黑河流域磷素输出连续模拟

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1、1概述1概述1.1问题的提出水体富营养化在世界很多国家以及我国越来越严重，已成为水环境的主要问题之一。流域里大量氮元素与磷元素的流失、引起水体里藻类、浮游生物大量繁生，消耗掉水中的溶解氧，由此严重得影响了用水供给、渔业以及水上娱乐活动。我国的主要河流都存在着不同程度的水土流失，给防洪、航运、水库发电都带来了很大的不利，其中黄河流域最为严重。水域的水质主要取决于上游集水区域的水质情况、流量大小及水体循环，在河口还取决于河流与海洋水的交换。从总体上说，上游污染物的来源可分为点源与非点源，随水土流失的泥沙也可认为是一

2、种污染物。点源污染即各工厂排污口、生活废水排出口直接将含有污染物的水体排入河道，通过河网汇流到达流域出口断面。非点源污染(nonpointpollution)，或称面源污染（diffusedpollution），是指溶解性或固体污染物在大面积降水和径流冲刷作用下汇入受纳水体而引起的水体污染（Novotny和Olem,1993），污染物主要来源于水土流失、农药过量施用、城市径流、畜禽养殖和农业与农村废弃物等。大量的实地研究表明，富营养化的主要原因是过多的氮磷进入水体，超过了水体的自净能力。以太湖为例，有关资料表明

3、：输入太湖的TN、［1］TP和COD排放量分别是最大允许入湖量的8.8、33.2和3.76倍。由20世纪80年代初期至今，太湖水体富营养化状态上升二个等级，由中等富营养为主上升至以富营养为主，全湖表现出明显的富营养化状态（江苏省环保局1999年环境质量公报）。1982年7-8月对天津于桥水库集水区域内三场暴雨径流过程进行了全面监测，淋河监测站测得总磷含量可[2]达平时均值的138倍，水库水质遭到严重破坏。因此，富营养化治理的根本在于减少来自流域的氮磷营养物质的负荷。我国自1975年以来，国1西安理工大学硕士学位

4、论文家和企业投资了数百亿进行点源污染治理，但对湖泊水体富营养化状况的改善成效甚微，并且富营养化的形势还在日益加剧。经过多年的实践，对于工业和城市等点源污染的治理我国已有较为成熟的控制技术体系，但对于面源污染的控制研究较少。面源污染与区域的降水过程密切相关，表现为形成的随机性，影响的滞后性和影响因子的复杂性，研究和控制难度较大。当前，我国对主要流域和区域的面源污染尚缺乏成套的控制技术和适合国情的管理方法。我国黄河中上游地区，大部分都处在土壤疏松的黄土高原丘陵沟壑区，气候干燥、雨量集中，由于暴雨冲刷，水力侵蚀严重,

5、黄河多年平均3输沙量为16亿吨，河流年均含沙量为36kg/m，是世界河流年均含沙量[3]的100倍，为世界所罕见。进入河流中的大量泥沙，除本身含有污染物质外，还具有吸附污染物的能力。所以，泥沙本身不但是一种重要的非点源污染，也是其它污染物的重要载体，许多重金属离子、含氮和磷的盐都可以附着在泥沙表面，随泥沙迁移而迁移。由土壤侵蚀造成的水土流失是造成非点源污染的重要原因。从物理成因上有关侵蚀的研究在国内外已经相对成熟，出现了较多的计算一个田块、一个坡面一次降雨所产生的土壤侵蚀量的模型，应用到具体流域精度也有一定保证

6、。流域土壤侵蚀模型方面，我国更多的研究集中在经验模型上，而且是模拟和预报单场降雨流域侵蚀产沙的时空变化，对机理模型开展的研究较少。若时间尺度延续到降雨结束乃至任意时间跨度，计算流域土壤侵蚀量在我国尚无方法可寻，只能借鉴国外模型如WEPP模型。侵蚀模型对于非点源模型必不可少，研究非点源模型促进了对土壤侵蚀模型的研究，尤其是研究整个流域、时间跨度长的概念型非点源模型。生态系统中养分循环最重要的是氮和磷的循环。磷的化合物可以被土壤颗粒所吸附，地表径流中损失的磷比下渗损失的磷更值得关注。磷以颗粒态和溶解态两种形式损失，

7、可以被大多数易于侵蚀的土壤颗粒所吸附，通常聚积于土壤上表层数厘米的地方，在与地表径流作用最为强21概述[4]烈的土壤上表面数厘米处，溶解态磷的含量十分高。从20世纪60年代我国大规模施用磷肥以来，到1992年土壤中积累的磷(以P2O5计)达6×710t。由此可知,农田耕层土壤处于富磷状态，据联合国粮农组织1993年2[5]统计,我国农田磷素进入水体的通量为19.5kg/hm，比美国高8倍。国内外对农业生态系统中氮的循环研究较多，而对磷的循环研究的发展很不平衡。随着非点源研究的广泛开展，从流域角度研究磷的迁移、转

8、化才逐渐展开。据已有经验和研究，既使点源污染全面控制后，江河的水质达标率[6]仅为65％，湖泊水质达标率为42％,治理非点源污染越来越受到重视。自从20世纪80年代以来，我国逐渐认识到非点源污染的存在及其危害性，开始了非点源的控制研究，也已经取得了很多的成果，但是对整个流域内具有连续输出功能的非点源模型研究甚少。虽然，针对流域的营养物连续输出模型比针对小区域、单场降雨的非点源流模型复杂