基于AnnAGNPS模型的非点源污染研究——以大沽河典型小流域为例
大沽河是胶东半岛最大的河流，无论是径流量还是输沙量均占胶州湾入海河流的首位，每年携带大量泥沙，溶解污染物入海，是胶州湾的主要无机氮、磷输入源。随着大沽河流域综合整治工程的实施，点源污染已得到了很好的控制，非点源污染将成为大沽河流域污染的主要原因之一。因此，对大沽河流域进行非点源污染研究有很高的理论价值和现实意义。
为了排除外界水源的影响，可靠反映流域产汇流，并且避免流域点源污染对非点源污染研究的干扰，本文以大沽河上游为研究区，在收集大量数据，建立数据库的基础上，首先建立氮素收支平衡模型，分析流域氮输入、输出量，计算出流域氮净增量，为进一步利用AnnAGNPS模型分析非点源污染机理提供了理论准备：其次，利用实测的径流、沉积物及总氮数据验证模型模拟精度，说明AnnAGNPS模型在大沽河流域进行研究的适用性；最后运用校准和验证好的AnnAGNPS模型定量分析该流域非点源污染特征，评价最佳管理措施污染削减效果。本文主要得出如下结论：
1．大沽河上游氮输入总量为1932.55t.yr<'-1>，其中化肥、生物固氮、大气沉降及农产品的贡献率分别为59％、14％、15％和12％；氮输出总量为668.26t·yr<'-1>，占氮输入总量的35％左右，硝化、挥发输出的贡献率分别为40％和60％。流域氮净增量为1264．69t·yr<'-1>。水体点源、非点源输出，土壤富集及生物累积对流域净增氮量的分担量分别为175.03t·yr<'-1>、579.77t·yr<'-1>、448.68 t·yr<'-1>、60.82t·yr<'-1>，其贡献率分别为14％、46％、35％和5％。可见流域非点源输出是氮主要流失途经，为了维护流域健康的生态环境，有必要进行非点源污染研究。
2．对AnnAGNPS模型模拟的径流、沉积物及总氮量和实测值进行相关分析，地表径流的相关系数都在0.9以上：泥沙量输出为0.7左右；总氮相关系数最低为0.6左右，在小尺度流域上达到0.8。在时间尺度上，地表径流模拟精度表现出，年输出>月输出>日输出，这说明AnnAGNPS模型不适于风险评价，但足以估算年均非点源污染负荷及最佳管理措施的选择。AnnAGNPS模型对流域年降雨量的丰寡反应敏感，表现出地表径流、泥沙输出在丰水年的模拟精度明显高于枯水年。且总体上，AnnAGNPS模型对30～80mm的降雨事件，模拟效果较好，对于降雨量较小和极端降雨事件模拟效果不理想。
3．马连庄断面年均非点源地表径流输出量为1.64×10<,8>m<'3>，泥沙输出量为4.8×10<'4>t，总氮污染负荷为353.3t，单位面积总氮负荷为5.78kg·hm<'-2>·yr<'-1>。丁家断面地表径流输出量为1.22×10<,8>m<'3>，年均泥沙输出量为3.1×10<'4>t，总氮负荷量为142.47t。西巨家断面地表径流输出为16.7×10<'6>m<'3>，泥沙输出量为8.5×10<'3>t，总氮负荷量为195.3t。通过大沽河河口输入胶州湾的径流量、沉积物及总氮量分别为1120.60×10<'6>m<'3>·yr<'-1>、377.36×10<'3>·yr1>、4853.59t·yr<'-1>。在不同水平年，径流量、泥沙量输出差别很大，表现出丰水年径流量、泥沙及总氮输出量远高于枯水年的特征，间接说明模型对降雨量反应敏感。地表径流、沉积物及总氮输出主要集中于6～8月份，在这期间，地表径流量、沉积物及总氮输出量分别为301.1×10<'6>m<'3>、83.68×10<'3>t、97.25t，分别占年输出总量的96﹪、88﹪、76﹪，且输出表现出7月>8月>6月的时间特征。7月份地表流量和污染负荷之间也存在较好的正相关关系，其中流量和沉积物总量相关性系数为0.9615，流量和总氮相关性系数为0.9225，表现出沉积物、总氮输出量随着流量的增加而增加的趋势。
4．在合理设计最佳管理措施的基础上，利用AnnAGNPS模型模拟各种措施对非点源污染输出的削减效果，得出退耕还林削减效果最佳的结论。
大沽河上游;非点源污染;氮素收支平衡;AnnAGNPS模型;污染控制
中国海洋大学
博士
环境规划与管理
孙英兰
2007
中文
X522
110
2007-09-03（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）