HSPF模型原理及应用

HSPF模型原理及应用小流域非点源污染模拟与仿真研究——以HSPF模型在西丽水库流域应用为例来源：《农业环境科学学报》发表时间：2007年应用HSPF模型，对2000年和2004年7月至2005年6月深圳市西丽水库流域水文水质的连续动态变化进行模拟，定量化分析流域非点源污染特征，判断污染物来源，为水库水质管理提供依据。HSPF模型简介HydrologicalSimulationProgram-FORTRAN水文模拟模型美国国家环保局于1980年研制，经过多次修订和改进，现已发展为HSPF12.0版本，是一窗口化的版本。HSPF模型发展EPA于1998年又开发了BASINS软件，该软件把HSPF模型集成在ArcView平台上。基于该软件，HSPF模型可利用ArcView对空间数据的存储和处理能力，自动提取模拟区域所需要的地形、地貌、土地利用、土壤、植被、河流等数据进行非点源污染负荷的长时间连续模拟，并把模拟结果与所存储的实测数据进行比较，以验证模型。HSPF模型应用集水文、水力、水质模拟于一体能对透水地面、不透水地面以及河流水库的水文和水质过程进行模拟使用连续性降雨与其它气象数据以计算出河流的水文曲线与污染物传输曲线。HSPF模型应用水文现象土壤水份含量、地表径流、层次互流、基流、融雪现象、蒸发散与传输、水含量、地下水补注、水中含氧量、生物需氧量、温度、营养成分、大肠杆菌、泥砂分离与传输现象、粒径大小之泥砂演算、渠道演算、水库演算、组成物演算、pH值、氨、亚硝酸盐、硝酸盐、有机氮、有机磷、地质植物与浮游动物。西丽水库流域面积28.6km2水面面积4.6km2流域地势北高南低岩石：花岗岩和砂页岩土壤：赤红壤为主土地利用：果树种植模型建立（流域划分）地形图水系分布图自然汇流特征气象因子（降雨量、蒸散发能力等）地形因素（坡度、坡长）河道特征（坡降、河宽等）模型建立（土地利用类型划分）对航空照片进行解译获取流域土地利用信息模型建立（气象数据）目标区域的降水量、蒸发量气温、露点温度、风速、云量污染负荷大气沉降的小时平均气象数据目标区域内点源水量以及TN、TP、SS等水质污染负荷的时间序列数据。HSPF模型子模块降雨径流子模块泥沙侵蚀子模块污染物迁移子模块降雨径流子模块参数灵敏度分析模型校准反复调整参数，使流域年出流总量的模拟值和实际出流总量趋于一致进一步模拟降雨径流的季节变化、月变化基流校准（基流退水曲线）模型校准结果模型校准结果泥沙侵蚀子模块泥沙侵蚀子模块（1）泥沙负荷（2）计算河床的剪切应力，确定泥沙的冲刷和沉降形式。（3）估计设定参数初值，其中沙粒部分采用泥沙输移方程，主要参数为KSAND和EXPSND，粉沙和粘粒部分主要参数为临界河床剪切应力TAUCS（冲刷）和TAUCD（沉降）和颗粒特征。（4）不断调整参数，使得泥沙模拟浓度和河口泥沙实测浓度接近一致。泥沙模型模拟结果污染物迁移子模块HSPF模型污染物迁移模块考虑复杂的污染物平衡，可以模拟输出BOD、DO、营养盐、农药等多种污染物的迁移转化过程。SPEC-ACTIONS模块可以模拟大气沉降、耕作、施肥、灌溉等农田管理措施引起的污染物储量的变化等。水质模拟结果水质模拟结果水质模拟结果总氮和总磷的实际迁移转化过程比较复杂，模拟时仅考虑了部分主要过程，模拟结果误差相对比较大。污染源分析泥沙、TN和TP的非点源污染负荷分别占总污染负荷的81.8%、80.0%和93.0%非点源污染是造成西丽水库水质污染的主要原因。施肥量变化对TN、TP输出负荷的影响结论非点源污染已经成为西丽水库水质污染的主要原因大面积的果树种植和化肥使用是水库N、P负荷的主要来源合理减少施肥量、加强化肥使用管理有利于改善流域水质状况汛期暴雨径流引起的水土流失也是水质管理必须重点考虑的控制对象谢谢！