随着经济的发展，人口的增加，太湖流域水稻生产的压力日益增加，化肥的大量使用成了保证该地区粮食产量最重要的手段之一，但是过量的化肥使用却成了本地区水体富营养化的隐患。太湖流域水田地表径流携带的养分可以显著增加水体富营养化，是太湖流域水体富营养化的重要养分来源之一。控制水田径流养分流失成为减轻太湖水体富营养化的重要课题。　　 太湖流域水网密布，在农田周围交错分布了大量的水塘水面。利用农田周围水塘对径流的缓冲作用，同时循环利用水分可以有效减少农田地表径流养分流失对太湖的养分输入。为合理构建水田水塘循环系统，本研究通过构建水田—塘系统模型（Paddy—Pond，P—P）进行模拟研究并使用实体模型验证，为构建P—P系统提供技术指导。P—P系统的基本组成单位为水田、水塘以及连接水塘的排灌设施和P—P系统的补水和排水设施。本研究以水分平衡理论为基本思路，以控制农田径流向P—P系统外排放为目标，以降雨、径流、灌溉、排水、系统排水、系统补水等事件为结构，以平水缺高度、施肥量、施肥时间、移栽时间、田塘面积比、水塘深度等为控制变量，建立了P—P模型，通过matlab软件编程实现对稻田径流排放和水塘拦截模拟。　　 为了实现模型的精确运行，本论文在对模型构建过程进行详细探讨的基础上，通过文献查阅、实地调查、模拟试验、大田试验等方法，对模型中需要求解的参数进行了研究，随后通过实体模型的运行数据，对模型进行了验证，最后利用情景分析，分析了太湖流域不同情境下P—P系统对水分和养分控制的效果。主要研究结果如下:　　 (1)水面的蒸发、水稻蒸腾和水田渗漏:通过文献查阅与整理，使用水稻生育期所处的5至10月份这三个参数的经验值。5至10六个月的日蒸发量分别记为:2.19mm、3.01 mm、4.38 mm、4.38 mm、3.01 mm、2.19 mm;5至10六个月的日蒸腾量分别记为:2.55 mm、3.75 mm、4.65 mm、5.25 mm、4.95 mm、3.35 mm;稻田的渗漏量跟土壤的性质有关，本研究设定太湖流域潜育水稻土、潴育水稻土、普通水稻土和渗育水稻土的日均渗漏量为1mm、2 mm、3 mm、4mm。　　 (2)降雨全氮全磷浓度调查:本论文通过2007年至2011年在南京、镇江、无锡、常州、上海和杭州等地的调查，发现太湖流域降雨的氮、磷含量较高，其全氮含量多年平均值可以达到3.009 mg·L-1，全磷含量可以达到0.068 mg·L-1，均超过以库、湖计的国家地表三类水标准的限值。　　 (3)叶面积指数(LAI)变化过程函数经验模型:通过本研究于2007年至2011年在南京、镇江、无锡、常州、上海和杭州等地的调查，发现可以用二次项方程比较理想地拟合其变化规律，从而避免使用复杂的叶面积指数变化的机理模型，本研究中使用方程LAI=-0.001×x2+0.142×x+1.498（x表示移栽后天数，R2=0.952）来计算模型中水稻的叶面积指数。　　 (4)田面水全氮浓度(FTNC)衰减特征研究:本研究在查阅整理文献数据的基础上，通过多元线性回归分析，研究了影响田面水全氮衰减的因素，并给出了全氮田面水最大浓度潜力和衰减系数的回归方程。影响田面水全氮浓度最大潜力的因素有施肥量（FA）、田面水深度（B4）、土壤全氮含量（TN）、土壤有机质含量(O)，方程的F检验及各系数均达到显著水平(R2=0.940)，其回归方程为:FTNC=1.032×FA-14.733×B4+9.486×TN+0.394×O+87.786;影响田面水衰减系数(FTNCK)的因素有田面水深度、土壤有机质、叶面积指数、土壤全氮、平均温度（TMP）、土壤全磷（TP）、土壤pH值（PH）和耕作方式（TM）等8个变量，方程的F检验及各系数均达到显著水平，回归方程为(R2=0.986):FTNCK=0.0052×B4-0.002×O+0.011×LAI-0.035× TN-0.005×TMP+0.067×TP-0.012×PH-0.006×TM-0.456　　 (5)田面水全磷浓度(FTPC)衰减特征研究:本论文通过大田条件和盆栽条件下进行了试验研究，研究结果可以较好地用一级动力学方程拟合，拟合方程和系数达到显著水平，且在大田和盆栽试验条件下以及不同的施肥量水平下，拟合方程的系数并没有表现出明显差异，基于该拟合结果，可以推导出田面水全磷浓度衰减的递推关系式:FTPC(t+1)=FTPC(t)×(1+k){1≤t≤T;FTP(1)=FA÷22.785×(1+k)}。　　 (6)水稻降雨截留量(RI)研究:本研究通过模拟降雨试验研究了水稻降雨截留量以及降雨径流氮、磷浓度的扰动系数。对降雨过程中截留量基于叶面积指数和24小时降雨量的分别解析分析后再进行耦合，可以得到降雨截留量的解析方程:RI=0.2052×e0.7811×LAI×R(-0.0943×LAI-0.2327)，究通过matlab对该方程进行运算，得到预测值，经计算RMSE为0.308 mm(n=16)，该方程可以较好的拟合降雨截留量与叶面积指数和24小时降雨量之间的关系。　　 (7)田面水降雨扰动系数研究:由于全氮和全磷在田面水中表现表现出不同的性质，因此其降雨径流的扰动系数也不同，本研究分别对全氮和全磷的降雨径流总体扰动系数和径流扰动系数进行解析。得到全氮径流扰动系数(TNDR)解析方程为:TNDR=0.070×(l)n(R)-0.035×LAI+0.618(R2=0.905);全磷径流扰动系数(TPDR)方程为:TPDR=0.002×R-0.048×LAI+0.867(R2=0.913)，方程F检验和系数都达到显著水平。　　 (8)田—塘模型验证:在确定模型基本参数和函数后，通过matlab编写程序并实现模型的运行。模型的检验通过茅山实体模型进行，经计算RMSE为0.015 mg·L-1(n=108)，模拟计算与实测数据的差异较小，P—P模型可以较好的表达水田—水塘系统的水分和养分变化关系。　　 (9)基于太湖流域的田—塘模型情景分析:以太湖流域为研究对象，对控制变量做不同的情景假设，经分析可以发现:①在对控制变量取基本值时，P—P系统可以在平水年和枯水年几乎可以完全控制系统养分的排出;②丰水年对平水缺的调控的重点应该在移栽后的前两个阶段，同时应注意灵活控制平水缺高度，打破降雨容量和降雨的共振节奏，而不是一味增加平水缺高度;③适当提前或者推迟移栽可以减少系统排水风险;④施肥量的变化对P—P系统排水养分含量影响较小，在平水年和枯水年影响几乎为0。　　 综合上述分析，通过田面水氮、磷衰减的研究，以及对降雨径流关键过程的解析分析，在对P—P系统模型的模拟运算中，可以实现较好的表达效果。在太湖流域构建P—P系统可以有效地控制水田径流流失，在对该系统的管理中应合理安排移栽时间，并灵活管理水田平水缺，将对于减轻太湖富营养化具有积极意义。