基于HSPF模型的水文水质过程模拟研究

【摘要】HSPF模型在国外应用非常广泛,在不同地区的水文水质过程模拟中均有很好的表现,但该模型在我国的应用研究相对较少。为进一步探讨该模型在我国不同地区的适用性,需要在不同区域和尺度开展很多实验性研究。太湖地区水质污染问题比较严重,西部丘陵区是主要来水区,部分丘陵区水库已成为饮用水源地,选择太湖地区典型小流域开展水文水质模拟具有重要意义。本文选择太湖西部丘陵地区的中田河流域为研究区,小流域尺度开展HSPF水文水质过程模拟,验证HSPF模型在本地区的适用性,以期为进一步治理上游非点源污染和保障饮用水源地水质安全奠定基础。主要结论如下：(1)利用基于扰动分析法的相对灵敏度方法,确定了中田河流域径流过程和流域水平衡5个最敏感的水文参数：AGWRC、UZSN、INFILT、LZSN、DEEPFR。水质模块参数的选取,主要结合研究区概况并参考国内外相关研究进展,进行参数的选取和调整。其中泥沙模拟参数的选取包括透水地面(KRER、JRER、KSER、JSER、KGER、JGER)、不透水地面(KEIM、JEIM)、河段(KSAND、EXPSND、TAUCS、TAUCD)三部分；TN的敏感性参数包括KDSAM、KADAM、KAM、KNI、KTAM20、KNO320、KNO220;PO4-P的敏感性参数主要有KDSP、KADP、KIMP、KMP四个(2)水文率定和验证结果表明,年径流量及暴雨期径流量模拟值与实测值拟合较好,日径流过程模拟值与实测值的峰值及水位曲线走向趋于一致。其中,率定期年径流模拟的偏差百分比均控制在10%以内,分别为-6.39%、-8.76%和9.66%,验证期偏差百分比别为-13.31%、5.22%,模拟结果在良好范围内,在率定期和验证期内,模型的效率系数(Ens)分别达到了0.87和0.69,相对误差(RE)分别为1.63%和4.14%;暴雨期径流模拟相关系数分别为0.965和0.847;率定后日径流量模拟值与实测值相关系数提高到0.584,相关性良好。模拟结果能反映中田河流域的年径流量、暴雨期径流变化及日水文过程变化规律,模型在该流域水文过程模拟有较好的适用性,研究结果可进一步用于太湖流域的水文模拟和预测。(3)水质模拟结果表明,泥沙和氮磷营养盐浓度的模拟值与实测值匹配较好,均能满足模拟要求。模拟结果显示,5个子流域泥沙、TN、PO4-P浓度的模拟值均在允许范围内,且与实测值趋势基本匹配。率定期泥沙、TN、PO4-P浓度Ens分别为0.61、0.58、0.89,相对误差为34.21%、18.91%、53.05%,模拟结果良好；验证期Ens为分别为0.54、0.51、0.88,相对误差为40.09%、29.15%、30.37%,精度可以满足模拟要求。经过校准和验证的HSPF模型,模拟结果基本上能反映中田河流域非点源的流失规律,可以用于该流域的泥沙和非点源污染的模拟和预测。结果表明,HSPF模型对该流域的非点源污染过程模拟有较好的适用性。(4)运用经过率定和验证的HSPF模型,对研究区2005～2010年非点源污染负荷进行估算分析,并探讨了非点源污染负荷的时间变化分布特征。结果表明,2005～2010年流域非点源污染负荷输出的年际变化与降雨量存在较明显的正相关关系,丰水年(2009年)和枯水年(2007年)存在较大差异,丰水年泥沙是枯水年的1.83倍,且丰水年的TN和P04-P含量都处于较高水平,TN负荷量为5.04t,PO4-P负荷量为44.98kg;枯水年的泥沙和TN负荷量均为6个年份中最低。泥沙、TN、PO4-P输出负荷与月降雨量随时间变化趋势基本一致。由此可以看出,丰水年、丰水月份是中田河流域土壤侵蚀流失和NP污染物流失的关键时期,此时段对非点源污染的控制尤为重要。
【作者】李燕；
【导师】李兆富；
【作者基本信息】南京农业大学，土壤学，2013，硕士
【副题名】以中田河流域为例
【关键词】HSPF模型；中田河流域；参数敏感性分析；水文模拟；水质模拟；

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