第一章 绪论
1.1研究背景
目前的水污染问题通常分为点源污染和面源污染（NPS, non-point source）两种，点源污染是指污水在排放点通过排污管网直接进入水体，这种污染形式具有排污点位集中、排污途径明确和污染范围呈局部性等特征（朱铁群，2000）。面源污染是相对于点源污染而言的，最早关于面源污染的定义是在 1979 年美国《清洁水法》(The Clean WaterAct，CWA)中提出的，其定义为“污染物以广域的、分散的、微量的形式进入地表及地下水体”。在面源污染系统中，农业面源污染（ANPS, agriculture non-point source）是分布最广泛、影响最大的一部分（胡雪涛等，2002）。世界各国的研究表明，农业面源污染是目前水环境的主要污染源之一（郑涛等，2005）。段玉杰认为：农业面源污染是指在农业生产活动中，农田中的泥沙、营养盐、农药及其他污染物，在降水或灌溉过程中通过农田地表径流、壤中流、农田排水和地下渗漏进入水体而形成的地表和地下水环境污染（段玉杰，2010）。由于农业生产活动具有多样性和复杂性，农业面源污染的发生也存在多种形式，包括土壤侵蚀、农田污水灌溉、化肥农药施用、畜禽粪便和生活垃圾等。因此，农业面源污染具有形成机理复杂、影响因子众多、随机性大、分布范围广和潜伏滞后等特点。因为具有以上这些特点，农业面源污染难以为人们所认知，直到点源污染控制达到相当的水平之后，人们才把注意力转向面源污染的控制与管理上，并逐步进入实施阶段。国外的研究表明，30 %~50 %的地球表面已受到不同程度的面源污染影响，农业是面源污染的主要来源，并且在全球退化的 12 亿亩耕地中约 12 %是由农业面源污染引起（Dennis et al.，1998）。美国环保局的研究表明，农业面源污染是其国内河流、湖泊的第一大污染源，占污染负荷总量的 2/3，是湿地退化和地下水污染的主要原因（USEPA，2003）；欧洲国家的研究表明，面源污染产生的负荷量占据水环境污染总量的 40 %~60 %（Kronvang et al.，1996），例如爱尔兰的多数富营养化湖泊流域内均没有明显的点源污染（Foy et al.，1995）；瑞典农业产生的氮占总输出量的 60 %以上（Lena，1994）；荷兰来自农业面源污染的总氮和总磷分别占环境污染中总量的 60 %和 40 %以上（Boers，1996）；芬兰水质恶化的湖泊占 20 %，而其中农业面源排放的氮磷所占比重最大，达到总量的 50 %以上，湖区所在流域农业投入越大越容易导致氮磷等营养物的富集（Uunk，1991）。
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1.2 农业面源污染概述
1.2.1 农业面源污染发生机理
雨滴从空中坠落的过程中，具有一定的能量，当其击中土壤颗粒时，由动能转化的力使得土壤颗粒四处飞溅，土壤颗粒到处分离。这使得地表径流产生时土壤颗粒容易被携带走，从而发生土壤侵蚀。雨滴的冲击还能使土壤表面变的紧实，雨水下渗量减少，间接导致地表径流增加，从而进一步增强水流的侵蚀力和携沙能力（孙庆艳等，2008）。土壤侵蚀是农业面源污染发生的重要环节。流失的水土是氮磷等污染物的重要载体，水土和养分流失使得土壤肥力和土壤质量变差，且给受纳水体带来氮磷等面源污染物。降雨使可溶态氮磷随水向下迁移，这种农业面源污染物以溶解态形式向下层土壤迁移的复杂过程也就是地表溶质溶出过程。土壤渗漏过程受土壤特性、作物生长和微生物活动等多种因素影响，是污染物以溶解态向下层土壤迁移的过程。
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第二章 研究材料与方法
2.1 研究区概况
凤羽河位于云南省大理州洱源县境内，发源于上游的清源洞。河流两侧由东罗坪山、象鼻山和鹤林山等组成一个封闭的流域。南北流向至大关平村，进而折向东流，途径茈碧湖，最终汇入洱海。凤羽河是洱海的真正源头，因此洱源又有“洱海之源”之称。全长 12.8 km，流域面积 217km2。全流域主要由洱源县境内的茈碧湖镇和凤羽镇构成，其中 80 %以上的面积在凤羽镇。凤羽河流域地处东经 99°52′~ 99°55′，北纬 25°05′~ 26°56′，位于云南西部，洱源县城西南方向。全镇下辖凤翔、源胜、上寺、白米、江登、凤河、庄上、起凤、振兴 9 个村委会，44 个自然村，121 个村民小组。凤羽河流域内部的地势整体上是西南高东北低，逐渐倾斜。流域内的村落除上村和上寺属半山区外，其他村落均在坝区。凤羽河属澜沧江水系，是洱海的重要水源地。流域气候为亚热带高原山地气候，干湿季分明，多年平均气温 13℃，月最高气温 21℃（6 月和 7 月），月最低气温 5℃（12 月和 1 月），多年平均降雨量 750 mm，常年主导风向为西南风。流域内洪涝、春冬干旱、冰雹、霜冻和低温等自然灾害时有发生。凤羽河流域内农用地面积 45.12 km2，占土地总面积的 20.78 %。其中：旱地 19.31 km2，水田25.81 km2，分别占总土地利用面积的 8.89 %和 11.89%。其它的土地利用方式还有：果园、林地、草地、农村居民点和水域，分别占总土地利用面积的 2.26 %、29.59 %、45.93 %、1.41 %和 0.03 %。
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2.2 数据获取步骤与方法
本研究主要包括以下几种类型的数据：野外实地监测获得的水文数据和气象数据；室内化验分析获得的泥沙和水质数据；收集整理或购买获得的空间数据、属性数据和农业经济统计数据；实地调查获得的农田管理措施数据、畜禽养殖数据、农村生活相关数据。下面详细介绍不同类型数据的获取、处理与分析方法。由于流域面积较小且位置较为偏僻，流域内没有长期的水文监测站点，无法获得长期的水文监测数据。因此，从 2010 年 6 月开始在流域出口处（99°57′0.3″E ，26°4′6.7″N）进行水文数据的监测，2010.06~2012.06 采用人工监测的方法。由于人工监测工作量较大且监测工作具有一定的危险性，自 2012 年 7 月起，在流域出口处集成安装了美国 Waterlog H-3553 气泡水位计、美国TIMSP430 数据采集器、电源设备、无线传输设备等一系列设备(见图 2.2)，组建形成了一套完整的水文气象遥测系统，实现了水位数据的远程自动实时监测。流量数据是基于水位与流量的关系曲线进行转换的，因此，必须通过监测多次完整的强降雨，得到凤羽河水位最大变化幅度内水位—流量的对应值，才可以建立水位与流量的关系曲线，进而计算出流量。
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第三章 凤羽河流域监测水量水质变化特征分析 .....15
3.1 凤羽河流域水质评价.....15
3.2 流域水质指标的年变化规律.....16
3.3 次降雨过程水质水量变化特征分析.....16
3.4 本章小结.........18
第四章 SWAT 模型建立及参数初始化.........19
4.1 模型输入数据处理.......19
4.2 流域划分水平研究.......29
4.2.1 最佳子流域划分水平研究.........30
4.2.2 HRU 分配—子流域再划分 .........32
第五章 参数敏感性分析及模型率定验证 .....34
5.1 参数的敏感性分析 .......34
5.2 参数率定验证 .....35
5.2.1 方法 .........36
5.2.2 参数率定评价标准 .........36
5.3 径流率定验证结果.......37
5.3.1 月径流的率定验证 .........37
5.3.2 日径流的率定验证 .........38
5.4 泥沙的率定验证.........39
5.5 营养物的率定验证.......41
5.6 本章小结.........46
第六章 基于 SWAT 模型的农业面源污染评价
6.1 流域农业面源污染负荷产生量
利用率定后的模型模拟结果进行流域农业面源污染负荷产生量的研究。本研究的时间跨度为10 年，由于基础土地利用数据缺失，故假设在这 10 年间凤羽河流域土地利用未发现明显变化。表 6.1 是不同年份流域出口的面源源污染负荷，从模拟结果可以看出，在研究的 10 年范围内，氮磷污染负荷产生量一直处于波动状态，由于模型的输入的土壤和土地利用数据均是假设不变的，所以导致这种上下波动主要由降水的年际差异造成。从 10 年间的年平均氮磷产生量分析来看，有机氮、硝氮、总氮的年际平均产生量分别为 4.33 t、41.72 t、50.71 t；从氮污染物产生比例上来看硝态氮产生量占到了总氮产生量的 82.2 %，而有机氮比例只有 8.5 %左右。对应地，有机磷、无机磷、总磷的平均产生量分别为 1.31 t、7.43 t、8.74 t，其中无机磷占了绝大多数，占总磷产生量的 85 %。
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结论
流域内泥沙和面源污染主要发生在主河道两侧农事耕作频繁和居民点聚集的区域；流域的东西部边缘和南部大部分区域以林地和草地为主，面源污染较少发生。同时，磷的流失以颗粒态为主，主要吸附在泥沙等沉积物上进行运移，因此，磷的空间分布和土壤侵蚀具有较高的相关性。耕地和农村居民点产生的面源污染强度远大于其他土地利用类型。居民点较小且零星分布，从污染负荷的总量上来看，耕地占绝大部分比例。因此，耕地是流域内面源污染控制的重点。根据多年降雨和污染输出数据分析，污染负荷的产生跟降雨量有较高相关性。年内面源污染负荷产生量随着降雨的增加而增加，在降雨量最大的 8 月份出现峰值。同时，研究也表明：污染物的产生量跟坡度有显著相关关系。根据不同施肥情景分析的结果指出：农田化肥投入减少对氮负荷输出的削减效果较为明显，对磷负荷输出的削减效果不明显。因此，要全面削减农田面源污染的产生量，不仅要控制施肥，还应该同时配合合理的灌溉、翻耕和施肥时间等。
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参考文献（略）