水文过程影响下的农业非点源污染物输移机理研究

Agricultural diffused pollution is one of main threats to the deteriorated water enviornment in China which has attracted worldwide concern. It is indicated that there are critical source areas (CSAs) in the watershed and most of nitrogen (N) and phosphorus (P) loss from these areas. Field experiment is the basis for understanding the mechenism of CSAs distribution. The study is based on field experiment by collecting and analyzing hydrologic data as well as agricultural diffused pollution output concentrations. The trigger conditions and distributions of two types of runoff generation mechenisms which is infiltration excess flow and satuation excess flow will be explored. The impact of different flow generation modes on the transport of diffused pollution will be investigated. Several classic empirical models and process models will be validated for runoff and hydrologic active areas (HAAs) simulations. The empirical model will be constructed for N and P loss and then coupled with hydrologic model to calculate nutrient output. The observations in both field and watershed scale will be applied to verify the coupled model. The on-site observations and numerical modelling results will be integrated to summarize spatial and tempral distribution characteristics of CSAs. The research will provide scientific basis for the agricultural diffused pollution control in Taihu basin.

农业非点源污染是水环境恶化的重要原因之一，受到国内外学者的广泛关注。研究成果表明，流域农业非点源污染的发生与输移存在关键源区，大部分氮和磷是由这些区域流失的。关键源区的分布具有很强的地域特征，流域实验是观测并理解这一动力学机制的基础。本研究将以原型实验为基础，通过对降雨事件中水文数据以及农业非点源污染数据的采集与分析，探讨流域内超蓄与超渗两种产流机制的触发条件与作用机理，深入分析产流模式对农业非点源污染物输出时空分布特性的影响；测试经验水文模型与过程水文模型对径流与水文响应活跃区的模拟结果；在规律分析基础上，定量化氮磷土壤流失，与水文模型耦合后计算氮磷输出，并根据流域与小区观测结果验证耦合模型正确性，阐述农业非点源污染物输出关键源区分布特性。研究成果将丰富我国农业非点源污染的基础实验研究，为控制太湖流域农业非点源污染提供理论依据。

农业非点源污染物的产生和输移与水文过程有着密切的互动关系，流域的水文响应机理是研究这种密切互动关系的前提。本文通过野外观测实验，深入研究了流域水文响应与农业非点源污染物运移的互动机制，定量研究了流域产流产污的时空分布特点。.本项目构建了耦合降雨产流、汇流、土壤水运动、地下水运动等水文过程的水文模型，并通过基于GIS建立的数字流域提取了模型参数。选择经验水文模型与过程水文模型对流域产流以及水文响应活跃区进行模拟，选择的模型包括CN曲线数方法、河网密度方法、地形指数方法以及改进的地形指数法发。通过对模型的数值模拟实验，研究了不同产流模式对流域模拟结果的影响。.通过梅林流域获得的水文及水质数据，分析了梅林流域的水文响应机制，模拟了流域水文过程，揭示了梅林流域农业非点源污染物迁移转化规律，确定了氮磷输出的主要成分、季节特点，以及不同径流成分与不同土地利用对氮磷运移的影响。根据以上结论，以水文模拟结果为驱动，以简化的氮磷迁移转化动力学机制为前提，构建了农业非点源污染物运移模型，并取得了较好的应用成果，获得了流域氮磷关键输出区域的分布特点，为非点源污染控制提供了科学依据。