流域面源污染负荷差异性及不确定性的尺度特性分析-IngentaConnect.PDF

第 33 卷 第 11 期 农 业 工 程 学 报 Vol.33 No.11 2017 年 6 月 Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering Jun. 2017 211 流域面源污染负荷差异性及不确定性的尺度特性分析 1 1 2 1 王 康 ，冉 宁 ，张仁铎 ，林忠兵 （1. 武汉大学水资源与水电工程科学国家重点实验室，武汉 430072 ； 2. 中山大学环境科学与工程学院，广州 510275 ） 摘 要：针对流域面源污染负荷差异性及其不确定性的尺度特性问题，于 2013 －2015 年在釜溪河流域测定了不同尺度汇 流区的面源污染负荷和污染物转化动力学参数。分别采用动态时间弯曲距离 DTW （dynamic time warping distance ）和信 息测度度量了不同尺度汇流区面源污染的负荷差异性和不确定性。结果表明：不同的汇流区尺度上，降雨量小于临界值 （40 mm ）的情况下，氨氮（NH ）、总氮（TN ）、总磷（TP ），和高锰酸盐指数（I ）负荷均随降雨量的增加而非线性 3 Mn 增大，降雨量超过临界值后，流域面源污染出现最大负荷。降雨量超过临界值后，由于尺度增加后下垫面对径流过程调 蓄能力的增大，相比子流域尺度，流域尺度上NH 、TN、TP 和 I 负荷的变异系数分别增加了 69.1%、47.0% 、14.2%和 3 Mn 85.8%。枯水期和汛期面源污染负荷主要受到污染源流域分布特性和下垫面径流条件的影响，不同尺度汇流区的NH 、TN 、 3 TP 和 IMn 负荷在枯水期的差异性均显著小于汛期的差异性，子流域之间、以及子流域与流域之间 4 种污染负荷的差异性 平均增大了 3.18 倍和 2.44 倍。相比子流域尺度，在流域尺度上单位面积流量、TN、TP 和 IMn 负荷基质熵分别减小了 4.8%、 9.3%、31.9%和 10.7%，而NH3 增加了 15.3%；有效测定复杂度分别增加了4.6%、15.4%、17.4%、49.5%和 19.8%。不同 尺度汇流区的面源污染负荷过程与流量过程不具有完全同步性。随着汇流区尺度的增大，面源污染负荷不确定性减小； 有效测量复杂度随尺度增大表明在更大的尺度上对于面源污染负荷有效预测的参数数量显著增加；涨落复杂度和平均信 息增量关系表明随着尺度的增加，面源污染负荷对降雨量的敏感性降低，而对下垫面条件的敏感性增加。不同尺度条件 下，面源污染对降雨和下垫面的敏感性变化规律、以及面源污染负荷变异性机理等方面的研究将有助于提升分布式水文 及面源污