流域面源污染负荷差异性及不确定性的尺度特性分析

摘要：

针对流域面源污染负荷差异性及其不确定性的尺度特性问题,于2013-2015年在釜溪河流域测定了不同尺度汇流区的面源污染负荷和污染物转化动力学参数.分别采用动态时间弯曲距离DTW(dynamic time warping distance)和信息测度度量了不同尺度汇流区面源污染的负荷差异性和不确定性.结果表明:不同的汇流区尺度上,降雨量小于临界值(40 mm)的情况下,氨氮(NH3)、总氮(TN)、总磷(TP),和高锰酸盐指数(IMn)负荷均随降雨量的增加而非线性增大,降雨量超过临界值后,流域面源污染出现最大负荷.降雨量超过临界值后,由于尺度增加后下垫面对径流过程调蓄能力的增大,相比子流域尺度,流域尺度上NH3、TN、TP和IMn负荷的变异系数分别增加了69.1%、47.0%、14.2%和85.8%.枯水期和汛期面源污染负荷主要受到污染源流域分布特性和下垫面径流条件的影响,不同尺度汇流区的NH3、TN、TP和IMn负荷在枯水期的差异性均显著小于汛期的差异性,子流域之间、以及子流域与流域之间4种污染负荷的差异性平均增大了3.18倍和2.44倍.相比子流域尺度,在流域尺度上单位面积流量、TN、TP和IMn负荷基质熵分别减小了4.8%、9.3%、31.9%和10.7%,而NH3增加了15.3%;有效测定复杂度分别增加了4.6%、15.4%、17.4%、49.5%和19.8%.不同尺度汇流区的面源污染负荷过程与流量过程不具有完全同步性.随着汇流区尺度的增大,面源污染负荷不确定性减小;有效测量复杂度随尺度增大表明在更大的尺度上对于面源污染负荷有效预测的参数数量显著增加;涨落复杂度和平均信息增量关系表明随着尺度的增加,面源污染负荷对降雨量的敏感性降低,而对下垫面条件的敏感性增加.不同尺度条件下,面源污染对降雨和下垫面的敏感性变化规律、以及面源污染负荷变异性机理等方面的研究将有助于提升分布式水文及面源污染模型理论.

关键词：污染、N、P、农业面源污染、流域尺度、动态时间弯曲距离、不确定性

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分类号：X592

资助基金：国家自然科学基金51379152,51679257;国家重点研发计划2016YFC0402405

在线出版日期：2017-07-25（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共8页

页码：211-218