基于SWAT模型的重庆龙溪河流域面源污染负荷研究

(成都理工大学 四川 成都 610000)

SWAT模型对流域的径流和营养物的模拟有较好的效果，有利于研究流域污染物排放量和空间分布研究[7-10]。本文基于SWAT模型，以重庆市龙溪河流域作为研究区域，对龙溪河的面源污染进行模拟研究，并进行负荷计算，找到污染物排放主要区域，并应用GIS技术对研究区内污染源空间分布特征及来源构成进行分析[2]，以探讨该模型在重庆地区径流和污染模拟的适用性，为流域面源污染控制提供可行的技术参考，为流域面源污染综合治理提供依据[10]。

一、研究区域概况

龙溪河是长江的支流，介于东经106°49′～108°05′、北纬29°43′～30°53′之间，重庆市梁平县东的明月山和梁平县的铁凤山为其发源地，最后汇合成到一起，经梁平县、垫江县，在南部的砚台镇南部进入长寿区，注入长江。龙溪河总长为229.8km，流域范围内总人口达到两百多万人,占地总面积约为2966km2，其中农业比重较大，伴随着农业现代化步伐加快，使得农药化肥的大量使用，造成龙溪河流域水体营养物质剧增，水体富营养化越发严重。

二、数据与方法

1.数据来源。研究所需的基础地理数据包括龙溪河流域空间数据和属性数据[9]。空间数据包括龙溪河流域的DEM数据和水系数据、遥感解译的土地利用/土地覆盖数据、土壤类型数据和气象资料数据、土壤属性数据[10]。

2.研究方法。本文以DEM数据、水系数据、土地利用数据、土壤空间数据和气象资料属性数据、土壤属性数据作为基础数据，然后依据水体汇流的区域对研究区进行子流域划分，建立SWAT模型并运行[11]，然后对模型参数经行敏感性分析并根据研究要求校正模型参数，使得决定系数R2和纳什-萨特克里夫效率Ens都达到满意的模拟程度，对结果进行验证。

三、建模与模拟

1.模型的建立。输入DEM数据和校正的数字水系数据利用模型中的流域划分模块，按照龙溪河子流域面积和研究需求将6000ha作为阈值，把整个研究区域划分为25个子流域，同时生成数字河网。

2.结果验证。研究模拟龙溪河流域的径流量，2009年1月至2012年12月径流数据作为校准期，位置是六剑滩水文站，将实测径流数据和模拟径流数据进行校准。2013年1月至2014年12月作为验证期，位置是龙溪河六剑滩水文站，分别将实测径流数据和模拟径流数据进行验证。

SWAT模型对龙溪河流域的径流模拟效果较好，校准期的Ens为0.57，R为0.2，R2为0.64，验证期的Ens为0.87，R为0.03，R2为0.89，验证期的模拟效果远远高于校准期的模拟效果。

四、结果分析

1.龙溪河流域面源污染面源污染负荷。对模型模拟的龙溪河流域污染物进行统计可知，整个流域2014年面源污染发生量为总氮5060吨，总磷934吨。从龙溪河流域所在的三个区县来看，梁平区域、垫江区域、长寿区域总氮发生量占的比例分别为24%、55%、21%，总磷的发生量比例分别为25%、53%、22%。流域流经垫江县的部分，分别占到了总氮和总磷发生量的一半以上，是面源污染的主要来源。

其中龙溪河流域流经的梁平区域面源污染发生强度为总氮1.50t/km2.a,总磷0.27t/km2.a；垫江区域总氮1.95t/km2.a，总磷0.36t/km2.a；长寿区域总氮1.76t/km2.a，总磷0.32t/km2.a。

2.龙溪河流域面源污染的空间分布。对模型模拟的数据进行整理和分析讨论，研究龙溪河流域面源污染空间分布特征。结果表明，龙溪河25个子流域中，位于垫江的14号子流域每年总氮的发生量为945吨和总磷为94吨，是面源污染发生量最大的区域。

从龙溪河25个子流域的总氮和总磷发生强度来看，龙溪河流域内单位面积上面源污染发生量较高的有10号区域，22号区域，14号区域。

根据龙溪河流域面源污染发生总量和发生强度的空间分布情况，发现龙溪河流域25个子流域中14号区域的总氮和总磷的发生总量和发生强度都很大，因此有理由认为该区域是龙溪河流域面源污染的重灾区。

五、结论与讨论

通过前期数据准备,构建了符合模型模拟要求龙溪河流域基础数据库。建立模型,通过DEM和水系数据生成龙溪河流，将龙溪河流域划分为25个子流域,465个水文响应单元对各子流域进行数据统计。对模型参数进行敏感性分析,并根据流域特点修改模型参数，用校准后的模型参数,对模型结果进行验证。按照SWAT模型在重庆龙溪河流域的径流模拟验证评价结果来看，模拟效果较好,拥有较好的适用性。通过模拟发现2014年全年，龙溪河流域面源污染总氮的年发生量为5060t，总磷的年发生量为934t，面源污染全年每平方公里总氮的发生量为1.78t，总磷0.32t。龙溪河流域内单位面积上面源污染发生量较高的有10号区域，14号区域。根据龙溪河流域面源污染发生总量和发生强度的空间分布情况，发现龙溪河流域25个子流域中14号区域的总氮和总磷的发生总量和发生强度都很大，故该区域是龙溪河流域面源污染的关键区。