非点源污染在流域内呈现出明显的时空分布特征，季节变化和空间分布对污染程度有重要影响；非点源污染对汾河上游流域水环境造成了严重影响，需要采取有效的措施进行治理。