岔口小流域AnnAGNPS模型验证和坡改梯生态效益分析

作     者：闫胜军 

作者单位：山西农业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：郭青霞

授予年度：2014年

学科分类：082802[工学-农业水土工程] 090707[农学-水土保持与荒漠化防治] 0907[农学-林学] 08[工学] 0828[工学-农业工程] 09[农学] 0815[工学-水利工程] 

主      题：非点源污染 AnnAGNPS模型 适用性评价 坡改梯 生态评价 

摘      要：岔口小流域是农业区域,水土流失非常严重。近年来人们的环境保护意识不断加强,流域内实施了一系列工程措施来治理水土及营养物质流失：比如说退耕还林工程,淤地坝工程,坡改梯工程。这些工程很大程度上减少了污染的产生,但从流域出口处的监测数据来看,仍有一定数量的泥沙及营养物质的流失。如何确定及定量研究在建设有淤地坝地区的潜在污染源成为小流域综合治理的下一步迫切任务。坡改梯工程是一项重要的流域治理措施,通过模型分析其作用的大小具有很高的理论价值和学术意义。 本文以黄土高原丘陵沟壑区典型流域为例建立了AnnAGNPS模型基础信息数据库;评价AnnAGNPS模型在大量建有淤地坝的黄土丘陵沟壑区的适用性;识别面源污染关键源区;分析流域坡改梯工程对场次降雨的总径流、泥沙、氮和磷负荷量的影响。主要结论如下： (1)通过大量的实地调查,深入分析流域内气象、地形、土壤、土地利用、作物和非作物管理数据等相关参数,建立了具有一定精度的适用于黄土丘陵沟壑区的中等流域尺度的AnnAGNPS模型数据库。 (2)根据流域内实测的2013年7月份的5场暴雨数据确定的径流量、输沙量、氮磷负荷量进行模拟估算,结果表明模型对径流的模拟值与实测值较好的接近,径流模拟偏差为-21.46%-2.26%,确定性系数R2为0.9922,模拟结果可以接受。模型对建有淤地坝的岔口小流域的泥沙模拟具有很大的不确定性,模拟偏差最好的为24.62%,最大达到-98.29%。氮磷的模拟精度受径流及泥沙的影响,也表现出不确定性。模型虽对泥沙、氮和磷模拟表现出很大的不确定性,但其能较好的预测产生趋势,及较好的模拟径流,表明AnnAGNPS模型在黄土丘陵沟壑区仍有较好的应用前景。 (3)从空间分布上看,非点源污染负荷在空间上分布不均匀,土地利用方式、操作管理的不同,土壤类型的不同使得流域内不同均质单元内的污染负荷差别较大。从单位面积上泥沙流失量的概率分布图上看,受人为干扰的坡耕地,沟坝地,沟川地及果园的泥沙流失大于人为干扰较少的荒草地和林地,其中泥沙流失最为严重的是坡耕地。流域氮的流失来源主要有两个：施肥和土壤氮库,而磷流失主要来源是土壤磷库。氮流失最严重的区域大多位于主沟道两旁,流失分布与水流失空间分布有一定的相似性,单位面积年平均磷流失最多的为种植大豆的坡耕地。 (4)随着进行坡改梯的坡耕地的坡度从大到小变化,其场次降雨的总径流量、泥沙量及氮磷负荷量不断降低,且对于降雨量较大的场次降雨影响较大。15°-20°的坡耕地在转变为梯田时单位面积上的径流量减少达到最大值,之后随着坡度的降低对径流的减少呈现减小趋势。对单位面积上泥沙流失量的影响随着坡度降低而减少。氮和磷负荷的减少程度在20°的坡改梯降幅最为明显,在15°-20°坡地转变为梯田时其单位面积氮磷减少量出现转折点,减少程度迅速降低与之后不同坡度的坡改梯对单位面积的氮磷产出量影响相差不大,趋于稳定。从单位面积年平均降雨径流汇集量的图上分析来看,坡改梯对于流水最严重的区域几乎没有影响,因为这些区域并不是坡耕地。泥沙和磷的变化趋势相似,坡改梯使得流失最为严重的地块迅速减少,且变化趋势为从流失最严重的等级直接转变成流失最小的等级。坡改梯同样改变了氮流失最大的部分地块,也改变了流失较多的其他流失等级较严重的坡耕地,但其变化趋势是从侵蚀较高的等级降到低一级的侵蚀等级内。