基於人為氮淨輸入及入河系數的流域河流氮輸出負荷估算

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作者：凡翔1,2，吳鳳平1*，孟岑2，葉磊1,2，李希2，張滿意2，李裕元2，吳根義3，吳金水2

單位：1. 湖南農業大學水利與土木工程學院；2. 中國科學院亞熱帶農業生態研究所；3. 生態環境部華南環境科學研究所

摘 要

構建基於流域人為氮淨輸入及其入河系數的河流總氮（TN）負荷模型，以探索解決由於面源汙染傳輸空間異質性、傳統入河系數核算不確定性較大等問題所導致的典型流域基本測算單元精細化模擬結果難以向大尺度擴充套件的問題。

以面源汙染轉化較複雜的亞熱帶南方丘陵區源頭流域為研究區，透過建立流域人為氮淨輸入模型（NANI）和TN 入河系數關鍵影響因子（水文、地形地貌、土地利用等）迴歸模型，對河流TN 負荷通量進行估算。同時將基於小尺度流域（金井河）構建的相關模型向下遊大尺度流域（撈刀河）進行應用。

結果表明：

金井河流域8 個集水區（面積2。6~204。1 km2）NANI 從2012 年到2017年呈現顯著降低趨勢，變化範圍為（81。7±7。0）~（198。2±32。5）kg·hm-2·a-1，其中氮沉降、化肥淨輸入為主要輸入源；構建了基於徑流係數和高程為變數的NANI 入河系數迴歸模型，並結合NANI 模型對河流TN 負荷進行模擬，模型決定係數（R2）、納什效率係數（NSE）分別為0。729、0。714；將基於金井河流域構建的河流氮負荷模型應用於撈刀河流域（2 543 km2），4 個監測斷面模擬值與實測值誤差範圍為10。3%~17。2%。

研究表明，基於流域人為氮淨輸入及其入河系數的河流TN 負荷模型在一定程度上滿足科學、便捷、適用性，可用於南方丘陵區農業面源汙染負荷的估算。

結 論

：

（1）金井河流域的NANI 從2012 年到2017 年變化範圍為（81。7±7。0）~（198。2±32。5）kg·hm-2·a-1，整體呈現降低趨勢，氮沉降、化肥淨輸入為NANI 的主要輸入源。

（2）透過結合NANI 模型和TN 入河系數關鍵影響因子迴歸模型構建的流域河流氮負荷入河系數模型，能夠較好地模擬流域河流氮負荷，其決定係數為0。729，納什效率係數為0。714。入河系數關鍵影響因子為徑流係數和平均高程。

（3）將基於小尺度金井河流域所構建的估算模型運用於下游大尺度撈刀河流域時，模擬結果誤差為10。3%~17。2%，說明在區域特徵基本一致時，構建的模型可以推廣應用。