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鲁湖流域农业面源氮、磷入湖通量计算

李昂;成维;李晔;魏琳;黄晓丹

【摘要】基于鲁湖流域的空间和属性数据,应用SWAT模型对其流域农业面源氮、

磷入湖通量进行了计算.结果表明,2014年鲁湖流域农业面源氮、磷年入湖通量分

别为550t/a和28t/a,其氮、磷入湖通量最大的月份均出现在降雨量较大的五月,

分别为85.4t/月和4.4t/月;郑店镇、法泗镇农业面源污染对鲁湖的贡献最大,应作

为重点控制区域.

【期刊名称】《工业安全与环保》

【年(卷),期】2016(042)008

【总页数】4页(P76-79)

【关键词】农业面源;SWAT模型;氮、磷入湖通量;鲁湖流域

【作者】李昂;成维;李晔;魏琳;黄晓丹

【作者单位】武汉理工大学资源与环境工程学院武汉430070;武汉理工大学资源

与环境工程学院武汉430070;武汉理工大学资源与环境工程学院武汉430070;武

汉市环境保护科学研究院武汉430015;武汉理工大学资源与环境工程学院武汉

430070

【正文语种】中文

近年来，随着点源污染控制能力的提高，非点源污染中的农业面源污染已上升为水

环境污染的重要影响因素。农业生产活动中，由于地表径流和土壤渗漏作用，农药、

化肥以及畜禽粪便等污染物质会导致水层、湖泊、河岸等生态系统的污染。许多发

达国家已证实农业面源污染是导致水污染的主要原因之一，农业面源污染对河流、

湖泊的负荷在60%～70%之间[1]。

SWAT模型作为应用较为广泛的模拟流域非点源污染的模型，可以进行径流、水

土流失、营养元素负荷长期模拟和计算，已经成为水资源保护管理规划中不可或缺

的工具[2]。GIS和SWAT模型的耦合，使SWAT具备了更强的空间数据处理和分

析的能力，使其更适用于复杂大流域的模拟[3-4]。

鲁湖位于武汉市江夏区西南部，地处北纬30°22′，东经114°2′，流域整体处于江

夏区境内，位于武汉市中心城区及新城区交接处，湖泊水域面积为44.2km2，占

武汉市中心城区39个湖泊面积的33.56%。鲁湖平均水深为2.7m，属于典型的

浅水湖泊。流域属于亚热带季风气候，降雨具有明显的季节性，年平均降雨量为1

349.8mm，暴雨多集中在每年的4～9月。鲁湖的水体功能主要是农业灌溉和水

产养殖，执行Ⅲ类地表水环境质量标准。研究区域主要以农业和水产养殖业为主，

其中高投入的农业耕作模式在降雨的条件下，引起水土流失和化肥流失，从而导致

鲁湖流域农业面源污染加重。为了进一步了解鲁湖水质污染的状况，弄清农业面源

对鲁湖的贡献，本文采用SWAT模型对鲁湖流域农业面源氮、磷入湖通量进行计

算分析。分析鲁湖流域农业面源氮、磷产出的时空分布特征，并得出氮、磷流失强

度分布图。

2.1模型数据库的构建

SWAT模型需要输入空间数据和属性数据[5]，具体情况见表1。

(1)数字高程图(DEM)。本研究用Arcgis10.2软件截取出研究区域的数字高程图，

见图1(a)，为SWAT模型水系的提取和汇水单元的划分做准备。

(2)土地利用图。由于SWAT模型默认美国土地利用属性，所以为了更加准确地进

行模拟，对研究区域的土地利用类型进行了重新整合分类[6]，分为耕地、草地、

森林、湿地、水体和人造地表6类，见图1(b)。

(3)土壤类型图。数据源为南京土壤所提供的第二次全国土地调查1∶100万土壤

数据。本研究将鲁湖流域的土壤类型分为6类，见图1(c)。其中各类土壤物理属

性通过美国农业部提供的土壤特性软件SPAW计算获得，包括土壤容重、有机碳

含量、电导率、沙含量等。

(4)气象数据。优先使用气象站实测数据以保证模型模拟的精度。本文用于模拟计

算的2010—2014年的日降雨量、日最高和最低温、日相对湿度、太阳辐射和风

速均来自湖北省气象局气象监测站地面气候资料日值数据集。

SWAT模型建立初期，反复设定阈值来对比河网生成的效果，最终确定为320ha；

在模型中增加了入水口、出水口和点源排放之后，共划分得到了31个子流域，见

图1(d)。得到子流域后对输入的土地利用图、土壤类型图进行重新分类，最终得

到了900个HRU(水文响应单元)。然后在模型中添加气象数据、土