1 流域概况
桃江流域(24°28′N~25°53′N,114°11′E~115°19′E)位于长江南岸,属于鄱阳湖流域赣江水系,从南向北流经国内论文发表江西省的全南县、龙南县、定南县、信丰县和赣县后注入赣江,流域面积7 600km2。桃江流域属中亚热带湿润季风气候区,气候温和,雨量丰沛;土壤以红壤为主,约占流域总面积的50.12%;森林覆盖率高,林地约占流域总面积的60.27%。为使研究更具有针对性,本文选取桃江流域中上游的农业区作为研究对象。
2 AnnAGNPS模型
AnnAGNPS模型是一个能够连续地模拟地表径流及营养物负荷的分布式流域评价计算机平台模型,它按流域的水文特征,将流域划分为土壤、土地利用类型及作物管理措施等因素相对一致但形状任意的分室单元(Cell),然后借助河流网络国内论文代发将这些Cell联通起来,并以日为步长连续地模拟各Cell的径流、泥沙、养分及农药负荷量,最后通过河道演算获得流域出口点每种成分的量。
AnnAGNPS模型由降雨径流、泥沙侵蚀及污染物迁移转化3个子模块构成。其中,降雨径流子模块采用SCS径流曲线数法[6]计算地表径流,采用修正的TR-55方法[6]计算峰值径流;泥沙侵蚀子 模块分别采用修正的通用水土流失方程(RUSLE)、HUSLE模型[7]及Bagnold[8]水流携沙力方程和改进的代写代发表论文Einstein储存平衡方程[9]来计算坡面侵蚀、沉积物的输移率及河道泥沙输移。通过对流域地表径流、泥沙及污染物迁移转化的连续模拟,AnnAGNPS模型能评价流域内各种农业管理措施(如作物轮作、化肥农药施用、灌溉、点源污染和养殖场的管理等)对流域水文和水质的响应,从而有助于选择和制定多个最佳管理措施(BMPs),并进行BMPs的风险评估及效益分析。
作为分布式参数模型,AnnAGNPS模型参数达500多个。通过实现与ArcVIEW GIS的紧密集成,借助GIS强大的空间分析能力,方便地提取各种地形参数,并在AnnAGNPS-Ar国内发表论文费用cview界面完成模型模拟的全部过程(包括模型数据库的建立、模拟和结果读取),模型的运算效率显著提高。
AnnAGNPS模型需要的最基本的数据库包括气象、地形、土壤、土地利用及作物管理信息等,这些数据均以地理信息系统为平台进行提取和运算。
3 结果与分析
以2004~2008年的日气象数据为驱动(其中2004、2005年为训练期,2006、2007年为校准期,2008为验证期),利用AnnAGNPS模型对研究区的径流进行模拟,并利用流域出口处杜头水文站的径流观测值对模型进行了月尺度的校准和验证。需指出水文站径流监测资料包括基流和直接径流两部分,而AnnAGNPS模型模拟结果只有直接径流部分,因此在进行径流校准和验证前需先进行基流分割。本文采用数字滤波法对杜头水文站2006~2008年的监测径流进行基流分割,结果见图2。由图可看出,2006~2008年杜头站基流相对较稳定,变化比较平缓,而总径流和直接径流的变幅较大,且两者的变化趋势相似;在丰水期三者均出现波峰,但总径流和直接径流的峰型更窄,而基流或多或少有拖尾现象;在丰水期,直接径流远大于基流,但在少数枯水月,基流稍大于直接径流,说明在丰水期,河道径流主要来自于降雨产生的直接径流,而在少数枯水月,基流大于直接径流,以地下水外渗补给河道径流为主。
验证期,AnnANGPS模型的模拟径流与观测径流拟合曲线走势一致;在2006、2008年丰水期,模拟径流比实测值偏小,波峰偏低,原因在于丰水期个别暴雨事件(尤其是特大暴雨事件)径流的模拟值偏小,导致丰水期峰值偏小;在平水期,拟合曲线较一致,说明模型对平水期的模拟有良好的适用性;在枯水期,拟合曲线较一致,但评价指标Re却较大,主要原因为枯水期径流值较小,相对误差更加明显。对本文模型精度造成影响的因素可能包括以下方面:①模型模拟的时间尺度。若模拟时间较短,会使模拟的单一事件结果对评价指标,尤其是相对误差的影响较大;②流域尺度。研究区过大或过小,都会在一定程度上影响模拟精度;③本文以农业区为研究对象,对人文因素(如取水、排水等)的影响考虑较少,这在一定程度上亦影响模拟的精度;④AnnAGNPS模型无地下水模块,没有描述地下水与地表水之间的关联,只能用基流分割后的直接径流对模型进行校准和验证,可能也会影响模型的精度。