壤中流和地表径流耦合下的红壤坡地氮素迁移输出过程模拟

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以土壤水流模拟为主，很少详细考虑地表水沙动力学 过程。 由经典的 Ｎａｖｉｅｒ －Ｓｔｏｋｅｓ 流体运动方程，可以得 到在坡面地表径流模拟中广泛使用的二维浅水方程、 一维 Ｓａｉｎｔ Ｖｅｎａｎｔ 方程，以及更为简化的运动波近似方 程；对于泥沙输移模拟，一般结合地表水动力学模拟结 果，采用泥沙输移方程求解。 目前，也有许多基于这类 地表 水 沙 动 力 学 方 程 的 模 型， 如 国 外 的 ＷＥＰＰ 模 型［６］ 、ＥＲＯＳＥＭ 模型［７］ 等，国内的雷廷武模型［８］ 、龙满 生模型［９］ 等。 但是上述这类地表水沙模型往往忽略土 壤水分过程或以经验模型进行描述。 因此，坡地土壤 水沙动力学模型构建的关键点之一是如何耦合土壤水 流、地表径流和泥沙输移的动力学过程。
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表径流氮素迁移过程的影响因素和相关的调控措施进 行了深入的分析［１－２］ ，但对氮素流失与水文泥沙过程 （尤其是土壤水文过程） 的相互关系尚未深入研究。 因此，构建氮素随水文泥沙过程迁移的数学模型，将有 助于防治坡地氮素流失和减少水体污染。
土壤水流、地表径流和泥沙输移具有明确的动力 学机制，目 前 已 有 大 量 模 型 考 虑 了 这 些 动 力 学 过 程。 在土壤水流运动方面，以达西定律和质量守恒定律推
［４］ 杜俊杰．我国大西北干旱区域退耕还林的先锋树种———欧 李［ Ｊ］ ．北方果树，２００１（５） ：３１－３２．
［５］ 平凉市林业局．平凉市林业局深入县区核查寒潮霜冻灾害
受灾受损情况［ ＥＢ ／ ＯＬ］ ． （ ２０１８－ ０４－ ０９） ． ｈｔｔｐ： ／ ／ ｗｗｗ． ｐｉｎｇ⁃ ｌｉａｎｇ．ｇｏｖ．ｃｎ ／ ｘｗｚｘ ／ ｂｍｘｘ ／ ２０１８０４ ／ ｔ２０１８０４０９＿３１３４６９．ｈｔｍｌ． ［６］ 段义字，吕惠明． 纸坊沟小流域水文特征与降水量关系初 步分析［ Ｊ］ ．水土保持学报，２０１１，２５（５） ：２５７－２６０． ［７］ 毛泽秦．纸坊沟流域近 ５０ 年水沙特性及其变化研究［ Ｊ］ ．水 土保持研究，２０１０，１７（３） ：２６４－２６８．
［ 作者简介］ 王可壮（ １９８６—） ，男，甘肃白银市人，工程师，硕 士，主要从事水土保持科研及技术推广工作；通信 作者姚西文（ １９６４—） ，男，甘肃平凉市人，高级工 程师，主要从事水土保持科研及技术推广工作。
［ 收稿日期］ ２０１８－１２－２０
（责任编辑 徐素霞）
刘昭等：壤中流和地表径流耦合下的红壤坡地氮素迁移输出过程模拟
坡耕地作为南方红壤区的重要农业生产资源被高 坡地氮素流失的研究主要集中在径流流失方面，对地
强度开发利用，加之南方红壤区易出现集中强降雨情 况，因此极易发生水土流失，造成大量氮素流失，而该 区域特殊的地形和土壤理化性质，使得驱动土壤氮素 运移的地表－土壤水文过程和土壤侵蚀过程具有十分 复杂的特征。 地表径流和土壤水运动过程相互作用特 征明显，氮素迁移随地表径流、泥沙及土壤水文过程在 时间和空间上呈动态变化，是地表径流、土壤水运动和 泥沙输移等多种过程耦合作用的结果。 目前国内外对
［ 参考文献］
［１］ 丁伟，杜俊杰，王鹏飞，等． 黄土丘陵沟壑区不同立地类型 欧李生长差异分析［ Ｊ］ ． 山西农业科学，２０１７，４５（ ５） ：７６４－ ７６８．
［２］ 朱荣杰．欧李种质特性及抗旱机理研究［ Ｄ］．呼和浩特：内 蒙古农业大学，２００６：１－２．
［３］ 任清盛． 钙果（ 欧李） 组织培养技术研究［ Ｊ］ 中国农学通 报，２００５，２１（１） ：５３－５４．
［ 基金项目］ 国家自然科学基金项目（ ４１７６１０６０） ；江西省杰出青年人才 资助计 划 项 目 （ ２０１７１ＢＣＢ２３０８０） ； 江 西 省 水 利 科 技 项 目 （ ＫＴ２０１７２１，ＫＴ２０１６２２，ＫＴ２０１６１４）
导的 Ｒｉｃｈａｒｄｓ 方程具有坚实的物理基础，对于水分通 量计算具有较大的优势［３］ ，在各种水文模型中得到了 广泛应用， 如 ＨＹＤＲＵＳ［４］ 、 ＳＷＡＰ ［５］ 等， 但 是 这 些 模 型
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中国水土保持 ＳＷＣＣ ２０１９ 年第 ５ 期
壤中流和地表径流耦合下的红壤坡地 氮素迁移输出过程模拟
刘 昭１，２ ，徐燕星３ ，聂小飞１，２ ，胡 皓１，２ ，郑海金１，２
（１．江西省土壤侵蚀与防治重点实验室，江西 南昌 ３３００２９； ２．江西省水土保持科学研究院，江西 南昌 ３３００２９； ３．江西水利职业学院，江西 南昌 ３３００１３）
［关键词］ 壤中流；地表径流；氮素迁移；土壤侵蚀模型；土壤水分运移模型；红壤坡地 ［摘 要］ 以红壤坡地大型渗漏装置（裸地）为研究对象，分析了泥沙量－地表氮素输出量、壤中流量－壤中氮素输出量等 观测数据之间的数学关系，构建了氮素随径流泥沙输出的经验模型，并将该模型与经典的土壤水分运移模型（ ＨＹＤＲＵＳ ２Ｄ） 、坡面土壤侵蚀模型（ ＷＥＰＰ） 进行耦合，最终形成了一套同时可定量描述地表径流、泥沙、壤中流、氮素输出过程的综 合模型。 以实测数据对模型参数进行校正并进行了模型检验，校正后的参数对径流量、泥沙量、壤中流量、氮素输出量均 具有较好的模拟效果（ 决定系数在 ０．４１ 以上） ，其中壤中流量和壤中氮素输出量模拟效果更好，决定系数分别达 ０．８８ 和 ０．８４。 分析模拟结果表明，在降雨产流期壤中氮素输出量显著高于地表氮素输出量，且在未降雨期间氮素随着壤中流持 续输出，进一步印证了壤中流是红壤坡地氮素的主要流失途径。 此外，壤中流产流高峰较降雨峰值延后，且一次降雨的 壤中流会持续数天，说明土壤起到了一定的缓冲作用。 ［ 中图分类号］ Ｓ１５７．１ ［ 文献标识码］ Ａ ［ 文章编号］ １０００－０９４１（２０１９）０５－００５２－０５