基于SWAT模型的流域河道硝酸盐δ¹⁵N和δ¹⁸O模拟

王康冉宁林忠兵周祖昊

武汉大学水资源与水电工程科学国家重点实验室中国水利水电科学研究院水资源研究所

摘要：为提升流域地表水硝酸盐溯源方法的可靠性,于2013²015年在釜溪河流域,对流域水文和水质过程进行了连续监测,同步测定了流域内主要污染源和干支流河道硝酸盐δ¹⁵N和δ¹⁸O.基于SWAT（soil and water assessment tool）模型模拟了陆面水文和河道水文过程中的氨氮（NH₄⁺）和硝酸盐（NO₃^-）迁移转化过程,在此基础上,耦合河道中硝酸盐¹⁵N和¹⁸O掺混、转化和分馏机制,发展了流域河道硝酸盐δ¹⁵N和δ¹⁸O模拟方法.结果表明,河道中硝酸盐δ¹⁵N和δ¹⁸O主要受流域内污染源以及不同水文期径流条件变化的影响,不同污染源同位素掺混过程对于同位素丰度变化的贡献率为82.74%,氮素转化过程中同位素分馏的贡献率为16.26%,SWAT模拟NH₄⁺和NO₃^-浓度偏差对δ¹⁵N和δ¹⁸O模拟误差的影响为10.44%.由于降雨中硝酸盐δ¹⁸O的变化范围显著地超过δ¹⁵N的变化范围,以及河道硝酸盐18O来源复杂性,δ¹⁸O模拟误差平均较δ¹⁵N偏大18.72%.所提出的方法模拟河道硝酸盐的δ¹⁵N和δ¹⁸O结果的系统误差和偏差小于10%和15%.所提出的流域河道硝酸盐δ¹⁵N和δ¹⁸O模拟方法具有明确的物理意义,为河道氮素正向溯源提供了方法支撑.

关键词：

流域; 硝酸盐; SWAT模型; 同位素; 过程模拟;

基金资助：

国家自然科学基金项目（51379152,91647109,51679257）；国家重点研发计划项目（2016YFC0402405）；