基于SWAT模型的重慶龍溪河流域面源污染負荷研究

(成都理工大學 四川 成都 610000)

SWAT模型對流域的徑流和營養(yǎng)物的模擬有較好的效果，有利于研究流域污染物排放量和空間分布研究[7-10]。本文基于SWAT模型，以重慶市龍溪河流域作為研究區(qū)域，對龍溪河的面源污染進行模擬研究，并進行負荷計算，找到污染物排放主要區(qū)域，并應用GIS技術對研究區(qū)內污染源空間分布特征及來源構成進行分析[2]，以探討該模型在重慶地區(qū)徑流和污染模擬的適用性，為流域面源污染控制提供可行的技術參考，為流域面源污染綜合治理提供依據[10]。

一、研究區(qū)域概況

龍溪河是長江的支流，介于東經106°49′～108°05′、北緯29°43′～30°53′之間，重慶市梁平縣東的明月山和梁平縣的鐵鳳山為其發(fā)源地，最后匯合成到一起，經梁平縣、墊江縣，在南部的硯臺鎮(zhèn)南部進入長壽區(qū)，注入長江。龍溪河總長為229.8km，流域范圍內總人口達到兩百多萬人,占地總面積約為2966km2，其中農業(yè)比重較大，伴隨著農業(yè)現代化步伐加快，使得農藥化肥的大量使用，造成龍溪河流域水體營養(yǎng)物質劇增，水體富營養(yǎng)化越發(fā)嚴重。

二、數據與方法

1.數據來源。研究所需的基礎地理數據包括龍溪河流域空間數據和屬性數據[9]。空間數據包括龍溪河流域的DEM數據和水系數據、遙感解譯的土地利用/土地覆蓋數據、土壤類型數據和氣象資料數據、土壤屬性數據[10]。

2.研究方法。本文以DEM數據、水系數據、土地利用數據、土壤空間數據和氣象資料屬性數據、土壤屬性數據作為基礎數據，然后依據水體匯流的區(qū)域對研究區(qū)進行子流域劃分，建立SWAT模型并運行[11]，然后對模型參數經行敏感性分析并根據研究要求校正模型參數，使得決定系數R2和納什-薩特克里夫效率Ens都達到滿意的模擬程度，對結果進行驗證。

三、建模與模擬

1.模型的建立。輸入DEM數據和校正的數字水系數據利用模型中的流域劃分模塊，按照龍溪河子流域面積和研究需求將6000ha作為閾值，把整個研究區(qū)域劃分為25個子流域，同時生成數字河網。

2.結果驗證。研究模擬龍溪河流域的徑流量，2009年1月至2012年12月徑流數據作為校準期，位置是六劍灘水文站，將實測徑流數據和模擬徑流數據進行校準。2013年1月至2014年12月作為驗證期，位置是龍溪河六劍灘水文站，分別將實測徑流數據和模擬徑流數據進行驗證。

SWAT模型對龍溪河流域的徑流模擬效果較好，校準期的Ens為0.57，R為0.2，R2為0.64，驗證期的Ens為0.87，R為0.03，R2為0.89，驗證期的模擬效果遠遠高于校準期的模擬效果。

四、結果分析

1.龍溪河流域面源污染面源污染負荷。對模型模擬的龍溪河流域污染物進行統(tǒng)計可知，整個流域2014年面源污染發(fā)生量為總氮5060噸，總磷934噸。從龍溪河流域所在的三個區(qū)縣來看，梁平區(qū)域、墊江區(qū)域、長壽區(qū)域總氮發(fā)生量占的比例分別為24%、55%、21%，總磷的發(fā)生量比例分別為25%、53%、22%。流域流經墊江縣的部分，分別占到了總氮和總磷發(fā)生量的一半以上，是面源污染的主要來源。

其中龍溪河流域流經的梁平區(qū)域面源污染發(fā)生強度為總氮1.50t/km2.a,總磷0.27t/km2.a；墊江區(qū)域總氮1.95t/km2.a，總磷0.36t/km2.a；長壽區(qū)域總氮1.76t/km2.a，總磷0.32t/km2.a。

2.龍溪河流域面源污染的空間分布。對模型模擬的數據進行整理和分析討論，研究龍溪河流域面源污染空間分布特征。結果表明，龍溪河25個子流域中，位于墊江的14號子流域每年總氮的發(fā)生量為945噸和總磷為94噸，是面源污染發(fā)生量最大的區(qū)域。

從龍溪河25個子流域的總氮和總磷發(fā)生強度來看，龍溪河流域內單位面積上面源污染發(fā)生量較高的有10號區(qū)域，22號區(qū)域，14號區(qū)域。

根據龍溪河流域面源污染發(fā)生總量和發(fā)生強度的空間分布情況，發(fā)現龍溪河流域25個子流域中14號區(qū)域的總氮和總磷的發(fā)生總量和發(fā)生強度都很大，因此有理由認為該區(qū)域是龍溪河流域面源污染的重災區(qū)。

五、結論與討論

通過前期數據準備,構建了符合模型模擬要求龍溪河流域基礎數據庫。建立模型,通過DEM和水系數據生成龍溪河流，將龍溪河流域劃分為25個子流域,465個水文響應單元對各子流域進行數據統(tǒng)計。對模型參數進行敏感性分析,并根據流域特點修改模型參數，用校準后的模型參數,對模型結果進行驗證。按照SWAT模型在重慶龍溪河流域的徑流模擬驗證評價結果來看，模擬效果較好,擁有較好的適用性。通過模擬發(fā)現2014年全年，龍溪河流域面源污染總氮的年發(fā)生量為5060t，總磷的年發(fā)生量為934t，面源污染全年每平方公里總氮的發(fā)生量為1.78t，總磷0.32t。龍溪河流域內單位面積上面源污染發(fā)生量較高的有10號區(qū)域，14號區(qū)域。根據龍溪河流域面源污染發(fā)生總量和發(fā)生強度的空間分布情況，發(fā)現龍溪河流域25個子流域中14號區(qū)域的總氮和總磷的發(fā)生總量和發(fā)生強度都很大，故該區(qū)域是龍溪河流域面源污染的關鍵區(qū)。