文献分享 | HP：采用RTSA算法估算多雨农业流域的基流硝酸盐负荷

采用RTSA算法估算多雨农业流域的基流硝酸盐负荷

题目: Estimation of baseflow nitrate loads by a recursive tracing source algorithm in a rainy agricultural watershed

杂志：Hydrological Processes

基流已成为许多集约农业流域中硝酸盐非点源污染的重要来源。基流养分负荷分离的不确定性是由水文气象因素对基流衰退和基流养分负荷衰退的影响引起的。这些不确定性在现有基于简单基流率—负载关系的分离算法中没有得到很好的解决。在本研究中，基于非线性储层算法和水文气象校正基流养分负荷衰退参数，开发了一种递归示踪源算法（RTSA）。这种方法用于减少因不同气候条件下不同负荷衰退的变化而导致的基流硝酸盐负荷估计的不确定性。使用 RTSA 估算了2003~2012年中国东部长乐河流域的基流硝酸盐-氮（N─NO ₃ ^- ）负荷。结果表明，基流硝酸盐出口占年平均总N─NO ₃ ^- 负荷（18.0 kg/ha）的62.0%。总基流N─NO3-出口量在春季（3.6 kg/ha）最高，其次是夏季（3.2 kg/ha）、冬季（2.3 kg/ha）和秋季（2.1 kg/ha）。基流对河流中总硝酸盐的贡献依次为冬季（69.88%）>春季（66.59%）>秋季（60.36%）>夏季（54.04%）。在研究期间，月基流N─NO ₃ ^- 负荷和流量加权浓度大幅增加。如果没有适当的对策，基流硝酸盐可能会在未来对水面造成严重的长期风险。

在特定流域内相对稳定的地形条件下，不同基流养分衰退的变化很大程度上取决于不同的气候条件。在充分考虑了几种水文气象因素对基流硝酸盐衰退的影响后，RTSA 提供了令人满意的基流N─NO ₃ ^- 多雨季风气候流域的负荷估计（NSE =0.91；RSR =0.30；R ² =0.91）。与LOADEST模型相比，RTSA无疑是流域中基流硝酸盐负荷估算的更好选择，不同基流硝酸盐负荷衰退之间存在相当大的差异。然而，对于没有足够基础数据进行RTSA开发的地区，如果基流-负荷关系的变化引起的基流N─NO ₃ ^- 负荷估计的不确定性可以接受或可以忽略不计，则LOADEST模型是估算基流硝酸盐负荷的替代方法。

根据 RTSA 提供的结果，在所研究的流域中，大约62.0%的年平均径流N─NO ₃ ^- 负荷（18.0 kg/ha）来自基流（11.2 kg/ha）。2003~2012年，基流是长乐河流域N─NO ₃ ^- 输出的主要途径。在研究期间，基流N─NO ₃ ^- 负荷和流量加权N─NO ₃ ^- 浓度呈显着增加趋势，降水量不断增加，表明如果没有有效的基流NPS控制措施，未来基流中的硝酸盐将对长乐河流域地表水富营养化构成严重的长期风险。

1.不同水文条件下面源污染汇流途径及占比不同，基流作为径流量的重要组成部分，对于面源污染的汇流占比需进行分割后进一步计算。

2.未来针对NPS需针对不同来源制定不同措施进行管控。

文章信息 : He S ,  Hao Y ,  Wu J , et al. Estimation of baseflow nitrate loads by a recursive tracing source algorithm in a rainy agricultural watershed[J]. Hydrological Processes, 2020, 34.

DOI:  10.1002/hyp.13597

分享人介绍

金中天，2021级博士生

研究方向：流域水环境模拟

邮箱：jinzhongtian@mail.bnu.edu.cn

本公众号由北京师范大学面源污染团队运营，重点分享水利工程、环境科学与工程、生态工程、环境系统工程等领域的学术前沿、科普知识，特别是创建了科学家分享系列《失败集》和文献俱乐部；荣获2020年全国百强学术公众号。

团队负责人陈磊，北京师范大学博士生导师，第五批中组部“万人计划”青年拔尖人才获得者，流域非点源污染过程学科团队负责人（2017-2020）。主要从事流域非点源污染模拟与控制、水环境模拟与修复等领域研究，在非点源污染过程机理、核算模型和防控模式等方面取得多项关键突破。在Water Research、Water Resources Research、Journal of Hydrology等权威期刊发表学术论文100余篇，出版学术专著3部，授权软著/专利10项，获省部级奖励3项。担任4个国际期刊的SCI的栏目/客座主编，组织首届大江大河生态保护与修复研讨会，并担任多项重要学术会议秘书长、组委会副主席等职务，为30余个本领域顶级刊物提供审稿服务。

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