基于VFSMOD 模型的植被緩沖帶對(duì)千島湖地區(qū)農(nóng)田面源污染磷負(fù)荷削減效果模擬

李蕓，王斌，袁靜，儲(chǔ)昭升*，金春玲

1.核資源與環(huán)境國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,東華理工大學(xué)

2.中國環(huán)境科學(xué)研究院湖泊生態(tài)環(huán)境研究所

3.東華理工大學(xué)水資源與環(huán)境工程學(xué)院

湖泊是地球生態(tài)環(huán)境的重要組成部分，湖泊生態(tài)健康受到威脅會(huì)影響到人類的健康以及社會(huì)可持續(xù)發(fā)展。研究表明，近年來農(nóng)業(yè)面源污染已成為威脅湖庫水質(zhì)安全的重要因素之一，并導(dǎo)致湖庫水體富營(yíng)養(yǎng)化加劇[1]。其中，農(nóng)業(yè)面源磷流失對(duì)湖庫富營(yíng)養(yǎng)化具有重要影響。研究認(rèn)為，磷是藻類生長(zhǎng)的第一限制因素[2]。植被緩沖帶是攔截入湖污染的最后一道生態(tài)屏障，因其對(duì)地表徑流攜帶的泥沙、氮與磷、農(nóng)藥以及其他無機(jī)污染物有著良好的攔截效果，已經(jīng)被歐美國家作為控制農(nóng)業(yè)非點(diǎn)源污染的有力措施之一[3]。因此在湖濱區(qū)域構(gòu)建植被緩沖帶已成為入湖徑流污染控制技術(shù)研究的熱點(diǎn)。

VFSMOD 模型是目前比較先進(jìn)的、可全面模擬植被緩沖帶對(duì)地表徑流污染物攔截以及泥沙削減的工具，其受到美國農(nóng)業(yè)部《緩沖帶、廊道和綠色通道設(shè)計(jì)指南》的推薦[4]。Mu?oz-Carpena 等[5]比較了27 場(chǎng)自然降水條件下植被緩沖帶對(duì)泥沙的截留試驗(yàn)結(jié)果與VFSMOD 模型模擬結(jié)果，發(fā)現(xiàn)精確度最高達(dá)87%，模擬效果較好。Dosskey 等[6]通過VFSMOD模型對(duì)泥沙和徑流進(jìn)行模擬，從泥沙和水的模型關(guān)系解釋了泥沙結(jié)合和溶解污染物的關(guān)系，為植被緩沖帶設(shè)計(jì)與建設(shè)提供了參考。楊寅群等[7]通過對(duì)比野外試驗(yàn)植被緩沖帶凈化效果及模型模擬情況，發(fā)現(xiàn)VFSMOD 模型對(duì)國內(nèi)緩沖帶模擬具有較高的精度與較強(qiáng)的適應(yīng)性，植被緩沖帶出流流量及泥沙濃度模擬與實(shí)測(cè)系數(shù)分別為0.995 和0.889，可用于國內(nèi)植被緩沖帶寬度的劃定。目前關(guān)于VFSMOD 模型的研究主要集中在植被緩沖帶對(duì)徑流泥沙攔截與削減效率的模擬和分析，但對(duì)徑流污染負(fù)荷削減效益研究不足。

筆者以千島湖地區(qū)為例，模擬了植被緩沖帶寬度、坡度以及降水量變化對(duì)緩沖帶削減入湖徑流磷污染負(fù)荷效果的影響，并根據(jù)千島湖地區(qū)不同長(zhǎng)度徑流區(qū)的模擬結(jié)果，提出植被緩沖帶設(shè)計(jì)工作曲線，以期為湖濱區(qū)植被緩沖帶的規(guī)劃與設(shè)計(jì)提供參考。

1 研究區(qū)概況

千島湖（118°34′E～119°15′E，29°22′N～29°50′N）位于浙江省西北部的杭州市淳安縣。區(qū)域年平均氣溫為16.3～17.2 ℃，年平均降水天數(shù)為156 d，多年平均降水量為1 515.1 mm，降水量年內(nèi)分布不均衡，多雨季（4—9 月）降水量占全年的68.0%。土壤種類以紅壤、黃壤、巖性土、水稻土為主，其中紅壤面積最大（412.1 hm2），占淳安縣總面積的62.1%[8]，黏質(zhì)土壤占22.56%，砂質(zhì)占28.41%，礫質(zhì)占20.77%。土壤肥力中等，主要種植作物為水稻、小麥、玉米、大豆等。千島湖西南部汾口鎮(zhèn)、大墅鎮(zhèn)、界首鄉(xiāng)等地集中有農(nóng)田、茶園、村落等典型農(nóng)業(yè)污染源，且地形較為典型，因此選擇該處為典型片區(qū)（圖1）進(jìn)行模型模擬。

圖1 千島湖典型片區(qū)范圍及匯水區(qū)入湖分布概況Fig.1 Typical area of Qiandao Lake and distribution of catchment area into the lake

2 研究方法

2.1 VFSMOD 模型

VFSMOD 模型是一款用于預(yù)測(cè)植被緩沖帶對(duì)地表徑流泥沙及污染物凈化的大規(guī)模尺度機(jī)理模型[9]，該模型系統(tǒng)基于研究區(qū)緩沖帶坡度、植被等地表?xiàng)l件以及復(fù)雜的降水類型和降水強(qiáng)度，模擬泥沙沉積所導(dǎo)致的徑流中污染物濃度的變化過程[6]。VFSMOD 模型由模擬植被緩沖帶內(nèi)運(yùn)移的水文模型(模擬水流)和泥沙輸移模型(模擬泥沙)構(gòu)成，具體包括4 個(gè)模塊：1）滲透模塊，主要用來計(jì)算表層土壤水量平衡；2）地表徑流模塊，主要用來計(jì)算滲透性土壤表面徑流深和徑流量；3）泥沙沉淀過濾模塊，模擬入流泥沙量在植被緩沖帶內(nèi)的輸移與沉積；4）污染物轉(zhuǎn)移模塊。模型的組成結(jié)構(gòu)如圖2 所示[10]。

圖2 VFSMOD 模型結(jié)構(gòu)示意Fig.2 Schematic diagram of VFSMOD model structure

2.2 VFSMOD 模型主要參數(shù)確定

VFSMOD 模型需要輸入的參數(shù)分為5 類：地表徑流模擬參數(shù)、降水和入流參數(shù)、入滲模型土壤參數(shù)、植被緩沖帶性能參數(shù)以及泥沙特征參數(shù)。

2.2.1地表徑流模擬參數(shù)

地表徑流參數(shù)主要包括緩沖帶長(zhǎng)度、寬度、坡度，各段曼寧糙率系數(shù)等。通過對(duì)千島湖典型片區(qū)的匯水區(qū)進(jìn)行GIS 分析，徑流區(qū)長(zhǎng)度主要集中在100～600 m，極少數(shù)沿湖匯水區(qū)以及一級(jí)支流匯水區(qū)的徑流長(zhǎng)度小于100 m 或大于600 m，因此在對(duì)比不同徑流區(qū)削減效果時(shí)，徑流區(qū)長(zhǎng)度選擇100～600 m。在0～30 m 內(nèi)選取6 種緩沖帶寬度進(jìn)行模擬。模擬過程中，根據(jù)緩沖帶表面性質(zhì)不同，將緩沖帶分為若干小段，每段長(zhǎng)度設(shè)為1 m。研究坡度對(duì)削減效果的影響時(shí)，考慮到淳安縣耕地主要分布在坡度小于25°的低洼平坦地區(qū)，坡度大于25°的耕地面積僅占全縣耕地面積的4%[11-12]，結(jié)合楊寅群等[13]提出的坡度大于60°的地表徑流難以保持薄層水流狀態(tài)，將設(shè)計(jì)坡度定為3%～30%。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)踏勘結(jié)果，匯水區(qū)坡度主要集中在2%～4%（圖3），因此，在研究降水量變化對(duì)削減效果的影響及不同長(zhǎng)度徑流區(qū)模擬對(duì)比時(shí)，匯水區(qū)坡度均取3%。緩沖帶各段曼寧糙率系數(shù)與緩沖帶內(nèi)植被狀況有關(guān)，本研究模擬緩沖帶內(nèi)植被為濃密草地，糙率系數(shù)取0.24 s/cm1/3。

圖3 典型片區(qū)匯水區(qū)坡度分布Fig.3 Slope distribution of the catchment area in typical areas

2.2.2降水和入流參數(shù)

通過國家氣象科學(xué)數(shù)據(jù)中心（http://data.cma.cn/）獲取淳安縣1989—2018 年降水、氣象數(shù)據(jù)，根據(jù)降水量等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)[14]對(duì)典型平水年日降水狀況進(jìn)行強(qiáng)度分級(jí)，結(jié)果如表1 所示。

由表1 可知，年降水量超過30 mm 的天數(shù)為15 d，占年降水天數(shù)的10%，其累計(jì)降水量占年降水量的44.46%。日降水量可能為一場(chǎng)降水或多場(chǎng)降水事件的降水量總和，根據(jù)千島湖地區(qū)降水特征，假設(shè)日降水量為30 mm 的降水事件是6 h 的單場(chǎng)降水事件，其降水量過程如圖4 所示（徑流區(qū)長(zhǎng)度為100 m，入流峰值為0.027 m3/s）。

圖4 VFSMOD 模型降水量過程線Fig.4 Precipitation hydrograph of VFSMOD model

表1 典型平水年不同強(qiáng)度降水天數(shù)分布情況Table 1 Distribution of precipitation days with different intensities in typical flat water years

2.2.3入滲模型土壤參數(shù)

入滲模型土壤參數(shù)主要包括飽和導(dǎo)水率（VKS）、濕潤(rùn)鋒平均吸力（SAV）、初始含水量（OI）和飽和含水量（OS），其中VKS 被認(rèn)為是最敏感的參數(shù)。Mu?oz-Carpena 等[15]研究發(fā)現(xiàn)，VKS 是控制徑流量、緩沖帶滲透性以及泥沙傳輸?shù)闹饕蛩?。如前所述，千島湖地區(qū)主要以壤土為主，因此模擬過程中，參照Rawls 等[16]研究給出的VFSMOD 模型參考參數(shù)，選擇VKS 為3.67×10-6m/s，SAV 為0.089 9 m。初始含水量和飽和含水量使用采集的過濾土樣實(shí)測(cè)平均值，分別為0.200 和0.499 m3/m3。

綜上所述，雖然Logistic模型是針對(duì)于二值變量的回歸，但不論是從現(xiàn)實(shí)意義，還是統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)甚至整體預(yù)測(cè)擬合，逐步回歸模型明顯更貼近實(shí)際生活．

2.2.4植被緩沖帶性能參數(shù)

植被緩沖帶內(nèi)植被類型以及植被分布密度也是影響緩沖帶削減效果的關(guān)鍵因素。本研究中緩沖帶內(nèi)植被選用混合草本，參考美國典型緩沖帶植被參數(shù)[10]，將植物莖干間距設(shè)為2.15 cm，植物高度設(shè)為18 cm，緩沖介質(zhì)修正糙率（VN）和泥沙淤滿緩沖帶后裸露表面的糙率（VN2）對(duì)模型輸出的結(jié)果不敏感，VN 取0.012，VN2 取裸露黏壤土的糙率0.02。

2.2.5泥沙特性參數(shù)

入流泥沙顆粒分級(jí)數(shù)（NPART）參考美國農(nóng)業(yè)部（USDA）泥沙粒徑分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)[10]。模擬中根據(jù)入流泥沙類型設(shè)定NPART，由于泥沙特性為細(xì)顆粒聚合體，NPART 取3。入流泥沙濃度采用農(nóng)田徑流實(shí)測(cè)濃度，為0.002 g/cm3。模型具體參數(shù)匯總見表2。

表2 VFSMOD 模型模擬參數(shù)Table 2 VFSMOD model simulation parameters

2.3 徑流磷污染負(fù)荷削減估算

目前VFSMOD 模型的輸出機(jī)制主要模擬出水及泥沙輸移，為了評(píng)估磷污染負(fù)荷的削減，需要結(jié)合試驗(yàn)和經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行估算。磷在地表徑流中流失按物理狀態(tài)可分為顆粒態(tài)磷和溶解態(tài)磷[17]，植被過濾帶徑流中顆粒態(tài)污染物使其隨泥沙沉淀而得以削減。袁溪等[18]發(fā)現(xiàn)徑流中磷素流失量與SS 流失量具有顯著線性關(guān)系，約占36%。Schmitt 等[19]研究發(fā)現(xiàn)，溶解態(tài)磷削減率約占徑流削減率的41%～60%。

根據(jù)已有研究經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合千島湖實(shí)地情況，本研究在模擬磷負(fù)荷削減的估算中，泥沙中磷削減率確定為泥沙削減率的40%；徑流中磷削減率確定為徑流削減率的60%。估算TP 削減效率時(shí)，選用以下公式進(jìn)行計(jì)算：

式中：LTP為地表徑流中TP 的削減率，%；Q泥沙為泥沙的削減率，%；Q徑流為徑流的削減率，%。

3 結(jié)果與分析

3.1 緩沖帶寬度對(duì)削減效果的影響

經(jīng)過模型模擬和估算，不同寬度的植被緩沖帶對(duì)泥沙以及TP 負(fù)荷削減效果如圖5 所示。由圖5可知，植被緩沖帶對(duì)泥沙負(fù)荷的削減率隨著緩沖帶寬度的增大而增大。TP 削減率的變化趨勢(shì)與泥沙負(fù)荷削減率變化規(guī)律一致，這是因?yàn)轭w粒態(tài)磷在TP 中的占比較高。此外，植被緩沖帶對(duì)泥沙和TP 的削減更多集中在前端區(qū)域，當(dāng)緩沖帶寬度為10 m 時(shí)，對(duì)泥沙削減率達(dá)85%，表現(xiàn)出良好的泥沙削減效果。Wanyama 等[20]在維多利亞湖濱帶削減試驗(yàn)中同樣發(fā)現(xiàn)，在自然降水條件下超過70%的泥沙會(huì)在植被緩沖帶的前5～10 m 被攔截。隨著寬度的增加，植被緩沖帶對(duì)泥沙的削減率增幅逐漸變緩：當(dāng)緩沖帶寬度從5 m 增至10 m 時(shí)，泥沙削減率提高了20 個(gè)百分點(diǎn)；而當(dāng)緩沖帶寬度從10 m 增至15 m 時(shí)，泥沙削減率僅提高了6 個(gè)百分點(diǎn)。國內(nèi)許多學(xué)者在研究植被緩沖帶對(duì)面源污染影響時(shí)同樣發(fā)現(xiàn)，緩沖帶對(duì)徑流污染物削減能力在前段的10～15 m 較強(qiáng)[21-23]，這與本研究結(jié)果相似。然而對(duì)比TP 和泥沙削減率發(fā)現(xiàn)，相同削減率下TP 所需的削減距離比泥沙大，當(dāng)植被緩沖帶寬度為5 m 時(shí)，泥沙削減率達(dá)到67.1%，而TP 削減率僅為30%；TP 削減率達(dá)到60%時(shí)，緩沖帶寬度為30 m，此時(shí)泥沙削減率為97.8%。這是因?yàn)榱姿亟Y(jié)合的顆粒物更為細(xì)小，顆粒態(tài)磷中有32%是通過小于0.045 mm團(tuán)聚體流失的[24]。

圖5 不同寬度植被緩沖帶對(duì)泥沙和TP 的削減效果Fig.5 Reduction effects of different width vegetation buffer zones on sediment and TP

3.2 坡度對(duì)削減效果的影響

坡度對(duì)植被緩沖帶削減效果的影響如圖6 所示。由圖6 可知，總體上植被緩沖帶對(duì)泥沙和TP 的削減率均隨著坡度的增大而逐步減小。這是由于坡度越小，徑流的流速越小[25]，徑流通過植被緩沖帶的時(shí)間則越長(zhǎng)，緩沖帶削減泥沙和污染物的效果也就越好[26]。坡度為3%～30%時(shí)，植被緩沖帶削減凈化率降幅較小，泥沙削減率降幅不超過1 個(gè)百分點(diǎn)，TP 削減率降幅不超過1.76 個(gè)百分點(diǎn)。這可能是因?yàn)槟M中未改變污染物上源區(qū)坡度，污染物負(fù)荷不變，植被緩沖帶在此坡度范圍內(nèi)仍能保證徑流處于薄層漫流的狀態(tài)，致使植被緩沖帶坡度改變對(duì)削減性能的影響較弱，這與國內(nèi)其他研究者對(duì)植被緩沖帶坡度研究結(jié)論相似[26-28]。

圖6 不同坡度植被緩沖帶對(duì)泥沙和TP 的削減效果Fig.6 Reduction effect of different slope vegetation buffer zones on sediment and TP

3.3 降水量對(duì)削減效果的影響

根據(jù)千島湖年降水量分布特征，降水量選取10～90 mm，降水量對(duì)泥沙和TP 削減效果的影響如圖7 所示。由圖7 可知，植被緩沖帶的削減效果與降水量的變化趨勢(shì)相反，即隨著降水量的增加，植被緩沖帶對(duì)泥沙和TP 削減率均減小，且降水量變化對(duì)植被緩沖帶削減效果的影響較大。降水量為30 mm 時(shí)，30 m 寬度的植被緩沖帶泥沙削減率最高（97.8%），5 m 寬度的植被緩沖帶泥沙削減率最低（67.1%）；當(dāng)降水量增至50 mm 時(shí)，30 m 寬度的植被緩沖帶泥沙削減率最高（84.3%），但泥沙削減率降低了13.5 個(gè)百分點(diǎn)，5 m 寬度的植被緩沖帶對(duì)泥沙削減率最低（33.3%），泥沙削減率降低了33.8 個(gè)百分點(diǎn)。這是因?yàn)榻邓康淖兓瘯?huì)影響入流流量的變化，進(jìn)而影響到緩沖帶內(nèi)徑流流速和徑流挾沙能力的變化，降水量增大，緩沖帶內(nèi)徑流流速和徑流挾沙能力均變大，植被對(duì)徑流的削減效率降低導(dǎo)致僅少部分的泥沙和顆粒態(tài)污染物通過沉積作用被削減[20]。鄧娜等[29]研究發(fā)現(xiàn)，將進(jìn)水流量 從7.10×10-3～7.80×10-3m3/s 降 至1.00×10-3～2.90×10-3m3/s 時(shí)，植被緩沖帶對(duì)SS、TP、顆粒態(tài)磷的凈化效果顯著增強(qiáng)。

圖7 不同降水量條件下植被緩沖帶對(duì)泥沙和TP 的削減效果Fig.7 Reduction effects of vegetation buffer zone on sediment and TP under different rainfall conditions

對(duì)比6 種寬度的植被緩沖帶發(fā)現(xiàn)，當(dāng)降水量小于15 mm 時(shí)，植被緩沖帶對(duì)泥沙的削減效果基本相同，這是因?yàn)榻邓啃?，植被緩沖帶可在前5～10 m對(duì)徑流和泥沙進(jìn)行削減。而當(dāng)降水量增至30 mm時(shí)，不同寬度的植被緩沖帶對(duì)泥沙削減率的降幅差異顯著，5 m 寬度的植被緩沖帶對(duì)泥沙的削減率下降了32.6 個(gè)百分點(diǎn)，10 m 寬度的下降了13.8 個(gè)百分點(diǎn)，而30 m 寬度的僅下降2.2 個(gè)百分點(diǎn)。所以在植被緩沖帶設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)分析不同類型的降水產(chǎn)生的徑流量，徑流量增大時(shí)可以考慮優(yōu)化徑流進(jìn)入緩沖帶的布水方式，通過增加緩沖帶寬度和調(diào)整植被密度等方式保證植被緩沖帶對(duì)泥沙和TP 的削減效果。

3.4 不同長(zhǎng)度徑流區(qū)模擬削減效果對(duì)比

在研究區(qū)內(nèi)選擇100、300、600 m 3 種長(zhǎng)度的徑流區(qū)模擬對(duì)比削減效果，根據(jù)千島湖典型平水年降水特征，降水量取15～90 mm，模擬結(jié)果如圖8 所示。由圖8 可知，徑流區(qū)越長(zhǎng)，緩沖帶對(duì)泥沙和TP 的削減效果越差。徑流區(qū)長(zhǎng)度為300 m 時(shí)，5～10 m 寬度的緩沖帶在大于15 mm 的降水量下泥沙削減率最高達(dá)53.9%，比相同情況下徑流區(qū)長(zhǎng)度為100 m 時(shí)降低32.2 個(gè)百分點(diǎn)；TP 的削減率最高為24.02%，比相同情況下徑流區(qū)長(zhǎng)度為100 m 時(shí)降低16.6 個(gè)百分點(diǎn)。而相同情況下徑流區(qū)長(zhǎng)度為600 m時(shí)泥沙與TP 的削減率最高僅為34.00%和15.46%，最低不足3%。徑流區(qū)長(zhǎng)度較大的農(nóng)田地表徑流往往集中在農(nóng)田內(nèi)部的自然排水道中，并以集中流的形式穿過植被緩沖帶，在這種集中流動(dòng)的情況下入流流量變大，且植被緩沖帶的有效削減徑流的面積變小，所以植被緩沖帶的削減效果并不理想[30]，需要輔以其他攔截凈化措施。

圖8 不同徑流區(qū)長(zhǎng)度下植被緩沖帶對(duì)泥沙和TP 的削減率Fig.8 Reduction rate of silt and TP in the buffer zone under different runoff zone lengths

此外，徑流區(qū)長(zhǎng)度為100 m 時(shí)，30 mm 降水量下植被緩沖帶寬度從5 m 增至10 m 時(shí)，泥沙削減率增加了20 個(gè)百分點(diǎn)左右；而當(dāng)植被緩沖帶寬度從10 m增加到15 m 時(shí)，泥沙削減率僅增加6 個(gè)百分點(diǎn)；繼續(xù)增加緩沖帶寬度，泥沙削減率幾乎不變。徑流區(qū)長(zhǎng)度為300 m時(shí)，相同情況下植被緩沖帶寬度從5 m增加到10 m，泥沙削減率增加了20 個(gè)百分點(diǎn)；緩沖帶寬度從10 m增至15 m 時(shí)，泥沙削減率增加了14 個(gè)百分點(diǎn)；繼續(xù)增加緩沖帶寬度至30 m 時(shí)，泥沙削減變化速率逐漸趨于平緩。徑流區(qū)長(zhǎng)度為600 m時(shí)，相同情況下植被緩沖帶寬度從5 m 增至10 m時(shí)，泥沙削減率增加了14 個(gè)百分點(diǎn)，緩沖帶寬度從10 m 增至15 m 時(shí)，泥沙削減率增加了12 個(gè)百分點(diǎn)，繼續(xù)增加緩沖帶寬度至45 m 時(shí)，泥沙削減變化速率逐漸趨于平緩。綜上，徑流區(qū)長(zhǎng)度增加時(shí)，應(yīng)考慮增加緩沖帶的寬度來提高植被緩沖帶對(duì)泥沙和TP 的削減效率。

3.5 研究區(qū)植被緩沖帶設(shè)計(jì)方案建議

根據(jù)研究區(qū)單場(chǎng)降水緩沖帶設(shè)計(jì)曲線特征，結(jié)合千島湖年內(nèi)降水量分布情況（表1），模擬年度植被緩沖帶設(shè)計(jì)曲線，具體公式如下：

式中：P為TP 的年削減率，%；Q0為典型水文年的日降水量中不同降水區(qū)間的降水量之和，mm；P0為典型水文年的日降水量中不同降水區(qū)間對(duì)應(yīng)的TP 削減率，%；Q年為年降水量，mm；β為徑流收集率，本研究取60%。

在農(nóng)田徑流收集率為60%條件下模擬千島湖地區(qū)緩沖帶寬度設(shè)計(jì)曲線，結(jié)果如圖9 所示。建設(shè)植被緩沖帶時(shí)既要保證對(duì)污染物的削減效果也要考慮土地資源利用的合理性，所以建議根據(jù)不同匯水區(qū)長(zhǎng)度設(shè)計(jì)不同的植被緩沖帶寬度，做到“一案一策”?？筛鶕?jù)期望的削減目標(biāo)和徑流區(qū)實(shí)際情況確定相應(yīng)的緩沖帶寬度。根據(jù)圖9，在徑流區(qū)長(zhǎng)度為300 m 的農(nóng)田下方，需要達(dá)到TP 削減率目標(biāo)為30%時(shí)，植被緩沖帶的設(shè)計(jì)寬度建議為25～30 m。該設(shè)計(jì)曲線可為千島湖地區(qū)針對(duì)農(nóng)田面源磷凈化的緩沖帶設(shè)計(jì)提供參考。

圖9 豐、平、枯水文年植被緩沖帶寬度設(shè)計(jì)曲線Fig.9 Design curve of buffer zone during the wet,flat and dry years

由于農(nóng)田地表徑流具有流動(dòng)的不確定性，存在不可控的徑流以及未收集徑流，因此需要建設(shè)布水設(shè)施收集更多的農(nóng)田徑流，此外模型模擬時(shí)由于參數(shù)條件更加理想化，模擬結(jié)果會(huì)比實(shí)際削減率要高，所以對(duì)于面積較大的徑流區(qū)，可以考慮在緩沖帶之前設(shè)置塘庫等調(diào)蓄型濕地滯留初期雨水，以提高植被緩沖帶對(duì)污染物的截留能力，還可以建設(shè)碎石床、下凹式綠地等透水滲濾設(shè)施，促進(jìn)來水的下滲[31]。

4 結(jié)論

（1）VFSMOD 模型模擬結(jié)果表明，緩沖帶寬度與徑流中泥沙和TP 的削減率呈正相關(guān)，對(duì)于污染物削減集中在前段10 m 處，當(dāng)緩沖帶寬度達(dá)到15 m時(shí)，削減效果趨于平穩(wěn)。

（2）植被緩沖帶坡度、降水量與徑流中泥沙及TP 的削減率呈負(fù)相關(guān)，因本研究中緩沖帶設(shè)置在沿湖平坦區(qū)域，模擬過程中未改變污染物上源區(qū)坡度，使得緩沖帶坡度從3%增至30%時(shí)，污染物削減率降幅為1%～1.76%，坡度對(duì)緩沖帶削減效果影響不大。

（3）根據(jù)不同長(zhǎng)度徑流區(qū)提出千島湖地區(qū)基于豐、平、枯水文年植被緩沖帶寬度的設(shè)計(jì)工作曲線，可為千島湖地區(qū)針對(duì)農(nóng)田面源磷凈化的植被緩沖帶設(shè)計(jì)提供參考。

（4）當(dāng)徑流區(qū)長(zhǎng)度較大、植被緩沖帶削減效果不理想時(shí)，可以考慮在緩沖帶之前建設(shè)調(diào)蓄型濕地等輔助措施，截留凈化初期雨水，以提高緩沖帶對(duì)污染的截留能力。