第八讲 SWAT的非点源污染模拟讲解学习
第八讲 SWAT的非点源污染模拟
N 2 O N , 1 N 4 s t H rN ,2 N 2 st O T r T
➢硝态氮：
N 3 s tN , r 2 O N 2 s t 1 r f O N 4 r 1 H a a l a g T e T
25
磷元素
➢ 磷循环和氮循环相似。藻体死
4
模型概述
➢ SWAT模拟流域内泥沙、藻类、溶解氧、有机污染、多种 不同形式的氮、磷以及农药等污染物质的运移与转换。物 质循环模型可以分为非点源污染模块、河道水质模块以及 湖泊水库水质模块。据统计，目前已在国际期刊上发表相
关文献近200篇，中国知网收录文献292篇。
非点源污染
可可 溶溶 性性 氮磷
淋洗作用： pstf,wsh = frwsh·pstf
降解作用： psts,ly,t = psts,ly,0·exp[-kp,sol·t] 16
病原菌运移
病原菌的来源：
SWAT仅概念性地模拟两种菌群，一种为可长久生存的，一种为相 对短命的。病原菌来自于绿肥(动物粪便），SWAT的肥料类型数据库 中有各种绿肥的含菌量参数。在施肥过程中，病原菌也一同施入， 并在植物叶面和表层10mm的土层中进行分配。另外可通过点源输入。
1、水中：降解、挥发、底泥沉降、出流； 2、底泥中：降解、再悬浮、解吸附、掩埋；
滞蓄水体中（仅水库，过程与主河道基本一致）
挥发
流入
流出
水体
溶液态 吸附 微粒态
扩散
再悬浮 沉降
分解
底泥
溶液态 吸附 微粒态
分解
15 掩埋
农药的地表水体循环
叶面施药 挥发
降解
表层和亚表层施药 挥发
冲洗 入渗
产流带走
SWAT模型及其在水环境非点源污染研究中的应用
SWAT模型及其在水环境非点源污染研究中的应用【摘要】本文主要介绍了SWAT模型及其在水环境非点源污染研究中的应用。
在分析了研究背景和研究意义。
在首先介绍了SWAT模型的基本原理和结构，然后讨论了SWAT模型在水环境模拟和非点源污染研究中的应用情况，并给出了具体案例。
接着分析了SWAT模型的优缺点。
结论部分展望了SWAT模型在未来研究中的潜在应用，并总结了本文的主要观点，同时强调了研究的意义和启示。
通过本文的阐述，读者可以了解到SWAT模型在水环境非点源污染研究中的重要性和应用价值，为相关领域的研究工作提供参考和借鉴。
【关键词】SWAT模型，水环境，非点源污染，研究，背景，意义，模型介绍，应用，案例，优缺点，展望，总结，启示。
1. 引言1.1 研究背景水环境污染是当前全球环境问题中的一个重要方面，其中非点源污染是水环境污染的主要类型之一。
非点源污染是指来自分散点或分布点而非固定点源的环境污染，包括面源和点源两种形式。
在水环境中，非点源污染的来源包括农业、城市生活污水、工业废水等，其中农业排放是非点源污染的重要组成部分。
1.2 研究意义SWAT模型在非点源污染研究中的应用具有很强的实用意义，可以帮助研究人员深入了解非点源污染的来源和传输路径，为减少水环境污染提供技术支持。
通过分析SWAT模型在具体案例中的应用，可以总结出其优缺点，为今后的研究和应用提供借鉴和改进的参考。
研究SWAT模型在水环境非点源污染中的应用具有重要的理论和实践意义，可以为改善水环境质量和保护水资源做出积极贡献。
的发掘和阐述，将有助于引导和推动相关研究在这一领域的不断深入和发展。
2. 正文2.1 SWAT模型介绍SWAT模型（Soil and Water Assessment Tool）是一种基于流域的水文过程模型，广泛应用于水资源、土地利用和非点源污染研究中。
该模型以数学方法模拟地表径流、蒸发蒸腾、土壤水分变化等水文过程，可以对流域水文、水质、土壤侵蚀等进行定量分析。
基于SWAT模型的流域非点源污染模拟
基于SWAT模型的流域非点源污染模拟张皓天;张弛;周惠成;沈必成【摘要】利用SWAT(soil and water assessment tool)模型,在GIS技术支持下,通过构建模型所需的空间数据库和属性数据库,以黑龙江蚂蚁河流域为研究区域进行流域非点源污染的模拟研究.分别在时间和空间尺度上对研究区域非点源污染负荷分布进行分析,识别出非点源污染严重的区域及其影响因素.结果表明:在时间尺度上,非点源污染物负荷与降雨量和径流量有较强的相关关系;在空间尺度上,流域西南部地区非点源污染较为严重;不同土地利用类型的非点源污染负荷不同,耕地的非点源污染单位面积负荷最高,疏林地次之,林地等其他土地利用类型的单位面积负荷较小.【期刊名称】《河海大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2010(038)006【总页数】7页(P644-650)【关键词】SWAT;非点源污染;时空分布;土地利用;蚂蚁河流域【作者】张皓天;张弛;周惠成;沈必成【作者单位】大连理工大学建设工程学部,辽宁,大连,116024;大连理工大学建设工程学部,辽宁,大连,116024;大连理工大学建设工程学部,辽宁,大连,116024;黑龙江省水文局,黑龙江,哈尔滨,150001【正文语种】中文【中图分类】X502东北地区是我国重要的农牧业生产基地和最大的老工业基地，城市化水平位于全国前列，近些年来，随着东北地区农业的发展和振兴东北老工业基地战略的逐步深入，东北地区水环境污染问题日益突出.目前，许多发达国家的研究已经证实，非点源污染是导致水环境恶化的主要原因之一[1].为了对非点源污染进行有效的治理和控制，必须定量研究污染物的排放规律.应用GIS技术支持的非点源污染模型，可以对整个流域的非点源污染进行定量描述，分析其产生的时间和空间特征，并评估土地利用的变化对非点源污染负荷的影响，为流域规划和管理提供决策依据.SWAT(soil and water assessment tool)模型是美国农业部农业研究局开发的流域尺度分布式水文模型，该模型已经广泛地应用到流域的水平衡、河流流量预测和非点源污染控制评价等诸多方面.在国外，早期以Arnold为首的工作组分别从美国的国家尺度、流域尺度以及小流域尺度验证了SWAT模型在径流模拟方面的适用性[2-6];Santhi等[7-10]先后将SWAT模型应用于美国得克萨斯州Bosque流域，对模型模拟非点源污染的适用性进行了验证;基于美国经验，SWAT模型在其他国家也得到了广泛的应用[11-15].在国内，SWAT模型的应用主要包括3个方面:产流/产沙模拟、非点源污染研究及输入参数对模拟结果的影响研究.在非点源污染研究方面，胥彦玲等[16]将SWAT模型应用到陕西黑河流域的非点源污染研究中;张永勇等[17]扩展了SWAT模型的水质模块，并将其成功运用到海河流域中;庞靖鹏等[18]以密云水库为例，研究了土地利用变化对产流和产沙的影响.经过国内的研究可以发现SWAT模型是针对北美的土壤植被和流域水文结构来设计的，模型自带的数据库和中国的实际情况有较大出入，而我国东北地区又缺乏比较完善的流域基础数据库，用来描述流域的很多参数如果靠直接测量来获得是很困难的，因此估算模型的参数和验证模型在相关流域的适用性就显得尤为重要.这些问题限制了SWAT等一系列物理型模型在我国东北地区非点源污染研究中的应用，而目前我国东北地区非点源污染负荷量估算仍较粗略[19].针对上述问题，本文选取黑龙江省蚂蚁河流域为研究区域，通过建立和完善研究流域的水文模拟基础数据库，运用SWAT模型来模拟该流域的非点源污染的发生，通过率定SWAT模型的参数和验证模型的适用性，得到了适合研究流域的一套模型参数值;进而计算研究流域内产生的非点源污染负荷量，研究非点源污染负荷的时空分布规律，分析影响其分布的主要因素，并评估不同土地利用类型非点源污染负荷量，为流域的水质管理提供科学的决策依据.1 研究区域概况蚂蚁河流域位于黑龙江省南部，张广才岭西侧，是松花江干流右岸的一级支流，地理位置为东经127°15′～129°33′，北纬43°57′～46°26′.蚂蚁河源海拔高700m，干流河长285km，流域面积10547km2，流域主要为山区和半山区，地势自东向西北，然后向东北倾斜，海拔高程在104～1400m之间，河谷宽阔平坦，地势低平，地面组成物上部为亚黏土，下部为沙砾石[20].流域内的土壤主要有黑土、暗棕壤、白浆土、草甸土、沼泽土等.流域内的主要种植作物为水稻、玉米和大豆，施肥主要以有机肥、尿素、硫酸钾和二铵为主.流域内多年平均气温2.3～3.4℃，年最高气温35.5℃，最低气温-41.6℃，年降雨量在500～900mm之间.研究区域地理位置如图1所示.图1 蚂蚁河流域示意图Fig.1 Mayihe watershed2 基于SWAT模型的非点源污染模拟与验证在收集资料的基础上，构建研究区域水文模拟基础数据库;之后通过划分流域内的空间单元，对非点源污染负荷量进行连续时段的动态模拟;最后利用流域内的实测资料对模型参数进行率定.2.1 流域水文模拟基础数据库的建立在运行SWAT模型前，需要准备必要的地图和数据库以生成SWAT模型输入数据集.模型所需的数据可以分成空间数据和属性数据.其中，SWAT模型所需要的空间数据的准备、修改和存储可以通过ArcGIS 9等GIS软件完成;而降水、温度、土壤等数据则通过多个输入文件以ASCII或者.dbf格式输入.模型根据土地利用和土壤类型表，将土地利用图、土壤类型图与土地利用和土壤数据库进行链接.本研究采用的气象数据是流域内1966—2001年气象站点的实测数据.经过查阅《黑龙江土壤》[21]和中国土壤数据库以及利用美国华盛顿州立大学开发的土壤水特性软件SPAW计算出土壤的属性数据[22].通过统计《黑龙江统计年鉴》和《哈尔滨统计年鉴》中的资料，得到研究区内3个县市的农业管理数据.2.2 子流域划分及水文响应单元(HRU)的生成SWAT模型通过采用数字地形分析技术，利用栅格数字高程图(DEM)来精确描述流域边界、生成流域河网、进行子流域的划分以及生成水文响应单元.流域河网生成的详细程度是由定义的上游集水区面积阈值大小来控制的;子流域的形成由子流域出口位置来控制;SWAT模型采用了不能确定空间位置的水文响应单元的划分方法，使用不同的土地利用类型、土壤植被和坡度组合来生成水文响应单元[23].本研究将流域划分为70个子流域，在整个流域内共生成了509个水文响应单元. 2.3 SWAT模型参数率定与模型验证通过参数敏感性分析，先得到了对径流影响比较大的高敏感参数，然后对这些关键参数进行调整，将1983—1990年定为模型月模拟的率定期，1991—2001年定为模型的验证期.选择相对误差 Re、相关系数R2和Nash-Suttcliffe系数Ens来评价模型的适用性.模型参数的最终取值见表1，率定期和验证期径流率定的结果见表2.模型输出结果与实测平均值之差占实测值的百分比应小于规定标准，即不大于20%;评价系数(Ens和R2)也应达到规定的精度标准，一般要求R2＞0.6，且Ens ＞0.5[24].从表2可以看出研究流域率定期月径流的Re=5.93%＜20%，Ens=0.73，R2=0.76，Ens和R2均大于0.7.验证期月径流的Re=2.85%＜20%，Ens=0.82，R2=0.82，Ens和R2均大于0.8.说明模拟值和实测值之间的拟合较好，精度可满足模拟要求.将流域内1957—2001年的年径流量观测资料进行频率分析，把频率大于75%的年份定为枯水年，频率小于25%的年份定为丰水年，其余的年份定为平水年.在模型验证期内，有枯水年3年，平水年6年，丰水年2年，基本上体现出了径流量在年际间的变化情况，说明验证期具有代表性.在验证期内得到了较好的月径流模拟值，这说明模型的模拟是符合实际的，经过参数率定的SWAT模型适用于该流域.表1 SWAT模型参数在研究流域的率定值Table 1 Calibrated values of parameters of SWAT model for study areaESCO 土壤蒸发补偿系数 .hru -0.09 CN2 SCS径流曲线系数 .mgt -4 Gw_Revap 地下水再蒸发系数 .gw +0.15 ALPHA_BF 基流a系数 .gw +0.052 NPERCO 硝基氮下渗系数 .bsn +0.3 BC1 氨氮生物氧化速度常数 .swq -0.35 BC2 亚硝氮生物氧化速度常数 .swq +0.5 BC3 有机氮转化为氨氮速度常数 .swq +0.1由于缺乏长时间序列的泥沙和水质监测数据，本研究只对流域的氨氮模拟过程进行了校准.结果表明，氨氮的模拟误差在10%左右，总体反映了实际情况.表2 率定期及验证期月径流率定结果Table 2 Calibrated results of monthly runoff during calibration and test periods率定期 75.52 71.29 5.93 0.76 0.73验证期 57.78 56.18 2.85 0.82 0.823 SWAT模型模拟结果分析选用率定后的模型参数计算流域内产生的非点源污染负荷量.在时间上对非点源污染负荷的变化趋势进行分析，对不同降水频率下的非点源污染负荷量进行模拟和研究;在空间上对非点源污染负荷的分布进行分析，识别出研究区内非点源污染严重的区域;最后评估不同土地利用类型的非点源污染负荷量.3.1.1 非点源污染负荷年际分布通过对研究流域年降雨资料和年径流资料分析得出研究流域的年降雨量和年径流量的相关系数为0.875，有很强的相关性.图2为1993—2001年研究流域内各年径流量实测值与河道总氮、总磷、输沙量变化，由图2可以看出，各年的河道输沙量、河道总氮负荷量和河道总磷负荷量均与径流量的关系密切.这是因为降雨和产汇流是土壤侵蚀和非点源污染物的主要驱动力，当下垫面的条件不变时，土壤侵蚀和非点源污染就受降雨和径流的影响很大.经过计算分析，研究区域内年径流量与相应河道输沙量、总氮负荷量和总磷负荷量三者的相关系数分别为0.973，0.709和0.839.图2 1993—2001年径流量与河道总氮、总磷、输沙量变化Fig.2 Variations of runoff，total nitrogen，total phosphorus and sediment from 1993 to 2001 为了分析降雨量变化对非点源污染的影响，有必要进行不同降雨量下的非点源污染负荷研究.根据流域内1966—2001年的降雨资料，选用皮尔逊Ⅲ型曲线，运用适线法计算流域年降雨量的经验累积频率，得到曲线的算术平均值Ex=591.8mm、变差系数Cv=0.25和偏态系数Cs=0.64.由理论频率曲线可得到在10%，50%，75%，90%降水频率下的年降雨量分别为788.5mm，576.9mm，485.2mm和414.2mm.选取与不同频率下降雨量相近的特征水文年的降雨资料作为模型降雨量输入数据，研究非点源污染负荷与降雨量之间的相关关系.各降水频率下泥沙和氮磷污染负荷估算见表3.由表3中的数据分析，在不同降水频率下，各种非点源污染负荷量随降雨量的增加有增大的趋势，丰水年(P=10%)的总氮、总磷负荷分别为平水年(P=50%)的1.76倍和1.17倍，为枯水年(P=90%)的4.09倍和4.74倍.因此在丰水年应特别注意研究区非点源污染的控制与防治.1996和1997年各月的非点源污染负荷随逐月径流量的变化过程见图3.从图3可以看出年内的总氮和总磷含量随季节大致呈不规则的“W”形分布，一般在春汛期会出现一个小的峰值，进入汛期以后，特别是8月会出现一个较大的峰值，在冬季随着降雪和融雪的发生，又会出现一个较小的峰值.表3 不同水文年非点源污染负荷Table 3 Non-point source pollution loads in different hydrological years90 1996 411.2 37.05 2.54 2112.5 67.6 75 1970 496.2 32.53 5.64 4224.0 206.9 50 2000 557.8 55.39 3.91 4917.6 274.8 10 1988 764.4 93.86 32.83 8649.8 320.2图3 1996和1997年逐月流量实测值与河道总氮、总磷、输沙量变化Fig.3 Variations of observed monthly runoff，total nitrogen，total phosphorus and sediment from1996 to 1997从图3还可以看出，流域内径流量较大的汛期(6—9月)非点源污染的总氮和总磷负荷量均较大，而径流量少的枯水期非点源污染负荷量也较小.因为非点源污染常常是伴随着降雨径流过程特别是暴雨过程而产生的，所以非点源污染主要集中在汛期产生[25].汛期的非点源污染负荷贡献率见表4.汛期的总氮和总磷负荷量所占的比例较大，分别为85.83%和84.07%，这一时期的径流量和输沙量分别占全年总量的86.74%和95.69%，这与氮磷污染负荷在汛期内所占的比例是相近的，说明年内氮磷污染负荷与径流和产沙有关.通过研究可以发现研究区内的总氮负荷同月径流量呈明显的正相关关系，而总磷负荷同泥沙负荷呈明显的正相关关系，其二次拟合方程分别为表4 1993—2001年年均汛期非点源污染负荷贡献率Table 4 Contribution rates of annual average non-point source pollution during flood season from 1993 to 2001 %6 5.29 2.40 4.63 5.60 7 10.73 6.32 9.10 10.62 8 48.09 51.7167.49 74.86 9 22.63 25.40 2.85 4.61汛期总计 86.74 85.83 84.07 95.69式中:y1——月平均流量，m3/s;x1——总氮负荷量，t;y2——月泥沙负荷量，t;x2——总磷负荷量，t.可以得出结论，年内氮磷污染负荷与径流和泥沙负荷有很强的相关性，其中氮负荷同月径流的相关系数为0.848，磷负荷同泥沙负荷的相关系数为0.965.汛期是研究流域内非点源污染产生和发展的重要时段，这一时期的泥沙、总氮和总磷负荷量占全年的总负荷量的80%以上.因此汛期是防治研究流域非点源污染的主要时期. 3.2 非点源污染负荷的空间分布非点源污染有很强的空间差异性，可以根据研究区各子流域污染物负荷的大小来研究非点源污染的空间分布，进而找到对于非点源污染比较敏感的区域.本研究结合降雨和土地利用类型在流域内的空间分布情况，进行泥沙、有机氮、有机磷负荷空间分布的对比和原因分析.研究流域内降雨、泥沙、有机氮、有机磷负荷空间分布情况如图4所示.从图4可以看出，泥沙流失同降雨的空间分布具有相关性，流域内降雨较大的地区泥沙流失也比较严重.这是因为降雨是土壤侵蚀的主要驱动力，特别是暴雨的冲刷会造成土壤侵蚀加剧，进而造成泥沙的高负荷.有机氮负荷和泥沙负荷的空间分布很相似，相关系数为0.8925，具有很强的相关性.分析原因是颗粒物对有机氮有较强的吸附能力[26]，有机氮吸附于泥沙而随泥沙输移.另外，有机氮负荷的空间分布同降雨也有一定关系，在降雨丰富的地区有机氮负荷也较大.有机磷负荷的空间分布同有机氮负荷的空间分布相似，二者的相关系数为0.9945，这说明影响二者空间分布的因素是一致的.此外，通过将流域内非点源污染分布图与流域内的土地利用图进行对比可以发现，河道附近农田较多的地区非点源污染负荷较大.图4 研究流域内降雨与泥沙、有机氮、有机磷负荷分布Fig.4 Distribution of rainfall and sediment，organic nitrogen，organic phosphorus loads in study area3.3 不同土地利用类型的非点源污染负荷通过以上分析可以发现除了降雨外，土地利用类型也是影响研究区非点源污染分布的主要因素，所以有必要对不同土地利用类型的非点源污染负荷量进行研究.研究流域内1993—2001年不同土地利用类型的年均非点源污染负荷量见表5.从表5可看出，研究流域内耕地的非点源污染负荷量最大，泥沙、总氮和总磷负荷的比例均超过总负荷的80%，是非点源污染的主要发生地;疏林地是流域内泥沙和磷负荷的第二大来源地;由于林地面积占整个流域的57.36%，所以林地的氮污染负荷总量也较大.研究流域内1993—2001年不同土地利用类型非点源污染单位面积负荷对比见表6.从表6可看出，不同土地利用类型的非点源污染负荷量不同，耕地的单位面积非点源污染负荷最高，疏林地次之，林地、草地等其他土地利用类型较小.这与李俊然等[27]的研究结论一致，即在单一土地利用类型占主导地位的流域内，土地利用类型以林地和草地为主的小流域地表水水质明显比以耕地为主的小流域地表水质好.因此控制研究区域内非点源污染的关键是控制耕地的氮磷污染和泥沙流失，采取退耕还林、等高耕作等水土保持措施[28]，同时还要注意耕地中农药化肥的合理施用. 表5 不同土地利用类型1993—2001年年均非点源污染负荷模拟结果Table 5 Simulated results of annual average non-point source pollution loads of different land uses from 1993 to 2001林地 6049.34 57.36 27.85 10384.78 39.38耕地 3274.53 31.05 3803.44 89595.88 22472.71疏林地 422.30 4.01 77.81 3358.04 52.86草地 399.20 3.79 0.61 374.93 2.91滩地 128.78 1.22 4.81 444.85 20.75总计 10274.15 97.43 3914.52 104158.48 22588.614 结论表6 不同土地利用类型1993—2001年年均非点源污染单位面积负荷模拟结果Table 6 Simulated results of annual average non-point source pollution loads of unit area for different land uses from 1993 to2001林地 0.0046 1.72 0.01耕地 1.1615 27.36 6.86疏林地 0.1843 7.95 0.13草地 0.0015 0.940.01滩地 0.0373 3.45 0.16a.通过收集和统计研究流域内大量资料，建立了研究流域的水文模拟基础数据库.通过率定SWAT模型参数，得到研究流域逐月径流模拟值与实测值的Nash-Suttcliffe系数、相关系数均大于0.8，模型的模拟是符合实际的，经过参数率定的SWAT模型适用于该流域.b.在时间尺度上，研究流域内的农业非点源污染负荷与降雨量和径流量有较强的相关关系.年际间的非点源污染负荷的差异主要是由于降雨量不同造成的.丰水年(P=10%)的总氮、总磷负荷分别为平水年(P=50%)的1.76倍和1.17倍，为枯水年(P=90%)的4.09倍和4.74倍.年内非点源污染负荷总体上随季节呈不规则的“W”形态变化，汛期是研究流域内非点源污染产生和发展的重要时段，这一时期的泥沙、总氮和总磷负荷量占全年的总负荷量的80%以上.c.在空间尺度上，研究流域内降雨丰富的中上游地区的非点源污染负荷要大于流域下游地区的非点源污染负荷;流域内河流附近农田面积较多的地区非点源污染较为严重.降雨、产沙和土地利用类型是影响研究区非点源污染空间分布的主要影响因素.d.不同土地利用类型的非点源污染负荷不同，耕地的非点源污染负荷最高，泥沙、总氮和总磷负荷量占总负荷量的比例均超过80%，是非点源污染的主要发生地;单位面积非点源污染负荷最高的是耕地，疏林地次之，林地、草地等其他土地利用类型较小.参考文献:【相关文献】[1]VAN DER MOLEN D T，PORTIELJE R，DE NOBEL W T，et al.Nitrogen in Dutch freshwater lakes:trends and targets[J]. 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基于swat模型的非点源污染模拟研究——以增江流域为例
第２章ＳＷＡＴ非点潭污染模型命绍ＳＷＡＴ模趔中主要包括水文过程子模型、土壤侵蚀子模型和污染负荷子模型，以下分别介绍这二个予模型的原理。
２．２．１产汇流模型图２－２ＳＷＡＴ中模拟的水的运动路径’２．２．１．１水文循环的陆面阶段模型中陆面水文循环阶段采用的水量半衡表达式为ｆ删：ｓ形＝ｓ％＋∑（‰一％一Ｅ一形。
一％）公式（２－Ｉ）ｌ＝ｌ式中：ｓ形为土壤含水量，ｍｍ：ｓ％为±壤前期含水量，ｍｍ；ｔ为时间步长，ｄ；‰为第，天降水量，ｒａｍ：％为第ｆ天地表衽流量，ｌｌｌｍ；Ｅ为第ｊ天的蒸发量，ｍｍ；阡。
为第ｆ天存在土壤剖面地层的渗透量和侧流量，ｍｍ；鲸为第ｆ天地下水含量，ｍｍ。
ＳＷＡＴ模型水文循环陆哂阶段主要由水文、天气、沉积、土壤温’原理部分车要舡珲白参考３啉１１１．４９．５０Ｊ’奉钳脚２－２～２－７均参照（ＳｏｉｌａｎｄＷａｔｅｒＡｓｓｅｓｓｍｅｎｔＴｏｏｌＴｈｅｏｒｅｔｉｃａｌＤｏｃｕｍｅｎｔａｔｉｏｎ，ｖｃ稿ｉ硼２００５｝修改１４２００７届中山大学硕士论炙度、作物产量、营养物质和农业管理等部分组成。
（１）天气和气候运行ＳＷＡＴ模型所必需的气候变量包括甘降雨量、空气温度、大气辐射、风速和相对湿度。
通过观测获得的日降雨和最低最高温度数据可以直接输入ＳＷＡＴ模型，也可以通过天气生产器模拟日降雨量和温度。
太阳辐射、风速和相对湿度常由模型来生成。
（２）水文ＳＷＡＴ的陆面水文循环过程如图２－３所示。
图２－３简化的陆面水文循环过程（３）土地利用／植被生长ＳＷＡＴ模型使用简单的植被生长来模拟所有的陆地覆盖类型（ＥＰＩＣ植物生长模型的简化版本）。
模型能够区分一年生植物和多年生植物，一年生植物从种植日期开始到收获Ｈ期，或直到累积的热量单元等于植物的潜在热量单元：多年生植物全年维持其根系系统，在冬季月份中进行冬眠：当日均大气温度超过最小基准温度时．重新开始生长。
植物生长模型用来评估水分和营养物质从根区的迁移、蒸发以及生物产量。
SWAT模型及其在水环境非点源污染研究中的应用
SWAT模型及其在水环境非点源污染研究中的应用1. 引言1.1 研究背景水资源是人类生存不可或缺的重要资源，由于人类活动的持续发展和水资源管理的不足，水环境污染日益严重，其中非点源污染是水环境污染的主要来源之一。
非点源污染是指来自于多个点，难以具体界定来源的污染物排放，其复杂性和难以预测性给水环境保护和管理带来了巨大的挑战。
为了有效地评估和管理水环境非点源污染，许多研究者使用了SWAT（Soil and Water Assessment Tool）模型。
SWAT模型是一个分布式的水文模型，可以模拟流域水循环过程，包括土地利用变化、降雨、蒸发、径流等。
SWAT模型在水环境非点源污染研究中具有重要的应用价值，可以帮助研究人员了解不同土地利用方式对水环境的影响以及提出相应的管理措施。
本文将对SWAT模型及其在水环境非点源污染研究中的应用进行深入探讨，通过案例分析，分析模型的优势与局限性，进一步展望未来研究方向，旨在为水环境保护和管理提供参考依据。
1.2 研究意义水环境是人类生存和发展的重要资源，然而由于工业化、城市化等活动的增加，水环境污染问题日趋严重。
非点源污染是水环境污染的主要来源之一，其治理难度大，成本高，效果难以评估。
对非点源污染的研究具有重要的现实意义。
通过深入研究SWAT模型在水环境非点源污染研究中的应用，可以为流域水资源管理决策提供科学依据，为改善水环境质量提供技术支持，为可持续水资源利用和环境保护作出贡献。
本文将重点探讨SWAT模型在水环境非点源污染研究中的应用，旨在提升对水环境问题的认识并促进水资源管理的发展。
2. 正文2.1 SWAT模型介绍SWAT模型，全称Soil and Water Assessment Tool，是一种用于水文模拟和流域管理的集成水文模型。
它由美国农业部自然资源保护局（USDA-NRCS）开发，旨在评估土壤侵蚀、非点源污染和水资源管理等问题。
SWAT模型基于流域尺度，结合了土地利用、气象、土壤和其他地理信息数据，模拟流域内水文过程的动态变化。
基于SWAT模型的南四湖流域非点源氮磷污染模拟
基于SWAT模型的南四湖流域非点源氮磷污染模拟李爽;张祖陆;孙媛媛【摘要】本文利用SWAT模型结合实测数据,对南四湖流域2001-2010年年均非点源氮磷污染进行模拟,分析了南四湖流域非点源氮磷负荷空间分布特征,计算各河流流域对南四湖湖区污染的贡献率,并对非点源氮磷污染严重的关键区进行识别.研究表明:(1)先模拟湖东和湖西的两个典型小流域的非点源氮磷污染,并将模型推及整个南四湖流域,该方法不仅提高了计算效率,且得到了较好的模拟结果.通过对比发现,湖东的模拟效果要好于湖西,一定程度上说明SWAT模型在起伏较大的地区能取得更高的精度.(2)南四湖流域非点源氮磷污染严重,几乎所有区域的氮负荷超标,40％以上的区域磷负荷超标严重.湖东非点源氮磷污染较湖西严重,其中洗府河流域是南四湖湖区非点源氮磷污染的主要贡献者.(3)通过对径流量、泥沙负荷、氮负荷、磷负荷的相关分析可以得出,南四湖流域非点源氮负荷以溶解态为主,随径流进入水体；非点源磷负荷以吸附态为主,随泥沙进入水体.%SWAT model and measureddata were used to simulate the Non-Point Source (NPS) N and P pollution from 2001 to 2010 in Lake Nansi watershed. The spatial distribution of the pollution was analyzed, and the contribution of all the rivers in watersheds to the pollution of Lake Nansi were calculated. The key areas with serious pollution were distinguished. The results indicated that: ( 1) typical watersheds were simulated with SWAT model, and then the derived models were used to simulate the Lake Nansi watershed. This method can not only improve efficiency, but also with higher simulation accuracy. The simulation results in the east of the lake were better than those in the west part of the lake, which indicated that SWAT model was suitable for the hillyareas. (2) The NPS pollution was serious in Lake Nansi watershed. The nitrogen loading exceeded the criteria in almost all regions, and the phosphorus loading exceeded the criteria in more than 40% of the region. The NPS pollution was more serious in east than that in west of the lake. The Guangfu River watershed was the major contributor to the NPS pollution in Lake Nansi watershed. (3) The soluble nitrogen, flowed into the lake through streams, is the main form of loading in Lake Nansi watershed. While, the P loading in Lake Nansi watershed was mainly in the form of adsorption, which ran into river with sediment.【期刊名称】《湖泊科学》【年(卷),期】2013(025)002【总页数】7页(P236-242)【关键词】SWAT模型;南四湖流域;非点源污染;典型小流域【作者】李爽;张祖陆;孙媛媛【作者单位】山东师范大学人口·资源与环境学院,济南250014【正文语种】中文随着点源污染控制能力的提高，非点源污染目前成为造成我国水环境污染的主要原因［1］.据研究，北京密云水库、太湖地区、黑河流域、天津于桥水库、安徽巢湖等江河湖泊和水库非点源污染已成为其水环境污染的重要因素［2-4］.SWAT模型作为较成熟的模拟流域非点源污染的模型，已经成为水资源保护管理规划中不可或缺的工具，在美洲、欧洲、亚洲等许多国家和地区得到了广泛的应用验证［1，5-10］.GIS和SWAT模型的耦合，使SWAT具备了更强的空间数据处理和分析的能力［11］.国内外许多学者成功将SWAT模型应用于流域非点源污染的模拟中，取得了较好的结果［12-14］.随着南四湖流域工业化、城市化进程的加快，大量工业废水、生活污水、农业回水等未经处理注入河流和湖泊中，使得湖泊污染严重［15］.据长期监测和有研究表明，非点源污染已成为南四湖流域水体污染的主要污染源［16-17］.以往对南四湖流域污染的研究主要集中在对湖区和几个主要入湖河流水质的监测评价或定性的分析污染源是点源居多还是非点源占优［18-21］;而关于南四湖整个流域氮磷污染的研究主要对历年年鉴的统计［22］，流域内非点源污染定量模拟方面的还有待进一步研究.本文采用野外采样、室内分析和数值模拟等多种研究手段，利用SWAT模型对南四湖流域非点源污染进行定量模拟，分析南四湖流域非点源污染物产出的时空分布特征，并对关键污染区进行识别.为南水北调东线南四湖湖区和南四湖流域生态环境的整治与改善提供参考性的信息，进而对控制水质富营养化具有重要的现实意义及指导价值.1 研究区概况南四湖流域(34°24'～35°59'N，114°52'～117°42'E)属于淮河流域的重要组成部分，整个湖区和绝大多数河流位于山东省境内［15］，考虑到SWAT模型模拟所需资料和流域内水质监测数据的可获性和完整性，本文研究区选择南四湖流域山东省境内的所有区域，包括菏泽市、济宁市、枣庄市和泰安的宁阳县，流域面积约为2.6×104km2.整个南四湖流域有53条大大小小的河流以南四湖为中心，从四面八方呈辐射状汇入南四湖.流域地处暖温带、半湿润地区，属暖温带大陆性冬夏季风气候［15］，年平均气温约14℃，年均降水量为750 mm左右.流域以南四湖和京杭大运河为界，湖东为鲁中南低山丘陵和山前冲洪积平原区，湖西为黄河中下游冲击而成的黄泛平原，地势西高东低.2 研究方法2.1 数据库构建SWAT模型需要输入的数据分为两类，一类是空间数据，一类是属性数据.包括的主要空间和属性数据及其相关信息见表1，所用的空间数据采用Albers等面积割圆锥投影.表1 空间和属性数据Tab.1 The spatial and attribution data空间数据属性数据数据来源精度数据来源DEM ASTER_GDEM 30 m×30 m 土地利用类型属性SWAT自带土地利用类型图 TM数据解译30 m×30 m 土壤类型属性山东省土种志土壤类型图纸质地图矢量化1∶100000 气象数据山东省气象局河网水系图纸质地图矢量化1∶380000水文水质资料济宁市水利局2.2 典型小流域SWAT模型构建2.2.1 典型小流域选取南四湖流域以南四湖为中心，53条入湖河流呈辐射状分布，包含53个出水口，但SWAT模型只允许研究流域存在一个总出水口，且南四湖湖区面积大，在SWAT模型中不能作为一个子流域进行模拟，因此，本研究先选取典型小流域进行模拟，再将校准、验证后的模型推广至其它河流流域，以简化计算、提高效率.由于南四湖湖东和湖西的自然地理条件存在较大差异，因此湖东和湖西各选集水面积最大的泗河流域和东鱼河流域作为典型流域进行模拟，这样也便于模型的校准和验证.考虑到河流集水面积、河流的位置分布等因素，共选取30条河流流域模拟，各河流流域总范围基本覆盖整个南四湖流域.湖东21条河流流域，使用泗河流域验证后模型进行南四湖流域湖东的模拟;湖西9条河流流域，使用东鱼河流域验证后的模型进行南四湖流域湖西的模拟.30条河流流域分布图见图1.图1 南四湖流域各河流流域划分(1惠河流域、2西支河流域、3小龙河流域、4辛安河流域、5徐楼河流域、6荆河流域、7房庄河流域、8蒋集河流域、9潘渡河流域、10解放河流域、11张庄河流域、12蒋官庄河流域、13赵庄河流域、14石庄沟流域)Fig.1 The dipartition of the river watershed in Lake Nansi watershed2.2.2 数据空间离散化空间离散化包括子流域的划分和水文响应单元(HRU)的划分.根据出入水口的位置和各支流之间的位置关系，将流域划分为多个子流域.每个子流域又可分成一个或多个HRUs，HRU是SWAT模型运行的最小单元，它具有单一的土地利用类型、土壤类型和坡度，可以反映不同组合的水文效应的差异.通过对土地利用类型图、土壤类型图、坡度图进行叠加分析，将泗河流域划分成33个子流域和407个HRUs;东鱼河流域划分成51个子流域和256个HRUs. 2.2.3 模型校准和验证通过参数敏感性分析，得到对径流量敏感的参数主要有:CN2、Rchrg_Dp、Esco等;对泥沙负荷敏感的参数主要有:Spcon、CN2、USlE_P等;对非点源氮磷负荷敏感的参数主要有:CN2、Rchrg_Dp、Sol_Awc等. 参数敏感性分析结束后，需要结合实测数据对模拟的结果进行校准和验证.模型校准即对敏感性参数取值进行调整，使模拟值与实测值趋于一致，本文采取手动校准和自动校准相结合的方式，取2001-2007年为校准期.模型验证即评价校准后模型的可靠性，选2008-2010年为验证期.利用相对误差(Re)、决定系数(R2)和Nash-Suttcliffe系数(Ens)这3个指标对模拟结果进行评价.(1)径流量校准和验证.通过参数调整，使模拟值和实测值趋于一致，保证年均误差的绝对值在15%以内，R2≥0.6，Ens≥0.5.泗河流域和东鱼河流域的模拟年径流量过程线和实测年径流量过程线基本一致，且年均误差、R2、Ens都满足评价指标要求(图2).图2 泗河流域(a)和东鱼河流域(b)年径流量校准和验证Fig.2 The calibration and verification of annual runoff in Si River watershed(a)and Dongyu River watershed(b)(2)泥沙负荷校准和验证.通过参数调整，使得泥沙负荷模拟值和实测值趋于一致，保证年均误差的绝对值在20%以内，R2≥0.6，Ens≥0.5.泗河流域书院站和东鱼河流域鱼台站年泥沙负荷的模拟效果虽不及年径流量，但模拟的年泥沙负荷过程线和实测年泥沙负荷过程线基本一致，且年均误差、R2、Ens都控制在要求范围之内，满足研究需要(图3).(3)营养元素校准和验证.由于营养元素实测值的限制，总氮负荷选2008-2009年为校准期，2010年为验证期;总磷负荷选2004-2007年为校准期，2008-2010年为验证期.通过参数调整，使泗河流域和东鱼河月非点源总氮和总磷负荷的模拟值和实测值趋于一致，保证月均误差的绝对值在30%以内，R2≥0.6，Ens≥0.5.泗河流域书院站和东鱼河流域鱼台站校准期和验证期的总氮、总磷负荷模拟结果和实测值对比见图4.图3 泗河流域(a)和东鱼河流域(b)年泥沙负荷校准和验证Fig.3 The calibration and verification of annual sediment load in Si River watershed(a)and Dongyu River watershed(b)图4 泗河流域(a、b)和东鱼河流域(c、d)总氮、总磷负荷校准和验证Fig.4 The calibration and verification of TN and TP load in Si River watershed(a，b)and Dongyu River watershed(c，d)由于年径流和年泥沙负荷的累积误差都会对非点源N、P负荷值产生影响，泗河流域和东鱼河流域非点源氮磷负荷的模拟效果不及年径流量和年泥沙负荷，但年均误差、R2、Ens都满足要求.相比而言，总氮负荷的模拟效果要好于总磷负荷的模拟效果.2.3 南四湖流域SWAT模型构建为评价泗河流域和东鱼河流域的模型参数校准方法运用到南四湖流域湖东和湖西其它河流流域的可行性，湖东和湖西各选一条河流流域进行模拟，以评价模型校准方法的适用性.根据所获监测数据，湖东选洸府河流域利用泗河流域的模型进行模拟，湖西选洙赵新河流域利用东鱼河流域的模型进行模拟(图5).由于只获取到年径流量数据，因此只对洸府河流域(湖东)和洙赵新河流域(湖西)进行2001-2010年径流量模拟结果的评价(表2).洸府河和洙赵新河流域年径流量模拟效果较好，满足研究需要.虽然受到2003年年降水量近10年最大而2004年年降水量较小的影响(图5b)，洙赵新河流域2004年模拟值较实测值偏小较多，但其它年份模拟结果较好，因此认为泗河流域和东鱼河流域模型参数的校准方法可运用于湖东和湖西其它河流流域的非点污染氮磷负荷的模拟.3 结果与分析3.1 非点源氮磷负荷空间分布以30个河流流域的354个子流域为单元，分析2001-2010年均非点源氮磷负荷的空间分布规律，得到流域内非点源氮磷负荷空间分布图(图6).年均总氮负荷湖东大于湖西，湖东总氮负荷严重地区主要集中在洸府河流域、泗河流域、白马河流域等区域(图6a).湖西主要集中在老万福河流域、蔡河流域、梁济运河流域等区域.这些地区人口密度较大，耕地面积较广，畜禽养殖量较多.年均总磷负荷湖东略大于湖西，湖东总磷负荷较严重地区主要集中在洸府河流域、泗河流域、白马河流域及沿湖的几个河流流域.湖西各流域总磷负荷较为平均，高值出现在洙水河流域上游、老万福河流域和蔡河流域区域(图6b).这些地区是耕地和禽畜养殖较为集中的地区.总氮和总磷负荷分为两种状态，一种为溶解态，随径流进入河道;一种为吸附态，随泥沙进入河道.为进一步探讨流域内非点源氮磷元素的形态，对产流、产沙、总氮负荷、总磷负荷做了相关性分析，结果表明总氮和产流在0.01水平下呈显著正相关，相关系数为0.733，而和产沙相关性不显著，相关系数仅为0.089.这说明流域内总氮负荷中以溶解态(硝态氮)为主，吸附态(有机氮)较少;总磷和产沙量在0.01水平下呈显著正相关，相关系数为0.970，和产流量相关系数在0.010下呈显著正相关，但是相关系数较小，仅为0.251.这说明流域内总磷负荷吸附态(有机磷和矿物质磷)较多，溶解态较少(表3).图5 洸府河流域(a)和洙赵新河流域(b)年径流量验证Fig.5 The calibration and verification of annual runoff in Guangfu River watershed(a)and Zhuzhaoxin River watershed(b)表2 洸府河流域和洙赵新河流域年径流量模拟评价Tab.2 Evaluation of simulation of annual runoff in Guangfu River watershed and Zhuzhaoxin River watershed流域时期累年均值/(m3/s)实测值模拟值Re/% R2 Ens洸府河流域验证期(2001-2007年) 2.845 2.450 －13.89 0.7927 0.740洙赵新河流域验证期(2001-2010年)6.853 6.565 －14.42 0.6821 0.663图6 流域内非点源氮(a)和磷(b)负荷分布Fig.6 The distribution of NPS nitrogen(a)and phosphorus(b)load in Lake Nansi watershed表3 各值相关性分析Tab.3 Correlation analysis of the values＊＊表示在0.01水平下显著相关.产流产沙总氮总磷产流 1 0.766＊＊ 0.733＊＊ 0.251＊＊产沙1 0.089 0.970＊＊总氮 1 0.060总磷 . 13.2各河流流域非点源污染贡献率南四湖流域内的各条河流所携带的氮磷是南四湖非点源污染的主要贡献者.南四湖流域内总氮负荷湖东明显大于湖西，由于流域内氮以溶解态居多，而湖东的径流量大于湖西，因此湖东的总氮负荷较湖西要大.其中洸府河流域贡献率最大，其次是白马河流域、老万福流域、泗河流域、梁济运河流域、洙赵新河流域、东鱼河流域，城郭河流域，其它流域相对较小.总磷负荷湖东略大于湖西，其中以洸府河流域贡献率最大，其次是洙赵新河流域、万福河流域、白马河流域、梁济运河流域，其它流域相对较小(表4).表4 各河流流域对南四湖非点源污染的贡献率Tab.4 Contributions of all river watersheds to NPS pollution in Lake Nansi watershed流域总氮贡献率/% 总磷贡献率/% 流域总氮贡献率/% 总磷贡献率/%湖西东鱼河流域 7.26 4.90梁济运河流域 9.59 9.14洙赵新河流域 7.34 11.88洙水河流域 0.08 5.65蔡河流域 1.58 2.56万福河流域 2.18 10.94老万福河流域 11.32 2.38其它小流域 0.36 0.47总计39.71 47.92湖东泗河流域 9.91 5.10洸府河流域 13.80 12.30白马河流域 12.05 9.80北沙河流域 3.49 2.16城郭河流域 5.67 4.78薛王河流域 4.42 2.59新薛河流域 6.04 5.72薛沙河流域 3.25 1.70其它小流域 1.66 7.93总计60.29 52.083.3 非点源氮磷污染关键区识别对南四湖流域总氮总磷负荷分布进行分析，根据国家环境保护总局和国家质量监督检验检疫总局2001年发布的《地表水环境质量标准》(GB/T 3838-2002)和《生活饮用水卫生规范》，对南四湖流域总氮总磷流失状况进行分级，确认总氮总磷流失关键区.本研究所用的地表河流分类中总氮和总磷标准见表5.研究区非点源氮磷污染关键区见图7.表5 地表水环境质量标准总氮、总磷标准限值Tab.5 Standard value of water quality level of total nitrogen and total phosphorusⅠ类Ⅱ类Ⅲ类Ⅳ类Ⅴ类总氮/(mg/L) ≤0.2 ≤0.5 ≤1.0 ≤1.5 ≤2.0总磷/(mg/L) ≤0.02 ≤0.1 ≤0.2 ≤0.3≤0.4南四湖流域总氮浓度整体偏高，大部分地区的总氮浓度高于2 mg/L，达不到Ⅴ类水的标准.总氮浓度最高的地区集中在老万福河流域、洸府河流域、白马河流域(图7a).南四湖流域总磷负荷大于0.4 mg/L的地区约占总流域面积的40%，这些达不到Ⅴ类水的标准.主要集中分布在洸府河流域、洙赵新河流域、梁济运河流域和下级湖湖东周边河流流域(图7b).图7 南四湖流域非点源总氮(a)和总磷(b)浓度分类Fig.7 Classification of concentration of NPS total nitrogen(a)and total phosphorus(b)in Lake Nansi watershed4 结论利用SWAT模型模拟泗河流域(湖东)和东鱼河流域(湖西)典型小流域，误差(Re)都在10%以内，再将模型推至整个南四湖流域，通过对洸府河和洙赵新河流域的验证，Re都在15%以内，模拟精度较高，满足研究需要.对比发现湖东的模拟效果要好于湖西，即SWAT模型在地形起伏较大的地区更能获得较高的模拟精度.南四湖流域非点源氮磷污染严重，湖东污染较湖西严重.非点源氮负荷以溶解态为主，几乎全流域的氮浓度都超标严重.非点源磷负荷以吸附态为主，40%以上的区域磷浓度超标.所有河流流域中，洸府河流域是南四湖流域非点源氮磷污染的主要贡献者.5 参考文献【相关文献】［1]郝芳华，程红光，杨胜天.非点源污染模型:理论方法与应用.北京:中国环境科学出版社，2006. ［2]王晓燕，王一峋，蔡新光等.北京密云水库流域非点源污染现状研究.环境科学与技术，2002，25(4):1-3.［3]于水.公共突发事件应急管理研究——以太湖流域农业面源污染为例.管理观察，2009，(12):92-95.［4]李家科，李怀恩，李亚娇等.基于AnnAGNPS模型的陕西黑河流域非点源污染模拟.水土保持学报，2008，22(6):82-88.［5]Bouraoui F，Benabdallah S，Jrad A et al.Application of the SWAT model on the Medjerda River basin(Tunisia).Physics and Chemistry of the Earth，Parts A/B/C，2005，30(8/9/10):497-507.［6]Luo Y，Zhang M.Management oriented sensitivity analysis for pesticide transport in watershed-scale water quality modeling using SWAT.Environmental Pollution，2009，157(12):1-9.［7]Chanasyk DS，Mapfumo E，Willms W.Quantification and simulation of surface run off from fescue grassland watersheds.Agricultural Water Management，2003，59(2):137-153. ［8]Schomberg JD，Host G，Johnson LB et al.Evaluating the influence of landform，surficial geology，and land use on streams using hydrologic simulation modeling.Aquatic Sciences-Research Across Boundaries，2005，67(4):528-540.［9]Arabi M，Govindaraju RS，Hantush MM et al.Role of watershed subdivision on modeling the effectiveness of best management practices with SWAT.Journal of the American Water Resources Association，2006，42(2):513-528.［10]Tripathi MP，Panda RK，Raghuwanshi NS.Development of effective management plan for critical subwatersheds using SWAT model.Hydrol Process，2005，19:809-826. ［11]王伟武，朱利中，王人潮.基于3S技术的流域非点源污染定量模型及其研究展望.水土保持学报，2002，16(6):39-49.［12]范丽丽，沈珍瑶，刘瑞民等.基于SWAT模型的大宁河流域非点源污染空间特性研究.水土保持通报，2008，28(4):133-137.［13]王晓燕，王晓峰，汪清平等.北京密云水库小流域非点源污染负荷估算.地理科学，2004，24(2):227-231.［14]万超，张思聪.基于GIS的潘家口水库面源污染负荷演算.水力发电学报，2003，(2):62-68. ［15]沈吉，张祖陆，杨丽原等.南四湖——环境与资源研究.北京:地震出版社，2008.［16]李吉学，李金玉，李平.南四湖水质有机污染评价及趋势分析.治淮，1999，(7):38-39. ［17]孙娟.南四湖湿地功能变化及评价分析研究［学位论文］.济南:山东师范大学，2002.［18]张祖陆，彭利民，孙庆义.南四湖水质污染综合评价及水质分区.地理学与国土研究，1998，14(4):30-33.［19]王晓军，潘恒健，杨丽原等.南四湖表层沉积物重金属元素的污染分析.海洋湖沼通报，2005，(2):23-29.［20]杨丽原，沈吉，张祖陆等.南四湖表层底泥重金属和营养元素的多元分析.中国环境科学，2003，23(2):206-209.［21]杨丽原，沈吉，张祖陆等.南四湖表层底泥重金属污染及其风险性评价.湖泊科学，2003，15(3):252-256.［22]宋涛.南四湖沿岸农业面源污染研究［学位论文］.济南:山东师范大学，2010.。
SWAT模型实验方法
农业非点源污染农业非点源污染数据采集方法一：采样准备1、采样安排a)水样的采集与监测项目的确定。
确定采集水样的位置，能够反映非点源污染的特征。
同时，人力能够到的地方，而且监测指标能够反映非点源污染的特点。
b)采样时间、采样频率的安排为了更好的了解污染物的年间变化，在11年和12年，原则上应以月单位进行水样采集，一旦出现天气突变情况，随时根据情况调整时间。
c)除了特殊实验目的外（如研究雨季连续降雨），应当尽量排除前一场降雨对实验的影响，以免造成实验数据分析的困难。
由于目前还无法实现自动采样，所有水样都依靠人工进行采集。
在实验过程中，根据实验情况调整采样时间，采样频率。
2、采样点的空间设置为了研究污染物的空间变化，本次研究选择的土地类型包括：水田，旱田，居民点，草地等。
实验的水质采样点根据小流域的出口入口及土地利用类型等水污染影响因素确定。
利用GPS定点采集水样。
3、实验方法由于氮、磷是农业面源污染的重要原因，所以应利用GPS定点采样，N、P、COD、BOD等。
每项测定方法：a)总氮：b)总磷：c)COD：d)BOD：e)……农业非点源污染数据采集方法二：SWAT模型需要输入主要农作物的播种、施肥、灌溉等作物管理措施，可模拟流域内农业面源污染的负荷。
而其中的数据通过查阅辽宁省统计年鉴得出流域内的化肥使用情况，并对化肥进行折纯，得出TN、TP作为基肥加入到模型中。
农业非点源污染数据采集方法三：对非点源污染负荷估算得出数据农村非点源污染调查分析的主要对象为农业人口数量、农村综合污水、化肥农药使用和分散式饲养畜禽废水等。
非点源污染过程复杂，影响因素众多，对非点源污染负荷的估算也有很多途径。
（1）生活污水考虑到乡村没有集中的城镇下水道系统，因此将村中人口产生的生活污染源这算为有机肥输入到模型中。
本次研究应采用最新版本的人口普查中人口数据，列出流域中各乡镇排污当量数《第一次全国污染源普查城镇生活源产排污系数手册》（国务院第一次全国污染普查领导小组办公室，2008-3）并对清河凡河流域农村生活污水污染现状进行调查研究。
SWAT模型在农业面源污染研究中的应用
SWAT模型在农业面源污染研究中的应用SWAT（Soil and Water Assessment Tool）模型是美国农业部研发的一款农业非点源污染模拟模型，被广泛应用于农业面源污染研究中。
本文将介绍SWAT模型在农业面源污染研究中的应用，包括其原理、特点以及在实践中的应用案例。
SWAT模型基于水动力学和土壤侵蚀规律，以流域为单位，综合考虑气象、地形、土壤、植被和土地利用等因素，模拟农业面源污染的产生与迁移过程。
该模型具有模拟精度高、可靠性强、适用范围广等特点，被广泛应用于农业面源污染研究中。
首先，SWAT模型能够模拟农业活动对水质的影响。
通过模拟农田径流和河流水质的变化，可以评估不同农业管理措施对水质的影响。
例如，通过模拟不同的施肥量和施肥时间对水肥流失的影响，可以指导合理的施肥管理，减少化肥流失，提高施肥效果。
其次，SWAT模型能够模拟土壤侵蚀过程。
农业活动中的水土流失是主要的面源污染途径之一，而SWAT模型可以通过模拟降雨、水分平衡、土壤侵蚀等过程，评估不同农业管理措施对土壤侵蚀的影响。
例如，通过模拟不同的耕作方式对土壤侵蚀的影响，可以指导农民选择合适的耕作方式，减少土壤侵蚀的风险。
此外，SWAT模型还可以模拟农药和兽药等农业化学品的迁移过程。
农业化学品的过度使用和不当使用会导致水体中农药和兽药残留，进而对水环境和生态系统产生不良影响。
通过模拟农业化学品的迁移过程，可以评估农业活动对水体中农药和兽药的污染风险，并探讨相应的农业管理措施。
例如，通过模拟不同农业管理措施对农药和兽药的损失和迁移的影响，可以优化农业管理策略，减少农药和兽药对水体的污染。
在实践中，SWAT模型已经在许多国内外研究中得到了广泛应用。
以中国为例，研究者利用SWAT模型研究了不同耕作方式、不同施肥管理措施、不同农田排水管理方式等对农业面源污染的影响。
通过模拟和分析，得出了一系列合理的管理建议，如调整施肥时间、减少施肥量、改善排水系统等，以减少农业面源污染对水环境的影响。
基于SWAT模型的非点源污染模拟研究——以增江流域为例的开题报告
基于SWAT模型的非点源污染模拟研究——以增江流域为例的开题报告一、研究背景随着经济的快速发展和人口的增加，水环境污染问题已越来越严重，非点源污染成为水环境污染的主要来源之一。
非点源污染的特点是分散、多源、难以准确识别和监测，造成水环境恶化的影响程度大，严重威胁生态环境和人类健康。
因此，如何有效地识别、监测和治理非点源污染已成为当前水环境管理的重点和难点。
增江流域位于华南地区，是一个典型的农业流域，其中包括大面积的水稻田和果木园地。
在当地人民推动农业生产进步的同时，也必然带来了农业面源污染不可避免的问题，这一问题也日益成为当地水环境治理的重点。
SWAT模型是模拟流域水循环的模型，在国际上已经得到广泛地应用。
利用SWAT模型可以对流域的水循环过程进行模拟，同时可以模拟非点源污染的转移和汇集过程，为流域水环境管理提供科学支撑。
因此，基于SWAT模型对增江流域非点源污染进行模拟研究，对于实现当地水环境治理长远可持续发展具有重要意义。
二、研究目的和意义本文旨在基于SWAT模型对增江流域非点源污染进行模拟研究，具体研究目的包括：1.识别增江流域非点源污染的类型和分布特点，深入分析其来源及其对流域水环境的影响。
2.利用SWAT模型对增江流域水文过程进行模拟，得出流域径流量和水质组成情况。
3.基于SWAT模型对增江流域非点源污染进行模拟研究，探究降解和吸附过程的影响因素，加深对流域污染来源及其影响程度的认识。
4.提出针对增江流域治理非点源污染的建议，促进当地水环境保护和管理，推动农业生产持久发展。
该研究的意义在于提高农业生产安全水平、保障水资源安全、改善水环境质量、推动经济社会持续发展等方面都有积极的作用。
能够为当地水资源利用和管理提供科学依据，为区域生态保护和治理提供经验借鉴。
同时，对SWAT模型在非点源污染模拟领域的应用探索也具有参考价值。
三、研究内容和研究方法1.研究内容本文研究内容主要包括：（1）增江流域非点源污染类型和分布特点的识别。
基于ＳＷＡＴ_模型的水库型水源地非点源污染模拟分析
应用于国内研究时ꎬ 需进行本土化构建 [１１] ꎬ 在中国
究区的 ＤＥＭ 数据ꎮ 根据每个栅格块的高程数据ꎬ 计
软件计算得出相应土壤参数ꎬ 将其导入 ＳＷＡＴ 土壤数
算各个单元水流向ꎬ 通过流向确定水流累计矩阵ꎬ 确
据库ꎮ
定阈值ꎬ 并将水流累计值大于该阈值的点连接起来形
成河网 [１０] ꎮ
１ ２ ２ 土地利用数据
(１ 江苏省水文水资源勘测局扬州分局ꎬ 江苏 扬州 ２２５０００ꎻ ２ 句容市水利局ꎬ 江苏 镇江 ２１２４００)
摘 要: 月塘水库为仪征市应急备用水源地ꎬ 流域内农业为主要产业ꎬ 由农业活动产生的非点源污染也成为该水
库污染物的主要来源ꎮ 选择总氮 ( ＴＮ) 、 总磷 ( ＴＰ) 作为污染物代表指标ꎬ 构建 ＳＷＡＴ 模型ꎬ 模拟月塘水库流
Ｖ２) ꎮ
通过敏感性分析ꎬ 最终筛选出对于径流过程模拟
敏感性较高的 １０ 个参数进行模型率定ꎮ
本次 模 拟 效 果 评 价 指 标 综 合 考 虑 百 分 比 偏 差
图 ２ 研究区河网及子流域
( ＰＢＩＡＳ) 、 纳 什 效 率 系 数 ( ＮＳＥ ) 以 及 决 定 系 数
(Ｒ ２ ) ꎮ ＰＢＩＡＳ 体现模拟值和实测值的累积偏差ꎬ 用于
农业管理数据
作物、 灌溉、 施肥等数据
按作物生长期
统计年鉴农业相关制度
水文数据
出入库水量数据
逐月
水文部门
１ ２ １ ＤＥＭ 数据
原始土壤数据库中相关参数主要对应美国土壤特性ꎬ
需将其导入 ＡｒｃＧＩＳꎬ 经过投影变换、 掩膜提取得到研
数据集的基础上新增土壤类型ꎬ 见表 ３ꎮ 通过 ＳＰＡＷ
栅格型 ＤＥＭ 数 据 中 包 含 全 球 空 间 及 高 程 数 据ꎬ
密云水库上游流域非点源污染模拟研究
密云水库上游流域非点源污染模拟研究密云水库是北京市重要的水源地之一，其上游流域是影响水库水质的重要因素。
随着城市化进程的加快和农业生产的发展，上游流域非点源污染问题日益严重。
为了更好地保护密云水库水质，进行了一项针对上游流域非点源污染的模拟研究。
该研究以密云水库上游流域为研究对象，采用SWAT模型进行水质模拟。
首先，研究人员收集了上游流域的土地利用数据、降雨数据、流域特征等基础信息。
然后，根据实际情况设置模型的输入参数，包括降雨量、温度、蒸发、土壤类型等。
接着，利用模型模拟了上游流域的径流和污染物负荷，并得出了相应的结果。
研究结果显示，上游流域非点源污染主要来源于农业和城市排放。
农业活动中的化肥、农药使用以及农田面源污染是主要的污染物来源之一。
而城市排放中的废水排放、道路污染等也对上游流域水质产生了一定的影响。
此外，研究还发现，在降雨事件后，径流中的污染物浓度明显增加，表明降雨是上游流域非点源污染的重要因素。
为了控制上游流域的非点源污染，研究提出了一些对策和建议。
首先，加强农业管理，推广科学施肥和绿色农业技术，减少化肥和农药的使用，降低农田面源污染。
其次，加强城市污水处理，提高废水的处理效率，减少城市排放对上游流域的影响。
此外，加强环境监测和数据收集，为模型的精细化模拟提供更准确的数据支持。
综上所述，密云水库上游流域非点源污染模拟研究为保护水库水质提供了重要的科学依据。
通过深入分析上游流域的污染来源和影响因素，可以制定出科学有效的污染防治措施，为水资源的可持续利用提供保障。
然而，该研究还存在一些局限性，如模型的参数设置和数据的准确性等，需要在后续的研究中加以改进和完善。
基于SWAT模型的南四湖流域非点源氮磷污染模拟及湖泊沉积的响应研究
基于SWAT模型的南四湖流域非点源氮磷污染模拟及湖泊沉积的响应研究基于SWAT模型的南四湖流域非点源氮磷污染模拟及湖泊沉积的响应研究摘要：南四湖流域是一个草地区和农田区错综交织的流域，具有典型的非点源污染特征。
本研究拟采用SWAT（Soil and Water Assessment Tool）模型模拟南四湖流域的氮磷污染输送过程，并探讨不同时期湖泊沉积物中的氮磷含量响应。
研究结果显示，南四湖流域的农业活动对流域水体中的氮磷负荷具有很大影响，而湖泊沉积物可以在一定程度上吸附氮磷污染物，起到净化水体的作用。
1. 引言随着经济的快速发展和农业生产的增加，我国农田排放的氮磷污染物逐渐成为水环境的主要污染源之一。
其中，南四湖流域的氮磷污染问题备受关注。
本研究旨在利用SWAT模型模拟南四湖流域的非点源氮磷污染和湖泊沉积的响应，为该区域水环境的治理和保护提供科学依据。
2. 方法2.1 研究区域选取本研究选取南四湖流域作为研究区域，该区域位于草地区和农田区的过渡地带，具有典型的非点源污染特征。
2.2 SWAT模型简介SWAT模型是美国农业部开发的水文过程模型，可以模拟流域内水文循环和污染物的输送过程，适用于非点源污染研究。
2.3 数据获取和预处理收集研究区域的气象数据、土地利用数据、数字高程模型数据等，并进行预处理。
2.4 模型参数设置根据研究区域特点，设置SWAT模型的参数，包括水文参数和氮磷循环参数等。
2.5 模型验证和应用利用已有的水文数据和水质监测数据对模型进行验证，并采用模拟实验的方式预测不同情景下的氮磷污染物输送过程。
3. 结果与讨论3.1 模型验证结果将模拟结果与实际观测数据进行比较，验证模型的准确性和可靠性。
3.2 氮磷污染模拟结果模拟了不同情景下南四湖流域的氮磷污染物输送过程，并分析了农业活动对流域水体中氮磷负荷的影响。
3.3 湖泊沉积物中氮磷含量的响应通过采集湖泊沉积物样品进行分析，研究了不同时期湖泊沉积物中的氮磷含量，并与模型模拟结果进行对比。
基于SWAT模型的流域非点源污染模拟_以密云水库北部流域为例 (1)
农业环境科学学报２００８，２７（３）：１０９８－１１０５ＪｏｕｒｎａｌｏｆＡｇｒｏ－ＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔＳｃｉｅｎｃｅ摘要：本文利用ＳＷＡＴ（ＳｏｉｌａｎｄＷａｔｅｒＡｓｓｅｓｓｍｅｎｔＴｏｏｌｓ）模型，在ＧＩＳ技术和流域数字高程模型的支持下，对北京密云水库北部区域进行了流域非点源污染模拟研究，建立了一套适用于ＳＷＡＴ模型的研究区非点源污染基础信息库；根据２０００—２００２年的气象、水文、水质等监测数据，对研究区非点源污染负荷的时空变化进行模拟。
结果表明，在空间尺度上，白河流域产流（占总流域的４７．７５％）、产沙（占总流域的５３．６５％）最大，但潮河水系含沙量（占总流域的６２．５５％）最大；单位面积氮磷流失量最高区域在潮河水系的东部丘陵区安达木河控制流域，其次为西部山地区的白河水系控制流域，流失量最低的区域出现在潮河水系中部冲积扇区主河道控制流域。
在时间尺度上，８月份流量最大，占雨季总流量的５１．４８％；而硝态氮和矿物质磷在９月份输出最大，分别占雨季总输出８３．６４％和５０．５５％。
不同土地利用类型非点源污染流失负荷不同，不同土地利用类型非点源污染流失负荷不同，耕地负荷贡献最大，其次是农村居民点，林地的污染负荷贡献最小。
关键词：非点源污染；ＳＷＡＴ；时空变化模拟；密云水库流域中图分类号：Ｘ５２４文献标识码：Ａ文章编号：１６７２－２０４３（２００８）０３－１０９８－０８收稿日期：２００７－０７－３１基金项目：北京市科技项目“密云水库流域水土流失综合防治体系及示范推广研究”，北京市教委科技项目（ＫＭ２００５１００２８０１２）；北京市优秀人才计划（２００６１Ｄ０５０１６００２２５）作者简介：王晓燕（１９６７─），女，甘肃人，博士，教授，研究方向为流域水环境污染研究。
Ｅ－ｍａｉｌ：ｃｎｕｗｘｙ＠ｓｏｈｕ．ｃｏｍ基于ＳＷＡＴ模型的流域非点源污染模拟———以密云水库北部流域为例王晓燕，秦福来，欧洋，薛亦峰（首都师范大学资源环境与旅游学院，北京１０００３７）ＳＷＡＴ－ＢａｓｅｄＳｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｎＮｏｎ－ｐｏｉｎｔＳｏｕｒｃｅＰｏｌｌｕｔｉｏｎｉｎｔｈｅＮｏｒｔｈｅｒｎＷａｔｅｒｓｈｅｄｏｆＭｉｙｕｎＲｅｓｅｒｖｏｉｒＷＡＮＧＸｉａｏ－ｙａｎ，ＱＩＮＦｕ－ｌａｉ，ＯＵＹａｎｇ，ＸＵＥＹｉ－ｆｅｎｇ（ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＲｅｓｏｕｒｃｅ，Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ＆Ｔｏｕｒｉｓｍ，ＣａｐｉｔａｌＮｏｒｍａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００３７，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＳＷＡＴ（ＳｏｉｌａｎｄＷａｔｅｒＡｓｓｅｓｓｍｅｎｔＴｏｏｌ）ｍｏｄｅｌｉｓａｗａｔｅｒｓｈｅｄｓｃａｌｅｍｏｄｅｌｄｅｖｅｌｏｐｅｄｔｏｐｒｅｄｉｃｔｔｈｅｉｍｐａｃｔｏｆｌａｎｄｕｓｅｐｒａｃｔｉｃｅｓｏｎｗａｔｅｒｆｌｏｗ，ｓｅｄｉｍｅｎｔ，ａｎｄａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌｃｈｅｍｉｃａｌｙｉｅｌｄｓｉｎｌａｒｇｅｗａｔｅｒｓｈｅｄｓｏｖｅｒｌｏｎｇｐｅｒｉｏｄｓ．ＳＷＡＴｍｏｄｅｌｗａｓａｐｐｌｉｅｄｔｏｓｉｍｕｌａｔｅｔｈｅｎｏｎ－ｐｏｉｎｔｓｏｕｒｃｅｐｏｌｌｕｔｉｏｎ（ＮＰＳ）ｌｏａｄｉｎｇｉｎｔｈｅｎｏｒｔｈｗａｔｅｒｓｈｅｄｏｆｔｈｅＭｉｙｕｎＲｅｓｅｒｖｏｉｒ—ｔｈｅｍｏｓｔｉｍｐｏｒｔａｎｔｓｏｕｒｃｅｏｆｄｒｉｎｋｉｎｇｗａｔｅｒｓｕｐｐｌｙｉｎＢｅｉｊｉｎｇ．ＴｈｅｂａｓｉｃｄａｔａｂａｓｅｆｏｒＳＷＡＴｍｏｄｅｌｉｎｔｈｅｓｔｕｄｙａｒｅａｈａｓｂｅｅｎｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄｕｓｉｎｇｔｈｅＧＩＳａｎｄＶｉｓｕａｌＦｏｘｐｒｏ６．０ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ．Ｔｈｅｓｉｍ－ｕｌａｔｉｏｎｏｆＮＰＳｌｏａｄｉｎｇｗａｓｃａｒｒｉｅｄｂｙＳＷＡＴｍｏｄｅｌｕｓｉｎｇｔｈｒｅｅｙｅａｒｓ（２０００—２００２）ｄａｔａ．Ｔｈｅｓｐａｔｉａｌａｎｄｔｅｍｐｏｒａｌｖａｒｉａｔｉｏｎｓｏｆｌｏａｄｉｎｇｓｗｅｒｅｔｈｅｎａｎａｌｙｚｅｄ．Ａｔｔｈｅｓｐａｔｉａｌｓｃａｌｅｓ，ｔｈｅｗａｔｅｒｓｈｅｄｏｆｔｈｅＢａｉｈｅＲｉｖｅｒｈａｄｈｉｇｈｅｒｆｌｏｗａｎｄｓｅｄｉｍｅｎｔｌｏａｄｓ；ｈｏｗｅｖｅｒ，ｔｈｅＣｈａｏｈｅＲｉｖｅｒｈａｄｈｉｇｈｗａｔｅｒｃｏｎｔｅｎｔｏｆｓｅｄｉｍｅｎｔ．ＴｈｅｅａｓｔｅｒｎｈｉｌｌｙｗａｔｅｒｓｈｅｄｏｆｔｈｅＡｎｄａｍｕＲｉｖｅｒｅｘｈｉｂｉｔｅｄｔｈｅｈｉｇｈｅｓｔｎｕｔｒｉｅｎｔｌｏａｄｐｅｒｕｎｉｔａｒｅａ，ｆｏｌｌｏｗｅｄｂｙｔｈｅｗｅｓｔｅｒｎｍｏｕｎｔａｉｎａｒｅａｏｆｔｈｅＢａｉｈｅＲｉｖｅｒｗａｔｅｒｓｈｅｄ，ａｎｄｔｈｅｌｏｗｅｓｔｌｏａｄｗａｓｆｒｏｍｔｈｅｃｅｎｔｒａｌａｌｌｕｖｉａｌｐｌａｉｎｏｆｔｈｅＣｈａｏｈｅＲｉｖｅｒｗａｔｅｒ－ｓｈｅｄ．Ｏｎｔｈｅｔｅｍｐｏｒａｌｓｃａｌｅ，ｔｈｅｈｉｇｈｅｓｔｆｌｏｗｓｗｅｒｅｏｂｓｅｒｖｅｄｉｎＡｕｇｕｓｔａｎｄｈｉｇｈｅｓｔｎｕｔｒｉｅｎｔｌｏａｄｉｎＳｅｐｔｅｍｂｅｒ．ＷｏｏｄｌａｎｄｓｃｏｎｔｒｉｂｕｔｅｔｈｅｓｍａｌｌｅｓｔＮＰＳｌｏａｄｉｎｇ，ｏｒｃｈａｒｄｓａｒｅｔｈｅｓｅｃｏｎｄｓｍａｌｌｅｓｔｃｏｎｔｒｉｂｕｔｏｒ，ａｎｄｆａｒｍｌａｎｄｓｃｏｎｔｒｉｂｕｔｅｔｈｅｈｉｇｈｅｓｔＮＰＳｌｏａｄｉｎｇ．Ｗａｓｔｅｗａｔｅｒｄｉｓｃｈａｒｇｅｆｒｏｍｖｉｌｌａｇｅｓｉｓｔｈｅｓｅｃｏｎｄｈｉｇｈｅｓｔｃｏｎｔｒｉｂｕｔｏｒ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｎｏｎ－ｐｏｉｎｔｓｏｕｒｃｅｐｏｌｌｕｔｉｏｎ（ＮＰＳ）；ＳＷＡＴ；ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆｔｅｍｐｏｒａｌａｎｄｓｐａｔｉａｌｖａｒｉａｔｉｏｎ；ｔｈｅｗａｔｅｒｓｈｅｄｏｆＭｉｙｕｎＲｅｓｅｒｖｏｉｒ第２７卷第３期农业环境科学学报图１研究区域图Ｆｉｇｕｒｅ１Ｍａｐｏｆｔｈｅｓｔｕｄｙａｒｅａ非点源污染（Ｎｏｎ－ＰｏｉｎｔＳｏｕｒｃｅＰｏｌｌｕｔｉｏｎ）具有不确定性强、时空差异大、影响因素及作用过程复杂、污染监测困难等特点，为了对非点源污染进行有效的治理与控制，必须定量研究污染物的流失规律。
基于SWAT模型的州河流域非点源污染模拟
收稿日期：2017—05—30作者简介：徐宁（1980—），男，工程师，主要从事水资源保护科学研究工作。
DOI ：10.3969/j.issn.1004-7328.2017.05.018基于SWAT模型的州河流域非点源污染模拟徐宁，高金强，王潜（海河水利委员会水资源保护科学研究所，天津300170）摘要：利用SWAT 模型，根据州河流域DEM 、土地利用、土壤、水文、气象等基础数据，对2010—2013年州河流域非点源污染模拟进行了研究，模型模拟精度较好。
结果表明，丰水年的2012年州河流域TN 和TP 负荷远远大于其它年份；沙河对于桥水库的TN 贡献量最大，黎河对于桥水库的TP 贡献量最大；流域汛期TN 和TP 污染负荷约占全年的七成以上。
关键词：SWAT ；非点源；州河中图分类号：X824文献标识码：A文章编号：1004-7328（2017）05-0053-04非点源污染包括农村生活污水和垃圾、畜禽养殖、化肥和农药，相对于点源污染，具有分散性、隐蔽性、不确定性、不易监测和难以量化等特点，因此估算非点源污染量较为困难。
传统的非点源污染估算方法为经验系数法，首先分别估算上述污染类型中总氮TN 、总磷TP 、COD 和氨氮等污染物的产生量、流失量（排放量）和入河量，然后进行汇总分析得到非点源污染总量。
随着地理信息系统的迅速发展，一些功能强大的流域模型被开发出来，这些模型可以估算非点源污染量，其中SWAT 模型的有效性在国内已经被广泛验证。
SWAT 是由美国农业部（USDA ）的农业研究中心Jeff Amonld 博士1994年开发的，开发的最初目的是为了预测在大流域复杂多变的土壤类型、土地利用方式和管理措施条件下，土地管理对水分、泥沙和化学物质的长期影响。
SWAT 模型是以日为时间步长进行长时间段模拟的分布式流域水文模型，利用遥感和地理信息系统提供的空间信息作为模型的输入，以模拟多种不同的水文物理化学过程，如水量、水质以及杀虫剂的输移与转化过程。
SWAT模型在西湖流域非点源污染的模拟研究
２¨Ｉ￡纪 以 来．１ 界范 的点源 污 染 已得到 Ｊ 有效控 制 ． ” 迎 ．＇ｒ卡¨对 完 藩的点 源 ＿＝‘染 髓测 、评价 币［Ｉ控 制体 系， 非点源 污 染 成为 Ｊ 水环 境 污 染的 重 《来源 Ｉ。。
广 东 化 工
ＷＷ Ｗ．ｇｄｃｈｅｍ ．ｃｏｍ
２０ｌ ８年 第 １ ５期 第 ４５卷 总 第 ３７７期
ＳＷ ＡＴ模 型在 西湖流域 非 点源污 染 的模拟研 究
张 上 化 ，蒋 轶 锋 ，王 志 彬
（ａｌｉ－￣【．ＪＩ、¨ 大 、 境 学院 ，｝ ｛＝Ｊ１Ｉ＝州 ３１００１４）
［摘 要 ］西 湖长 期面 临 着 以富 营养化 和 生态退 化 为主 要特 征 的水 环境 问题 ，其 中非 点源 污 染 是影响 湖 区水质 根本 改 善的 重要 原 因。本 研 究应
究以 两湖 流域 为研 究 对 象．应 用 ＳＷＡＴ模 型对 西湖 流域 非 点源 污 染进 模 拟 分 ． 为西 湖水 顺 的改 善 卡ｕ非 点源 污 染的 防治提 供理 沦支”
１西湖 流域概况
Ｉｌｌ¨然 地胖 状 湖地 处 杭 州市 西 部， 水域而 积 约 为 ６．４ 平方 公 里， 、ｌ 均 水
区 。
［关键 词］西 湖 ：非 点源污 染 ：ＳＷＡＴ模 型 ；氮 磷
【中 图分 类ｇ－ＩＴＱ 源自［文献标 ￣，，ｑｔｉｑ］Ａ
［文 章编 号１１００７—１８６５（２０１８）１５－００１０—０４
Ｓｉｍ ｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ Ｎ ｏｎ－ｐｏｉｎｔ Ｓｏｕｒｃｅ Ｐｏｌｌｕｔｉｏｎ ｏｆ ＳＷ ＡＴ Ｍ ｏｄｅｌ ｉｎ Ｗ ｅｓｔ Ｌａｋｅ Ｂａｓｉｎ
非点源污染分布式模拟
非点源污染分布式模拟一天，小李路过一条小河，发现原本清澈的河水变得浑浊不堪，还有很多漂浮物。
这一变化让小李非常吃惊，他随即向有关部门反映了这个情况。
经过调查，工作人员发现这条小河受到了附近一家工厂的非点源污染影响。
非点源污染，顾名思义，不是由单个点源排放的污染，而是由多种来源、多种因素引起的污染。
在这种情况下，污染物通过雨水、地表径流等途径进入水体，导致水质恶化。
非点源污染具有很大的隐蔽性，难以被传统的监测手段发现，但它的影响却不容忽视。
为了解决非点源污染问题，我们可以采用分布式模拟的方法。
分布式模拟是一种通过对环境系统进行精细化模拟，进而对环境问题进行分析和预测的方法。
它可以模拟出各种环境要素在不同条件下的变化情况，为环境保护提供科学依据。
分布式模拟在非点源污染治理方面具有明显的优势。
首先，它可以模拟出污染物的迁移、转化全过程，帮助我们更好地了解污染物的来源和去向。
其次，它可以根据实际环境条件，对污染物的扩散进行预测，为污染控制提供更加精确的方案。
分布式模拟还可以对各种治理措施的效果进行模拟和评估，为环保决策提供科学支持。
然而，分布式模拟也存在一些劣势。
首先，它需要大量的数据支持，如果数据不足或质量不高，就可能影响模拟结果的准确性。
其次，分布式模拟需要专业人员来进行模型的开发和维护，成本相对较高。
分布式模拟涉及到多种学科知识，如地理学、环境科学、计算机科学等，需要跨学科合作才能更好地应用。
分布式模拟在非点源污染治理中具有重要作用。
我们应该重视分布式模拟的应用，加强跨学科合作，提高模拟结果的准确性。
我们也需要加强相关数据的收集和质量提升，为分布式模拟提供更好的支持。
未来，随着技术的不断进步和数据质量的不断提高，我们相信分布式模拟将在非点源污染治理中发挥更大的作用，为我们的环境保护事业做出更大的贡献。
随着经济的快速发展和城市化进程的加速，水环境污染问题日益凸显，其中农业非点源污染成为重要来源之一。
《2024年基于SWAT模型的南四湖流域非点源氮磷污染模拟及湖泊沉积的响应研究》范文
《基于SWAT模型的南四湖流域非点源氮磷污染模拟及湖泊沉积的响应研究》篇一一、引言随着工业化和城市化的快速发展，非点源污染已成为水体污染的重要来源之一。
南四湖流域作为我国重要的淡水湖泊群，其水体中的氮磷污染问题日益突出，对流域生态环境和人类健康构成了严重威胁。
因此，研究南四湖流域非点源氮磷污染的来源、迁移转化及湖泊沉积的响应机制，对于保护流域生态环境、改善水体质量具有重要意义。
本文基于SWAT（Soil and Water Assessment Tool）模型，对南四湖流域非点源氮磷污染进行模拟，并探讨湖泊沉积的响应。
二、研究区域与方法1. 研究区域南四湖流域位于我国华东地区，包括微山湖、昭阳湖、独山湖和南阳湖等四个湖泊。
该流域地势复杂，气候多变，是典型的农业区，非点源污染问题严重。
2. 研究方法（1）SWAT模型应用：SWAT模型是一种用于模拟流域尺度水循环、营养物迁移等过程的物理模型。
本文通过SWAT模型对南四湖流域进行非点源氮磷污染的模拟。
（2）数据收集与处理：收集南四湖流域的气象、土壤、地形等基础数据，以及氮磷污染的相关数据，进行数据处理和分析。
（3）湖泊沉积研究：通过采集湖泊沉积物样品，分析沉积物的粒度、元素组成、有机质含量等指标，探讨湖泊沉积对非点源氮磷污染的响应。
三、SWAT模型在南四湖流域的应用1. 模型构建与参数率定根据南四湖流域的地形、气象、土壤等数据，构建SWAT模型。
通过率定模型参数，使模型能够较好地反映南四湖流域的水文过程和氮磷迁移转化过程。
2. 非点源氮磷污染模拟利用SWAT模型对南四湖流域的非点源氮磷污染进行模拟。
通过模拟结果，分析非点源氮磷污染的来源、迁移转化规律及影响因素。
四、湖泊沉积的响应研究1. 湖泊沉积物样品采集与处理在南四湖流域内选择具有代表性的采样点，采集湖泊沉积物样品。
对样品进行粒度、元素组成、有机质含量等指标的分析。
2. 湖泊沉积物指标分析通过分析湖泊沉积物的粒度、元素组成、有机质含量等指标，探讨湖泊沉积对非点源氮磷污染的响应机制。
swat培训
swat培训
面源污染模型：
在面源污染控制中，污染负荷是前提；
污染负荷需要通过一定的模型进行估算；
经验模型和机理模型；
经验模型：各种经验系数、应用多、操作简单、但灵活性差
机理模型：基于过程（产生、迁移、转化）建立的模型，能体现不同情况的动态变化，但操作复杂，需输入大量数据，需长时间的率定以获得较可靠的参数
SWAT是美国农业部农业中心开发的流域尺度模型。
特点：物理概念模型、输入参数简单（地形数据、土壤数据、土地利用数据、气象数据）、计算效率高（日尺度、月尺度、年尺度）、可以对流域进行长期模拟（模拟的时间长短取决于所有气象数据的时间长短）
SWAT可以对流域内一系列复杂的物理过程进行模拟，例如水循环和营养物迁移转化等。
流域内泥沙、营养物的产生与迁移都是建立在流域内水循环的基础上。
四大子模块：水文模块、土壤侵蚀与泥沙运移模块、营养物运输模块、植物生长与经营管理模块。
输入数据：DEM（流域的数字高程模型用来划分子流域和寻找出流路径）、土地利用数据、土壤数据、气象数据（用来计算流量和蒸散发量，影响模拟的时长）、其他数据（农业管理措施和水库和湖泊位置，出流点）
划分子流域、划分HRU（空间离散分布，是基本计算单元，基于面积计算，与分布位置无关）
Arcswat：基于gis进行输入数据准备后运行Swat Debug、release32/64.EXE
操作流程：
1.数据准备与制备——arcgis等
2.构建swat模型——arcswat
3.初步运行swat模型——swat.exe
4.参数率定和结果验证——swat-cup
5.正式运行swat模型——swat.exe
6.模拟结果统计与分析——arcgis等。
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= NO3ly•(1-exp[-1.4γtmp,lyorgCly]) <0.95，则 =0.0
作物残余的分解和矿化
降雨中的氮
Nminf,ly = 0.8·δ ntr,ly·orgNfrsh,ly
Nrain = 0.01·RNO3·Rday
氮运移
磷素的土壤循环
➢矿物性土壤中 磷主要以三种 形式存在:
腐殖质有机氮 orghN um ,ly 104o1rg4lyC
新有机氮
orgNfrsh,surf=0.0015·rsdsurf
硝化作用和氨挥发
硝化
Nni,lty(fn ri,ltfy n ri,lftyv ro ,lly)Nni|vt o ,lly
挥发 N vo ,ly l(fn r,ilftyv ro ,lfy lv ro ,ly l)N n|ivto ,ly l
BOD
降水
点源污染
降水
降水
地表径流
泥沙负荷
坡坡坡坡
河道水质模型
湖泊水体水质 模型
大气
坡坡坡
坡坡坡坡坡
BOD
溶解氧
磷
氮
底泥 藻类 底泥
底泥
流域污染物迁移转化过程示意图
模型概述
非点源污染模块
河道水质模块 湖泊、水库水质模块
农药模拟模块
模道演算模块
模型扩展应用
1、水中：降解、挥发、底泥沉降、出流； 2、底泥中：降解、再悬浮、解吸附、掩埋；
滞蓄水体中（仅水库，过程与主河道基本一致）
挥发
流入
流出
水体
溶液态 吸附 微粒态
扩散
再悬浮 沉降
底泥
溶液态 吸附 微粒态 掩埋
分解 分解
农药的地表水体循环
叶面施药 挥发
降解
表层和亚表层施药 挥发
冲洗 入渗
产流带走
淋溶
分解
第八讲 SWAT的非点源污染模 拟
主要内容
1、非点源污染模拟原理 2、模拟过程与关键步骤 3、点源和非点源模拟应用实例
一、非点源模拟原理
模型概述
➢流域中非点源污染的来源主要是农业化肥 和农药的施用。氮、磷等营养物和农药的 迁移和转化取决于化合物在土壤环境中经 历的转换过程。SWAT模型可以模拟水文响 应单元内氮和磷完整的营养物循环过程和 任何一种农药的降解过程。
化肥
绿肥/垃 圾/淤泥
• 腐殖质中的有
机磷
• 难溶的矿物磷 • 土壤溶液中的
植物可利用磷
吸附 解吸
矿化 固持
吸附态 无机磷
绿肥/垃 圾/淤泥
收割
土壤 有机
质
土壤初始磷
活性矿物磷
稳定矿物磷
minaPc,ltyPsolu,tliyo1nppaaii
mP isnt,lay4mP ian,clyt
腐殖质有机磷 orhg u ,lm yP 0.12 N 5 hu ,lm y
反硝化作用
矿化作用、分解作用/固氮作用
如果γsw,ly ≥0.95，则
腐殖质矿化
N N trm ,n ly a s i,ln y tr,n lm ysoi(n rtag m ,c ,lly tN y p fs1 a r ,w lc y )1 t /N 2 1 o orrasg ,g c lt,ly a tyN N 如果NNγddseewnnii,ttl,,yllyy
HRU的病原菌：
1、植物叶面；2、土壤溶液；3、吸附在土壤颗粒中
病原菌的运移模拟：
1、植物叶面的雨水冲刷；2、菌群的死亡-生长(3种介质）；3、土壤 溶液中细菌的淋溶（淋溶的细菌认为死亡）；4、地表产流带走；5、 在地表水体中（主河道、仅水库）随水流演进，并仅考虑死亡过程
河道水质模型
SWAT模型中的河流水质模型采用QUAL2E模型 。该模型是以溶解氧为中心的多变量的综合性河流 水质模型。它能按照使用者的要求，模拟河道中泥 沙、叶绿素——藻类、有机氮、氨氮、有机磷、可 溶性磷、亚硝酸盐、硝酸盐、矿物质磷、生化需氧 量、溶解氧、农药、三种任选的重金属等不同水质 指标的浓度变化过程。
营养元素的地表水体循环
模型非点源污染模拟原理
➢ 物质运移内容：
1、营养物，包括有机氮、铵氮、亚硝氮、硝氮、有机/ 无机磷；
2、农药； 3、重金属； 4、病原菌； 5、生化需氧量、溶解氧
➢ 过程：
与水循环过程类似，多数先在水文响应单元计算各种 产出量（陆面过程），再输出到子流域的滞蓄水体以 及河网系统进行循环过程
氮素的土壤循环
矿化作用、分解作用/固磷作用
腐殖质矿化
Pmina,ly = 1.4•βmin •γtmp,lyγsw,ly•orgPact,ly
作物残余的分解和矿化
P de ,ly c0.2 n,tlryorfg r,slP yh
无机磷的吸附作用
溶液中迁移到活性矿物库
Psol┃act ly = Psolutiont ly - minPact ly·
SWAT模型监测土壤中的五种不同氮库:
无机氮库（NH4+和NO3-） 有机氮库（新有机氮、活性有机氮和稳定有机氮）
新有机氮（Fresh organic N）是指以农作物残余和微生物的形式存在的有机氮; 活性有机氮和稳定有机氮是指土壤中以腐殖质形式存在两种不同类型的氮。
土壤初始氮
初始硝酸氮
NO 3con,zc7exp10z00
模型概述
➢ SWAT模拟流域内泥沙、藻类、溶解氧、有机污染、多种 不同形式的氮、磷以及农药等污染物质的运移与转换。物 质循环模型可以分为非点源污染模块、河道水质模块以及 湖泊水库水质模块。据统计，目前已在国际期刊上发表相
关文献近200篇，中国知网收录文献292篇。
非点源污染
可可 溶溶 性性 氮磷
吸吸 附附 氮磷
活性矿物库中迁移到溶液
Psol┃act ly = 0.1·(Psolutiont ly - minPact
ly·
1
pai pai
)
淋溶作用
Pperc 10P soblud,tsiueornp fw suptrehfk,rsdcu,prferc
磷运移
农药的地表水体循环
主河道中（仅模拟一种农药）：
淋洗作用： pstf,wsh = frwsh·pstf
降解作用： psts,ly,t = psts,ly,0·exp[-kp,sol·t]
病原菌运移
病原菌的来源：
SWAT仅概念性地模拟两种菌群，一种为可长久生存的，一种为相 对短命的。病原菌来自于绿肥(动物粪便），SWAT的肥料类型数据库 中有各种绿肥的含菌量参数。在施肥过程中，病原菌也一同施入， 并在植物叶面和表层10mm的土层中进行分配。另外可通过点源输入。