基于时变增益和流域尺度雨水径流响应的分布式非点源污染模型在水域中的构建与应用 郝盖瑞、 李康斌、 李家科

《Water》：Construction and Application of Distributed Non-Point Source Pollution Model in Watersheds Based on Time-Varying Gain and Stormwater Runoff Response at the Watershed Scale Gairui Hao, Kangbin Li and Jiake Li

　　

摘要

描述地表径流及其携带的非点源污染物（NSPs）的传输过程对于识别关键污染源区域、估算进入水体的污染负荷以及实施污染控制至关重要，这一点在中国以小农户为主的农业地区尤为重要。目前，大多数常用的非点源污染模型都源自国际上，这些模型存在数据需求高、泛化程度强以及在应用过程中需要校准大量参数等缺点。因此，本研究构建了一个基于时变增益和雨水径流响应的分布式非点源污染模型，适用于流域尺度。文章介绍了该模型的构建过程，并通过三个关键模块阐述了其原理和结构：降雨-径流模块、土壤侵蚀模块以及污染物迁移和转化模块。该模型被用于模拟不同时空尺度下的降雨-径流、土壤侵蚀以及养分迁移和转化过程。尽管在月度和年度尺度上表现最佳，但在日度和小时尺度上的模拟结果也符合相关要求，相对误差在20%以内，Nash-Sutcliffe效率（NSE）系数约为0.7。2022年，杨柳小流域及安康段以上流域的年沉积物输送比分别为0.445和0.36。模型模拟了杨柳小流域内不同径流事件下的污染物过程，总氮（TN）、氨氮（NH₃-N）、硝酸盐氮（NO₃-N）、总磷（TP）和可溶性活性磷（SRP）的平均NSE系数分别为0.69、0.74、0.79、0.71和0.71。对于安康段以上的流域，NH₃-N和TP污染物过程的NSE系数分别为0.78和0.83。该模型在从小型到大型流域的各种空间尺度以及从小时到日、月、年度的时间尺度上均表现出良好的适用性，并在中国半湿润地区的不同流域中保持了稳定性。该模型的特点是参数设置简洁、易于校准且具有很强的时空适应性，从而为非点源污染模拟提供了一个高效可靠的工具。