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流域水土侵蚀是造成非点源污染发生的重要原因。目前非点源污染模型中土壤侵蚀部分的模拟大多采用简单的经验型模型模拟,在精确性、外延性和机理分析等方面有一定的局限。对比机理型土壤侵蚀模型WEPP与经验型土壤侵蚀模型USLE的模拟效果,探讨WEPP模型应用到非点源污染负荷模拟的可行性具有重要意义。
论文选取张家冲流域为研究区域,分别采用WEPP模型和SWAT模型对流域径流和土壤侵蚀状况进行模拟,并且对比两种模型的模拟效果,根据对比结果对WEPP模型应用于非点源污染负荷模拟的前景进行展望。
利用2004~2007年张家冲水土保持实验站实测的径流和泥沙数据对模型进行了参数率定和验证,采用相对误差和Nash-Sutcliffe系数判断模型参数率定和验证结果的合理性。
对两种模型模拟结果进行对比,结果如下:
1.对比各小区年土壤侵蚀模数监测和次降雨土壤侵蚀模数监测的数据,植物篱效果最好、石坎梯田次之、土坎梯田效果最差。植物篱和石坎梯田是最适合该地区的水土保持措施,而土坎梯田起不到应有的控制土壤侵蚀的效果。
2.利用WEPP模型对实验小区的单场降雨和年均土壤侵蚀进行模拟。大部分小区模拟侵蚀和径流的相对误差均在15%以内,说明WEPP模型对坡面小区有较好的模拟效果。
3.由两个模型的径流模拟验证结果可以得出,WEPP模型和SWAT模型模拟结果的月均值的相对误差分别为11.54%和14.9%。整体上WEPP模型模拟流量的曲线更接近实测流量曲线,而SWAT模型模拟流量略差于WEPP模型。
4.泥沙模拟验证结果可以得出,WEPP模型和SWAT模型模拟结果的月均值的相对误差分别为3.90%和15.4%,整体上WEPP模型输沙量模拟WEPP模型对张家冲流域具有更高的精度。
5.根据降雨实测资料分析,流量同输沙率的变化具有正相关性。总氮浓度随降雨历时产生先增大再减小再增大的趋势,在流量最高点总氮浓度最低。总氮负荷随时间的变化趋势同流量相同。总磷浓度、负荷和流量随降雨时间的变化具有相似的趋势。总氮浓度与含沙量并没有明显的相关性,而总磷浓度随降雨发生产生的变化与含沙量变化有相似的趋势。
6.利用2006年和2007年实地采样的氨氮和硝态氮共14天的监测数据对SWAT模型进行参数率定,氨氮和硝态氮平均值的相对误差均小于20%。采用率定后的参数对流域年均氨氮、硝态氮污染负荷进行模拟,可得氨氮2004~2007年的平均污染负荷73.73kg/年,硝态氮平均污染负荷为1213.06kg/年。