非点源污染模型ANSWERS_2000的水文子模型研究

第15卷第1期水土保持研究Vo l.15 No.1 2008年2月Research of So il and Water Co nserv atio n Feb.,2008非点源污染模型A NSWERS 2000的水文子模型研究*

潘 沛1,2,刘 凌1,2,梁 威1,2

(1.河海大学水文水资源与水利工程科学国家重点实验室,南京 210098;

2.河海大学水资源环境学院,南京 210098)

摘 要:非点源污染的前期过程,是在流域面上污染物质或是营养元素随着降雨径流的产生而产生。利用实验室大型土槽试验,研究AN SWERS 2000模型的水文子模型对于人工降雨事件的模拟精度,探索AN SW ERS 2000在理想坡面上的适用情况,并且尽可能准确地给出其水文模型的部分参数的取值。经过计算发现该水文子模型模拟理想坡面的误差较小,但是存在系统偏大的情况;整个计算单元的M anning糙率取0.03~0.07。存在的问题有参数土表面结皮层厚度只能定性无法准确的定量描述;降雨装置测流装置对于径流模拟产生的影响较大。

关键词:大型土槽;非点源污染;A N SWERS 2000;G reen Am pt入渗方程;结皮层

中图分类号:P343;X171 文献标识码:A 文章编号:1005 3409(2008)01 0103 04

Usage Study of Non point Source Pollution Model

ANSWERS 2000 s Hydrology Sub model

PAN Pei1,2,LIU Ling1,2,LIAN G Wei1,2

(1.S tate K ey Labor ator y of H y dr ology water Resour ces and H y d raulic Engineer ing,H ohai Univ er s ity,N an

j ing 210098,China;2.H y dr ology and W ater Resour ces Colleg e,H ohai Univer sity,N anj ing 210098,China)

Abstract:Befo re the non po int po llut ion o ccur s,ther e ar e some pollutant and nutrit ion leached and,tog ether w ith t he r unoff, rushed to dow nstr eam.In an indoo r precipitat ion experiment,A NSW ER S 2000mo del(hydro log y sub mo del)w ere used to find out if it can model the r ainfa ll runo ff pr ocess accurately and if it s suitable fo r Chinese w atershed,and g iving out some suitable value of par ameter in sub model.It s fo und out that giv en hydro lo gy sub model can mo del runo ff pr ocess w ith let ter err or s,the value is systematicly big ger and the value of M anning roug hness coefficient is lo cated in0.03~0.07.T here are also some prob lems t hat cr ust thickness has no suitable v alue and the rainfall and runoff equipment has created so me er ro r in runo ff mo deling. Key words:big earth g ro ove;no n po int po llut ion;A N SWERS 2000;G reen Am pt infiltr ation equatio n;crust thickness

水环境污染问题通常可分为点源污染和非点源污染。由于排放比较集中,点源污染在包括我国在内的许多国家已经得到较好的控制和治理,与此同时,非点源污染(或称面源污染)的严重性也逐渐显现出来。与点源污染相比,非点源污染的时空范围更广,不确定性更大,成分、过程更复杂,因而加深了相应的研究、治理和管理政策制定的难度。尤其是在非点源污染模拟和预测模型研究上也存在许多问题,要研究非点源污染的过程,首先要对坡面产流模拟准确。该文研究的目的就是探索国外较成熟的非点源污染模型(A N SW ER S 2000)来考察其在理想坡面对产流描述的适用性。

1 AN SWERS 2000的水文子模型

A NSW ER S(A real N on point So ur ce W atershed Envi r onment Respo nse Simulation)模型是由Beasley和Hug g ins[1 5]在基于20世纪70年代的原有A N SWERS模型基础上建立的。其基于下面的假设: 在流域中的任何一点,其产流率与给出的水文参数如雨强、下渗、地形和土壤类型等都存在一定关系。而且这些产流率被用来使模型相应各部分串联起来作为模拟流域中运移现象的基础,如泥沙侵蚀和化学物质运移等[1]。A NSW ERS模型的最新版本是AN SWERS 2000,它是于20世纪90年代中期开发的连续性模拟模型[6]。

A N SWERS 2000中的水文过程可由下面过程描述[7]:在降雨产生后,部分降雨被植物的冠层截留,直到满足潜在的截留能力,植物截留过程才结束。在降雨过程中,下渗率持续减少,直到它等于雨强时雨水才在土壤表层以毛细管水的形式聚集。水量一旦超过毛细管蓄水能力,坡面开始填洼,直到满足土层持水能力和表面填洼之后,产生坡面流。当降雨结束,表层土壤开始退水,直到坡面流全部结束。不管怎样,下渗过程直到所有的毛管水全部渗完为止。

现有模型中的径流和入渗模块以Gr een A mpt入渗方程代替了原模型中的H oltan方程进行计算。由于H oltan 方程所需输入的参数并没有什么物理意义,所以很难估计。特别是控制深度[7]这个参数,H oltan认为它是土壤剖面上层,用于控制下渗的一个关键参数。而且Hug gins和M onke 发现控制深度会随着土壤植被状况和上层的下渗能力而改变。另外,下渗和径流量对这个参数很敏感(Dillaha and

*收稿日期:2006 10 23

基金项目:国家自然科学基金重点项目(50239030)

作者简介:潘沛(1981-),男,上海人,硕士研究生,主要从事非点源污染及坡面产污研究。