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池塘景观在流域的水文过程、生物地球化学循环扮演着重要的作用。研究水塘改变流域的产流过程、弄清水塘位置对于面源污染削减的影响机制,实现三峡库区面源污染削减,保证三峡库区水质及农业水源,已成为亟待解决的重大科学问题。本研究除了丰富水塘空间配置的方法,理解不同空间位置水塘的水文效应等科学意义以外,还具有现实指导意义。针对三峡库区分布广泛的池塘景观,本文以三峡库区箐林溪小流域(20km2)为例,基于高清遥感影像和实地调查相结合,探讨池塘的数量和分布格局,借助流向算法提取单个池塘的汇水区特征;选择典型池塘进行实地观测和模型相结合的方法,得到流域的泥沙沉积特征及池塘对整个流域的泥沙输移格局的影响;利用长期野外定点监测获取的地表径流、营养元素输出和其它一些数据,建立SWAT模型,在此基础上模拟流域的水文过程和营养元素输出过程,揭示池塘和流域中的水库景观在流域的物质输移中所扮演的作用;最终提出进行流域空间配置的方法。研究得到以下结论:(1)箐林溪流域池塘景观变化明显,主要表现是数量和面积的增加,流域的池塘分布密度从1983年的16 口/km2增加到31 口/km2。池塘的总面积增加了大约一倍,由1983年31.5 ha增加到2016年56.2 ha。大部分池塘的面积较小,有70%的池塘面积小于l000m2。1983年的总的汇水区占了整个流域的13.22%。2016年占整个流域的35.4%。(2)现存池塘的淤积严重,19个池塘在近35-63年,淤积泥沙深度在0.8-5.0 m之间,池塘的泥沙淤积信息反演产沙模数(SSY)从2.07 t ha-1 a-1到67.8 t ha-1 a-1,产沙模数和汇水区的面积、坡耕地和水田比例三个因素呈现显著的相关关系。坡耕地是最主要的泥沙来源,池塘拦截了的泥沙量是1.35×104ta-1,占了整个流域土壤侵蚀量的9%。整个流域的泥沙输出量占整个流域侵蚀量的4%,泥沙输出模数是2.91 t ha-1 a-1。池塘和水库均改变了流域的泥沙输出模数,池塘和水库在不存在情景下现状情景多1 tha-1 a-1和1.41 tha-1 a-1。(3)箐林溪流域的池塘和水库对洪峰流量的拦截作用明显,池塘可削减洪峰流量26%,水库可以削减洪峰流量41%,当水库和池塘同时存在时,可以削减洪峰流量57%。池塘的存在改变了流域的水文平衡,包括地表径流、侧向流、地下水流、入渗、土壤水分、蒸散和产水量等要素。首先,池塘的存在使流域整体上产生的地表径流减少,由179.5mm减小到160.4mm。侧向流且减小的幅度很大,达112 mm。池塘使地下水补给量增加了 16.4 mm。总的来说,池塘的分布使流域的产水量明显减少了,产水量均值由535.8mm,减少到了 416mm。(4)箐林溪流域2012—2017年TN平均输出总量是1.28×l04kg,平均输出浓度是1.52 mg/L。NO3--N的平均输出总量是9123 kg,N 3--N是TN输出的主要形式。TP的输出总量相比TN要小得多,近6年的平均水平只有TN的1/8,输出总量是0.15×104kg,TP的平均输出浓度是0.17mg/L。池塘对箐林溪流域的营养元素输出有影响。但各营养元素的削减率不同,池塘对TN的削减率达到31.7%;池塘的存在使流域中NO3--N的输出量减少了 0.34×104kg,池塘对N03--N的削减率是27%;池塘对TP的削减率最大,达到46%。水库对TN的削减率是 7.6%。NO3--N只比现状情景下的输出量大了 0.07×104kg,水库对NO3--N的削减率只有6.9%。相比前两种营养元素,水库对TP的削减作用更明显一点,削减率是15.5%。(5)针对流域中池塘的空间优化问题,我们设计了流域模拟-空间优化算法,成功实现了新建池塘的位置选择和现存池塘修复的选择。我们选择了新建池塘的合适位置,共有106个新建池塘的潜在位置,新建的池塘可以增加库容23.85×104 m3,可以增加汇水区面积4.2km2。在流域模拟-空间优化算法中,利用池塘的汇水区面积作为决策变量成功实现了流域SWAT模拟和非支配排序遗传算法连接。