论文部分内容阅读
位于云南省境内的抚仙湖,近年来已出现了富营养化趋势,因为其生态系统非常脆弱,应引起足够的重视。湖泊的污染主要来自流域内人类活动产生的含氮、磷等的污染物,如生活污水、工业废水和化肥农药等,它们在降雨和径流的作用下进入湖中。在污染物的输移中入湖径流是最主要的载体,径流过程的模拟也是抚仙湖研究中最关心的问题之一。抚仙湖陆地集水域坡度大、汇流功能弱的特点导致集水域存在上百条短浅的河流以及若干河流之间的散流区,难以进行全面的径流观测。以往对抚仙湖径流入湖水量的计算大多采用单一经验径流系数法,结果较为粗糙,而且整个集水域都用同一个径流系数不能体现出由于下垫面不同而造成的产流空间差异以及人类活动对径流的影响。
抚仙湖集水域尚没有长系列的水文观测,没有历史观测数据。从2004年10月起,陆续在梁王河、大鲫鱼沟和尖山河等代表性河流流域安装了水位自动监测记录仪,进行数据观测和记录。考虑到地形高程差大造成的降雨空间差异,还安装了四台雨量记录仪,尽可能地取得该集水域有代表性地区的雨量数据。此外,在局部地区开展了地下水位和土壤含水量的观测,为更为详细地作水文模拟提供数据基础。在此观测基础上本文分别采用结构简单、可应用于无资料地区的SCS模型和特别适用于湖泊集水域径流模拟的分布式模型WATLAC模型模拟抚仙湖集水域的径流过程,以期对研究区径流年内分布和入湖总量有初步的认识,为更详细的研究作准备。
首先采用SCS模型模拟抚仙湖集水域径流过程。模型考虑了集水域下垫面条件的空间差异,利用MapInfo/Arc GIS软件按照土地利用方式与土壤类型的不同,把集水域划分为若干个水文响应单元,分别计算产流量。通过对梁王河流域、尖山河流域和大鲫鱼沟流域实测降雨径流资料的分析与反演,提出了适合该区域的产流计算CN值。在对CN值作坡度修正后再应用到其它无观测数据区域。计算得出,2005年3月1日-2006年2月28日湖泊集水域总降雨量为4.37亿m3,用SCS模型计算出的同时段总地表径流量为1.87亿m3,集水域年径流系数为0.428。
接着采用WATLAC模型模拟抚仙湖集水域径流过程。同样利用上述三条河流的观测数据对模型进行了率定,然后对整个集水域径流过程进行了模拟。通过输出的水量平衡结果可知,计算时段2005年3月1日-2006年2月28日内,降雨的13.80%以植被冠层截留和蒸散发的形式离开,剩余的86.20%则到达地面。其中不饱和土壤蒸散发、地下水补给、河道径流、坡面漫流分别占了总降雨的37.15%、9.85%、14.77%和25.12%。根据地表径流占总降雨的39.89%可知该计算时段的年径流系数约为0.399。
比较两个模型的应用情况:SCS模型参数很少,不需要很多观测数据,但只能模拟研究区内的地表径流总量;而WATLAC作为分布式模型,需要通过观测或率定等输入很多参数如水力传导度、地面糙率、最大土壤下渗率、蒸散发等,但能将各种径流成分如河道径流、坡面漫流、地下水补给等区分的比较清楚。另外,由于目前观测时段较短,只能进行模型的率定,无法再选取独立时段作模型验证,这将在今后进一步完善。
本研究在一定程度上揭示了抚仙湖集水域的径流过程。模型不但能计算每条入湖河流流域的河道径流量,而且能计算河道间散流区的入湖径流量,这将为以后进一步开展的现场观测提供针对性的指导,也能为以后分布式模型的完善提供数据基础。同时,为估算不同土地利用类型污染物的产出和入湖污染负荷提供径流依据。