摘要：為了解沱江流域磷污染的時(shí)空分布規(guī)律，以沱江流域?yàn)檠芯繉?duì)象，構(gòu)建了可模擬不同形態(tài)磷在陸地遷移過(guò)程的SWAT模型，并對(duì)陸源排放磷的入河污染負(fù)荷時(shí)空分布特征進(jìn)行了解析。結(jié)果表明：① 2018年，沱江流域陸源磷入河量為1.343 3萬(wàn)t，非點(diǎn)源貢獻(xiàn)占比97%，入河顆粒態(tài)磷占比61%；② 磷的逐月入河量隨降雨量的增加而增大，8～11月主要以溶解態(tài)形式入河，其他月份主要以顆粒態(tài)形式入河；③ 流域內(nèi)磷元素的主要輸入地帶集中于上游的德陽(yáng)市與成都市，尤其在流量最低的月份，點(diǎn)源污染對(duì)該區(qū)域的影響遠(yuǎn)超其他地方，而在流量最大的月份，磷的輸入量在中下游地區(qū)展現(xiàn)出較為均勻的分布趨勢(shì)，并且沿河網(wǎng)絡(luò)一線的輸入量較大；④ 同時(shí)，地表土壤對(duì)于來(lái)自陸地的磷排放顯示出較強(qiáng)的攔截效果，土壤中釋放的磷對(duì)于河流中磷含量的影響相對(duì)較小。

關(guān)鍵詞：磷污染負(fù)荷； SWAT模型； 時(shí)空分布； 沱江流域

中圖法分類(lèi)號(hào)：X52 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

DOI：10.15974/j.cnki.slsdkb.2025.04.018 文章編號(hào)：1006-0081（2025）04-0098-09

0 引 言

近年來(lái)，長(zhǎng)江流域內(nèi)磷污染問(wèn)題逐漸成為焦點(diǎn)，磷的含量已經(jīng)超過(guò)了化學(xué)需氧量及氨氮的含量，上升為該流域最主要的污染物，對(duì)其加以控制尤為關(guān)鍵［1］。與化學(xué)需氧量、氨氮等參數(shù)不同，磷元素憑借其獨(dú)特的物理及化學(xué)屬性，在水環(huán)境中展現(xiàn)出多變的存留狀態(tài)，涵蓋了溶解磷和顆粒磷2種基本形態(tài)，且可以細(xì)分為溶解無(wú)機(jī)磷、溶解有機(jī)磷、顆粒無(wú)機(jī)磷以及顆粒有機(jī)磷［2］。磷元素易對(duì)土壤及泥沙顆粒產(chǎn)生吸附作用，目前研究界對(duì)顆粒狀磷的關(guān)注度較高。各類(lèi)形態(tài)的磷在自然環(huán)境中表現(xiàn)出各異的遷移特性和分布模式，這同樣對(duì)陸地污染物的削減、河流凈化方法、以及供水處理技術(shù)和流程的選用產(chǎn)生直接影響［3-4］。對(duì)各類(lèi)形態(tài)磷的陸地來(lái)源排放量及河流輸入量的精確計(jì)算，構(gòu)成了實(shí)現(xiàn)對(duì)總磷有效控制的核心環(huán)節(jié)。

當(dāng)前，有關(guān)磷不同形態(tài)的研究多以監(jiān)測(cè)為主，但存在監(jiān)測(cè)成本較高、數(shù)據(jù)布點(diǎn)范圍有限、監(jiān)測(cè)時(shí)間連續(xù)性不夠等問(wèn)題，通過(guò)數(shù)值模型模擬能得到空間密集時(shí)間連續(xù)的不同區(qū)域、不同形態(tài)磷的分布數(shù)據(jù)。磷在陸地的遷移轉(zhuǎn)化一般采用能夠反映物理機(jī)理的非點(diǎn)源模型進(jìn)行模擬，常用模型包括SWAT、AnnAGNPS、HSPF、GWLF等，其中SWAT 模型在國(guó)內(nèi)應(yīng)用最為廣泛［5-6］。然而，目前的研究主要針對(duì)總磷進(jìn)行模擬分析，較少利用數(shù)學(xué)模型對(duì)各類(lèi)磷形態(tài)在陸地遷移環(huán)節(jié)的變化進(jìn)行細(xì)致的模擬與預(yù)測(cè)研究，不利于對(duì)流域內(nèi)磷遷移過(guò)程的全面與真實(shí)再現(xiàn)，也難以滿(mǎn)足快速準(zhǔn)確響應(yīng)環(huán)境管理的需求。沱江作為長(zhǎng)江重要的一級(jí)支流，也是長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶中總磷污染的關(guān)鍵區(qū)域［7］，本研究利用SWAT模型，能夠有效模擬各種形態(tài)磷在陸地環(huán)境中的遷移路徑，進(jìn)而深入分析沱江流域總磷、顆粒磷以及溶解磷的輸入量及其在時(shí)間和空間上的分布規(guī)律，旨在為流域范圍內(nèi)磷污染的精確防控和水環(huán)境的高效管理提供參考。

1 研究區(qū)概況

沱江作為長(zhǎng)江的主要支流之一，為四川省中心地帶關(guān)鍵水系，全長(zhǎng)636 km，有大小支流60余條，流域面積2.78萬(wàn)m2。沱江流域?qū)僦衼啛釒貪窦撅L(fēng)氣候區(qū)，降水充沛，多年平均徑流量149.3億m3，多年平均降雨量1 000 mm左右，其中6～9月為汛期，約占全年降雨量的60%，其余月份為非汛期。流域地勢(shì)自西北向東南逐漸降低，西北部為沱江發(fā)源地九頂山，海拔超過(guò)4 900 m；德陽(yáng)及其以北是上游區(qū)域，海拔700～1 500 m，為山區(qū)；德陽(yáng)以南至銀山鎮(zhèn)以北是中游區(qū)域，海拔440～730 m，為成都平原和川中丘陵區(qū)；銀山鎮(zhèn)以南是下游區(qū)域，海拔250～500 m，為盆地丘陵區(qū)，如圖1所示。沱江流域內(nèi)復(fù)雜的地勢(shì)起伏特性，為降水的地表徑流沖刷以及重力導(dǎo)致的土壤侵蝕作用提供了適宜的環(huán)境。

沱江流域土壤中紫色土、山地草甸土所占的比重較大。區(qū)域流域的土壤中可利用水分含量普遍低于13%，而在河流上游地帶，土壤中可供利用的水分較為充足，這有助于在晴好天氣條件下對(duì)磷元素的積累，另一方面，在降水的沖擊下，水流迅速形成，穩(wěn)定入滲率的達(dá)成時(shí)間相應(yīng)減少，促進(jìn)了土壤中磷元素的釋放，并伴隨著地表徑流一同移動(dòng)［8-9］。流域大部分區(qū)域飽和滲透系數(shù)為8～13 mm/h，屬于中等透水性土-強(qiáng)透水性土，下游區(qū)域飽和滲透系數(shù)相對(duì)較大，磷易隨著雨水下滲至土壤深處，對(duì)徑流中的磷可起到較好的截留凈化作用［10］。在沱江流域的土地利用格局中，耕地占主要地位，其比例占流域總面積的79.48%，緊接著是林地，其面積占比達(dá)13.75%。上游區(qū)域則是農(nóng)村與城鎮(zhèn)用地的主要集中地。

2 數(shù)據(jù)與方法

2.1 SWAT模型構(gòu)建

本項(xiàng)研究基于經(jīng)典的SWAT模型框架，開(kāi)發(fā)了針對(duì)陸地環(huán)境中磷元素遷移與轉(zhuǎn)化的機(jī)制模型。該模型由水文循環(huán)、土壤侵蝕以及磷的遷移與轉(zhuǎn)化三大模塊構(gòu)成，實(shí)現(xiàn)了對(duì)降水到河流匯集整個(gè)過(guò)程的模擬。在磷的遷移與轉(zhuǎn)化模塊中，磷被劃分為可溶性磷和顆粒性磷兩大類(lèi)，并進(jìn)一步根據(jù)其化學(xué)性質(zhì)分為有機(jī)磷與無(wú)機(jī)磷。顆粒性磷還可細(xì)分為穩(wěn)定性和活性2種狀態(tài)。這些不同類(lèi)型的磷通過(guò)吸附、礦化、固化等生物化學(xué)過(guò)程實(shí)現(xiàn)相互轉(zhuǎn)換［11-13］，如圖2所示。

利用SWAT模型模擬非點(diǎn)源時(shí)污染，大部分研究者僅將種植業(yè)非點(diǎn)源污染以農(nóng)業(yè)管理措施等條件進(jìn)行輸入，沒(méi)有考慮農(nóng)村生活、畜禽養(yǎng)殖、水產(chǎn)養(yǎng)殖等其他非點(diǎn)源輸入，一方面易導(dǎo)致流域非點(diǎn)源模擬不全，總負(fù)荷偏小，另一方面導(dǎo)致參數(shù)率定驗(yàn)證時(shí)誤差較大，模型精度下降。本研究對(duì)SWAT模型的傳統(tǒng)外源性輸入結(jié)構(gòu)進(jìn)行了改進(jìn)，特別是對(duì)磷元素的外源性輸入機(jī)制進(jìn)行了調(diào)整。通過(guò)對(duì)陸地面上非點(diǎn)源污染的遷移與轉(zhuǎn)化過(guò)程進(jìn)行更加科學(xué)的抽象化處理，設(shè)立了多樣化的輸入模式。此外，污染源的數(shù)據(jù)輸入是依據(jù)不同污染源排放的磷形態(tài)實(shí)際測(cè)量數(shù)據(jù)而定，避免了使用統(tǒng)一或基于經(jīng)驗(yàn)的數(shù)值，不同類(lèi)型外源輸入具體如下。

（1） 點(diǎn)源輸入。依據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，將來(lái)自工廠、污水處理設(shè)施、大型畜禽養(yǎng)殖場(chǎng)等點(diǎn)源的各類(lèi)磷形態(tài)排放量，分配至各個(gè)計(jì)算單元中，進(jìn)而依據(jù)磷的具體形態(tài)，將其數(shù)據(jù)錄入點(diǎn)源匯入的相關(guān)文件內(nèi)。

（2） 生活源輸入。城鎮(zhèn)與鄉(xiāng)村未納入污水處理系統(tǒng)的生活廢水，通常排入當(dāng)?shù)氐男⌒退蚝恿髦?。這些廢水因?yàn)槿狈刑幚恚谠u(píng)估單元里被視為地表污染物的累積源，伴隨降雨過(guò)程，這些污染物會(huì)被雨水沖刷，進(jìn)而流入水系網(wǎng)絡(luò)。相應(yīng)地，這些廢水的排放數(shù)據(jù)被納入每個(gè)評(píng)估單元的累積與沖刷模型之中。

（3） 農(nóng)業(yè)種植源輸入。在應(yīng)用SWAT模型進(jìn)行模擬研究時(shí)，可針對(duì)農(nóng)業(yè)非點(diǎn)源污染的外部來(lái)源，設(shè)立專(zhuān)門(mén)的管理模塊。該模塊需依據(jù)作物類(lèi)型、生長(zhǎng)期限、化肥類(lèi)別以及施肥量等四大要素進(jìn)行詳細(xì)的數(shù)據(jù)錄入。

（4） 畜禽養(yǎng)殖源輸入。畜牧業(yè)產(chǎn)生的排泄物持續(xù)排出，在考慮到土壤利用效率及土壤性質(zhì)的基礎(chǔ)上，將這些排泄物作為有機(jī)肥料施于田野之上，采取持續(xù)性的有機(jī)肥施用策略，借此將肥料中的營(yíng)養(yǎng)成分補(bǔ)給到地表土壤表層10 mm深度。施肥量的確定基于實(shí)際測(cè)量的有機(jī)磷與無(wú)機(jī)磷含量，以及肥料每日的累積數(shù)量。

（5） 水產(chǎn)養(yǎng)殖源輸入。鑒于水產(chǎn)養(yǎng)殖的排泄物未經(jīng)處理直接進(jìn)入水體，在SWAT模型中采用點(diǎn)源污染方式來(lái)模擬其輸入。依據(jù)實(shí)際測(cè)定結(jié)果，針對(duì)水產(chǎn)養(yǎng)殖廢液中不同類(lèi)型的磷含量，將污染負(fù)荷依據(jù)磷的種類(lèi)分配至各個(gè)計(jì)算單元所對(duì)應(yīng)的河道，進(jìn)而導(dǎo)入點(diǎn)源污染數(shù)據(jù)文件中。

2.2 數(shù)據(jù)來(lái)源與處理

借助ArcGIS 10.2版本的水文分析插件，對(duì)沱江流域數(shù)字高程模型（DEM）進(jìn)行解析，以獲取子流域信息。進(jìn)一步通過(guò)空間統(tǒng)計(jì)分析，將該信息與土地類(lèi)型分布圖、土壤特性分布圖相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的綜合疊加。據(jù)此，將所得子流域細(xì)化為1 582個(gè)獨(dú)立單元，每個(gè)單元均具備一致坡度、土壤類(lèi)型及土地利用特征。

（1） 空間數(shù)據(jù)。沱江流域地形數(shù)據(jù)來(lái)源于中國(guó)科學(xué)院地理空間數(shù)據(jù)云平臺(tái)提供的分辨率為30 m的DEM數(shù)據(jù)。土地利用數(shù)據(jù)來(lái)源于中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（武漢）提供的分辨率為30 m的矢量圖，根據(jù)第二次全國(guó)土地調(diào)查《土地利用現(xiàn)狀分類(lèi)》，將土地利用類(lèi)型進(jìn)行重新編碼構(gòu)建土地利用數(shù)據(jù)庫(kù)。土壤利用數(shù)據(jù)來(lái)源于世界土壤數(shù)據(jù)庫(kù)（HWSD），分辨率為1 km，從數(shù)據(jù)庫(kù)中自行提取出沱江流域土壤類(lèi)型數(shù)據(jù)。

（2） 氣象水文數(shù)據(jù)。沱江流域內(nèi)的氣候參數(shù)是基于中國(guó)氣象科學(xué)數(shù)據(jù)交流體系所提供的溫江與宜賓兩地的氣象站點(diǎn)資料，資料涵蓋了日照強(qiáng)度、日降水量、風(fēng)力等級(jí)、晝夜溫度極值以及空氣濕度等信息，其水文觀測(cè)數(shù)據(jù)由四川省水文水資源勘測(cè)機(jī)構(gòu)提供。

（3） 污染源數(shù)據(jù)。運(yùn)用復(fù)合調(diào)研手段，即融合實(shí)地調(diào)研法與排放系數(shù)法，對(duì)沱江流域各類(lèi)陸地污染源（區(qū)分點(diǎn)狀與面狀污染源）的總磷排放情況進(jìn)行詳盡剖析。點(diǎn)狀污染源涉及1 515家制造企業(yè)、191個(gè)污水處理站點(diǎn)、24個(gè)大型畜牧養(yǎng)殖場(chǎng)以及20個(gè)磷石膏存放場(chǎng)所；面狀污染源涵蓋城鎮(zhèn)生活污染、鄉(xiāng)村生活污染、農(nóng)作物種植污染、小型畜牧養(yǎng)殖污染以及水產(chǎn)養(yǎng)殖污染。在沱江流域不同類(lèi)型點(diǎn)源和非點(diǎn)源處采集污染源排放樣品，分析測(cè)定溶解態(tài)磷、顆粒態(tài)磷濃度，進(jìn)而計(jì)算得到不同陸源的溶解態(tài)磷、顆粒態(tài)磷排放量，為SWAT模型提供污染源輸入數(shù)據(jù)。不同類(lèi)型污染源磷排放量見(jiàn)表1。

2.3 模型率定與驗(yàn)證

運(yùn)用徑流及水質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，對(duì)SWAT模型的參數(shù)進(jìn)行校準(zhǔn)與核實(shí)。在校準(zhǔn)過(guò)程中，采用迭代調(diào)試法，具體操作為：基于搜集的資料和現(xiàn)場(chǎng)狀況，預(yù)設(shè)參數(shù)的初始值，以上下游監(jiān)測(cè)點(diǎn)的流量、水質(zhì)等數(shù)據(jù)作為模型的輸入，持續(xù)對(duì)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，并進(jìn)行多次的檢驗(yàn)、優(yōu)化與校準(zhǔn)，直至模型的模擬結(jié)果與實(shí)際測(cè)量值之間的偏差降至最低，從而確定一套參數(shù)集合，作為模型的最終參數(shù)。模型參數(shù)率定與驗(yàn)證效果主要通過(guò)確定性系數(shù)R2、納什系數(shù)Ens進(jìn)行評(píng)價(jià)［14］，其計(jì)算公式如下：

式中：Qobs為實(shí)際測(cè)定的徑流量或水質(zhì)指標(biāo)；Qavg為測(cè)定的徑流量或水質(zhì)指標(biāo)的平均數(shù)值；Qsim為模擬預(yù)測(cè)的徑流量或水質(zhì)指標(biāo)值；Qsim為模擬預(yù)測(cè)的平均徑流量或水質(zhì)指標(biāo)；n代表時(shí)間周期，d。

R2是衡量預(yù)測(cè)值與實(shí)際值之間一致性的一種指標(biāo)，R2值為1時(shí)，表明預(yù)測(cè)值與實(shí)際值完全對(duì)應(yīng)；若R2超過(guò)0.4，則可認(rèn)為預(yù)測(cè)值具有一定的可靠性；R2越低，則預(yù)示著預(yù)測(cè)值與實(shí)際值的契合度越低。Ens指標(biāo)達(dá)到1代表模擬結(jié)果最為理想；Ens值大于0.75表示模擬結(jié)果優(yōu)良；0.36≤Ens≤0.75時(shí)，說(shuō)明模擬結(jié)果尚可接受；0≤Enslt;0.36則表明模擬效果欠佳；Enslt;0則表示模擬結(jié)果缺乏可信度。

2.3.1 徑流模擬

沱江流域選取北斗、元灘灣、自貢、福集4個(gè)水文站點(diǎn)，利用其實(shí)際測(cè)定的流量數(shù)據(jù)，對(duì)徑流模擬進(jìn)行了校準(zhǔn)和核實(shí)。圖3展示了2018年4個(gè)站點(diǎn)的模擬徑流與實(shí)際徑流數(shù)據(jù)的對(duì)比，R2與Ens值模擬結(jié)果如表2所示。由表2可見(jiàn)，模擬的徑流與實(shí)際觀測(cè)值具有較高的契合度，R2系數(shù)超過(guò)0.8，Ens指數(shù)也全部超過(guò)了0.7，顯示出所采用的地表模型能有效模擬沱江流域的徑流量變化，說(shuō)明模型參數(shù)的標(biāo)定結(jié)果適用于本次研究的徑流預(yù)測(cè)。

2.3.2 污染物模擬

（1） 總磷。針對(duì)八角、巷子口、北斗、雷公灘4個(gè)水質(zhì)監(jiān)測(cè)斷面，采用實(shí)際監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)水質(zhì)模型進(jìn)行校正和確認(rèn)，表3記錄了模擬效果的R2與Ens評(píng)價(jià)指標(biāo)，圖4展示了2018年4個(gè)監(jiān)測(cè)斷面總磷含量的模擬值與實(shí)測(cè)值之間的對(duì)比。綜合分析，4個(gè)監(jiān)測(cè)斷面的R2和Ens指標(biāo)均高于0.4，說(shuō)明模型較好地模擬了各個(gè)監(jiān)測(cè)斷面總磷含量的變化趨勢(shì)。

（2） 不同形態(tài)磷。鑒于各類(lèi)磷形態(tài)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)缺少連續(xù)長(zhǎng)序列的實(shí)際測(cè)量記錄，本研究選取了2018年D1～D5地表水采樣點(diǎn)（圖1）的顆粒態(tài)有機(jī)磷（POP）、顆粒態(tài)無(wú)機(jī)磷（PIP）、溶解態(tài)有機(jī)磷（DOP）以及溶解態(tài)無(wú)機(jī)磷（DIP）的實(shí)際測(cè)量數(shù)據(jù)，進(jìn)行了驗(yàn)證分析，如圖5所示。模擬數(shù)據(jù)中，顆粒態(tài)磷主要以有機(jī)形式存在，而溶解態(tài)磷則主要呈現(xiàn)無(wú)機(jī)形式，這與實(shí)際測(cè)量數(shù)據(jù)相符。同時(shí)，顆粒態(tài)磷、溶解態(tài)磷模擬數(shù)據(jù)的相關(guān)系數(shù)R2分別為0.538 3，0.787，均高于0.5，說(shuō)明了模擬結(jié)果的可靠性。綜上，率定得到的模型參數(shù)可應(yīng)用于本研究中不同形態(tài)的磷在陸地的遷移過(guò)程模擬。

3 結(jié)果與分析

通過(guò)SWAT模型計(jì)算得到，2018年沱江流域陸源總磷、溶解態(tài)磷、顆粒態(tài)磷入河量分別為13 433，5 254，8 180 t，其中點(diǎn)源總磷、溶解態(tài)磷、顆粒態(tài)磷入河量分別為379，203，176 t，非點(diǎn)源總磷、溶解態(tài)磷、顆粒態(tài)磷入河量分別為13 054，5 051，8 004 t。即沱江流域陸源磷主要來(lái)源于非點(diǎn)源（占97.2%）、以顆粒態(tài)形式（占60.9%）入河，在沱江水環(huán)境管理工作中，需要重點(diǎn)關(guān)注非點(diǎn)源顆粒態(tài)磷的污染防控。

3.1 污染負(fù)荷時(shí)間變化

3.1.1 逐日入河量

2018年沱江流域各類(lèi)磷形態(tài)的每日入河量分布如圖6所示。觀察可見(jiàn)，固態(tài)磷和溶解態(tài)磷的入河量與降雨量呈現(xiàn)同步增減趨勢(shì)，其高峰值通常與降雨期吻合，集中在5～7月。這一趨勢(shì)同樣揭示了沱江流域內(nèi)非點(diǎn)源污染是磷質(zhì)輸入的主要渠道，水流的動(dòng)力和傳輸作用在非點(diǎn)源磷流失過(guò)程中起到關(guān)鍵作用，而降雨對(duì)地表的沖刷效應(yīng)則是促進(jìn)非點(diǎn)源磷質(zhì)進(jìn)入河流的主要途徑［15-16］。

3.1.2 逐月入河量

2018年沱江流域磷含量入河量的模擬數(shù)據(jù)見(jiàn)圖7，可以觀察到，1～6月間，隨著降雨量的逐步上升，總磷、溶解磷以及顆粒磷的入河量也在同步增加；而6～7月磷元素的入河量顯著高于一年中的其他月份；8月后，這一數(shù)值則顯著降低。

不同月份中，河流中磷的顆粒形態(tài)與溶解形態(tài)比例各不相同，具體表現(xiàn)在12月份以及1～7月期間，顆粒磷的占比超過(guò)溶解磷；而在8～11月，溶解磷的比例超過(guò)了顆粒磷。這主要源于點(diǎn)源磷排放的持續(xù)性質(zhì)，其關(guān)鍵因素是降雨的間歇性導(dǎo)致非點(diǎn)源污染物在晴朗天氣時(shí)在陸地表面累積，而在雨天則被排放至河流中［17］。對(duì)于非定點(diǎn)排放的磷元素來(lái)說(shuō)，一旦進(jìn)入地表，它在土壤中的活性較低，容易與土壤內(nèi)的其他成分發(fā)生反應(yīng)，生成難溶的復(fù)合物并沉積，這一過(guò)程導(dǎo)致磷在土壤中較易積聚。在每年12月至次年4月，沱江流域進(jìn)入干旱季節(jié)，降水量減少，此時(shí)短時(shí)的降水容易將地表泥沙沖走，導(dǎo)致地表水中顆粒狀態(tài)的磷濃度超過(guò)溶解狀態(tài)的磷。在此期間，地表所積聚的磷元素總量超出了雨水沖刷移除的量。隨著雨季來(lái)臨，降雨量顯著上升，地表沉積的污染物質(zhì)隨之大量被雨水帶入河流中，直至6月份，河水中顆粒磷和溶解磷的輸入量均達(dá)到最高點(diǎn)。6～7月暴雨導(dǎo)致地表積聚的多數(shù)磷質(zhì)被雨水沖走，這一時(shí)期觀察到顆粒磷的濃度顯著減少。伴隨著降雨的持續(xù)，土壤中釋放的可溶性磷逐漸增多，進(jìn)而導(dǎo)致8月份的徑流水體中溶解磷的含量首次超過(guò)了顆粒磷的含量。

3.2 污染負(fù)荷空間變化

（1） 全年入河量空間分布。2018年沱江流域內(nèi)地表磷素來(lái)源輸入量的空間分布如圖8所示。由圖8可知，無(wú)論是總磷、溶解磷還是顆粒磷的輸入量，其空間分布模式大體一致，其中輸入量最高的區(qū)域集中于沱江上游的綿遠(yuǎn)河、鴨子河及毗河（青白江）周邊。特別是在沱江毗河河口以上，德陽(yáng)至成都區(qū)域成為了沱江流域磷素污染防控的關(guān)鍵地帶。

（2） 最枯月入河量空間分布。在1月份，即沱江流域降雨量最低的月份，對(duì)該流域內(nèi)地表磷素輸入河流的最小月份量進(jìn)行空間分布分析（圖9）。觀察分析發(fā)現(xiàn)，與全年磷素輸入量的空間分布狀況相較，沱江上游的綿遠(yuǎn)河、鴨子河、青白江及毗河周邊區(qū)域在枯水月份的磷素輸入量與其他區(qū)域的差異更為突出。在1月期間，沱江流域的降水量較常年有所下降。河流中的總磷含量主要源自集中污染源和未納入收集系統(tǒng)的城市及鄉(xiāng)村生活廢水。通過(guò)數(shù)據(jù)分析，集中污染源所占比例約為51.7%。這些污染源主要集中在沱江上游區(qū)域，因此在干旱季節(jié)，應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注并加強(qiáng)這一地區(qū)的污染源控制工作。

（3） 最豐月入河量空間分布。在6月份，即沱江

流域降雨量最充沛的一個(gè)月，對(duì)該流域內(nèi)陸地來(lái)源的

磷輸入量進(jìn)行了空間分布分析（圖10）。分析發(fā)現(xiàn)，除了上游部分區(qū)域，總磷、溶解磷以及顆粒磷的入河量在流域內(nèi)分布相對(duì)均衡，并且在河流沿線表現(xiàn)出較高的輸入量。在流量最大的月份，沱江流域內(nèi)河流總磷的輸入主要受非點(diǎn)源污染影響，其貢獻(xiàn)率高達(dá)95%以上。非點(diǎn)源污染在沱江流域的分布較為均勻，其釋放的磷質(zhì)易于在地表聚集，隨著降雨產(chǎn)生的地表徑流，磷質(zhì)被沖刷進(jìn)入河流，使得磷的總量隨著水流方向的延伸而逐步增多［18-19］。這一過(guò)程表明，非點(diǎn)源磷元素隨著地表水徑流的流動(dòng)展現(xiàn)出向河流匯集的特性，在接近河道的地方，磷元素的輸入量顯著增加，因而這些區(qū)域?qū)恿髟斐晌廴镜臐撛陲L(fēng)險(xiǎn)也相應(yīng)提升。

3.3 土壤對(duì)不同形態(tài)磷分布的影響

通過(guò)對(duì)沱江流域各個(gè)子流域的陸源磷排放與流入河流的量進(jìn)行對(duì)比分析，能夠推算出各個(gè)子流域磷的凈變化值。在本研究中，若子流域磷的流入量未達(dá)到排放量，則視為磷被地表土壤所吸附；反之，若流入量超出排放量，則認(rèn)為土壤向河流系統(tǒng)釋放了磷；若兩者相等，則表示土壤對(duì)磷的吸附與釋放達(dá)到了動(dòng)態(tài)平衡。據(jù)此，沱江流域土壤對(duì)磷的吸附與釋放情況分別展示于圖11～12。

通過(guò)深入剖析流域內(nèi)地貌土壤屬性及土地利用狀況，可以觀察到，該流域土壤對(duì)于來(lái)自陸地的磷污染物有著顯著的吸附作用。土壤對(duì)磷攔截能力較強(qiáng)的地區(qū)主要集中在流域的上游德陽(yáng)、成都，中游資陽(yáng)，以及下游的內(nèi)江和自貢等城鎮(zhèn)化地帶，其中尤以沱江上游地區(qū)的土壤攔截能力最為突出。該地區(qū)城市化速度迅猛，地表硬化現(xiàn)象嚴(yán)重，主要由城市與鄉(xiāng)村建筑以及交通基礎(chǔ)設(shè)施構(gòu)成，污染物在這些地帶易于積聚，并在降水期間大量被雨水沖入河流。尤其是沱江上游地區(qū)，因其地勢(shì)較高、水分含量大以及滲透系數(shù)較小，有助于

在雨水侵蝕時(shí)污染物的釋放，進(jìn)而對(duì)水質(zhì)造成影響。

2018年經(jīng)過(guò)江河流域地表泥土（沙石）的吸附、沉積以及固定磷等系列反應(yīng)之后，可削減磷11 385 t，削減比例46%［20］。其中，溶解態(tài)磷、顆粒態(tài)磷分別可削減5 418，5 966 t，削減比例分別為51%，42%，表明不同形態(tài)磷在地表均有較好的截留作用。在匯入河流的磷含量中，由土壤釋放的總磷、可溶性磷和顆粒磷占比分別為8.04%，7.95%和8.03%。與土壤釋放的磷相比，外部輸入的磷在各類(lèi)磷形態(tài)中占比超過(guò)90%，表明沱江流域河流中磷的輸入主要受到陸地來(lái)源排放的控制。

4 結(jié) 論

（1） SWAT模型能夠模擬多種磷形態(tài)在陸地環(huán)境中的遷移規(guī)律。通過(guò)對(duì)外部輸入?yún)?shù)進(jìn)行優(yōu)化，對(duì)該模型進(jìn)行了改進(jìn)，并針對(duì)沱江流域的特定條件，創(chuàng)建了一套專(zhuān)屬的模型數(shù)據(jù)庫(kù)。

（2） 采取試錯(cuò)法對(duì)模型參數(shù)進(jìn)行了校準(zhǔn)與核實(shí)，徑流校驗(yàn)中，確定性系數(shù)R2gt;0.8，納什系數(shù)Ensgt;0.7。對(duì)于總磷濃度的校驗(yàn)，R2與Ens系數(shù)均不低于0.4。不同形態(tài)磷濃度的校驗(yàn)，R2系數(shù)同樣保持在0.5以上，這證明了所構(gòu)建的模型參數(shù)集在重現(xiàn)沱江流域磷污染負(fù)荷時(shí)空變化特征方面具有較高準(zhǔn)確性。

（3） 模擬得到2018年沱江流域總磷入河量為1.343 3萬(wàn)t，主要來(lái)源于非點(diǎn)源貢獻(xiàn)。河流中磷的月均輸入量與降水量之間呈正相關(guān)性。在每年的8～11月，磷主要以溶解狀態(tài)進(jìn)入水體，而在其余月份，則以固態(tài)顆粒形式為主。磷的總輸入量、溶解態(tài)及固態(tài)顆粒的輸入量在空間分布上表現(xiàn)出相似的規(guī)律性，其中流域上游區(qū)域磷的輸入量顯著大于其他地區(qū)，同時(shí)在流量最低的月份里，該區(qū)域更容易受到點(diǎn)源污染排放的影響。流域地表土壤對(duì)陸源排放的溶解態(tài)磷、顆粒態(tài)磷的截留分別可達(dá)51%，42%。

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（編輯：張 爽）

Temporal-spatial distribution of different phosphorus forms of pollution load based on SWAT model

KANG Jin1，WANG Qi1，LI Longyuan1，WANG Yonggui2，3，CAI Junxiong1

（1.Hubei Environmental Science Research Academy （Provincial Ecological Environment Engineering Assessment Center），Wuhan 430072，China；

2.School of Geography and Information Engineering，China University of Geosciences，Wuhan 430074，China；

3.State Key Laboratory of Hydraulic Engineering Intelligent Construction and Operation，Tianjin University，Tianjin 300072，China）

Abstract： In order to study the temporal and spatial distribution of phosphorus pollution in Tuojiang River basin，taking Tuojiang River Basin as the research object，the SWAT model was constructed to simulate the migration process of different forms of phosphorus on land，and the spatial and temporal distribution characteristics of the pollution load of phosphorus discharged from land source into the river were analyzed.The results showed that the SWAT model had a good simulation effect.In 2018，13 433 tons of terrigenous phosphorus entered the Tuojiang River Basin，with non-point source contribution accounting for 97% and granular phosphorus entering the river accounting for 61%.The monthly amount of phosphorus into the river increased with the increase of rainfall，mainly in the form of dissolved phosphorus in August to November，and mainly in the form of particles in other months.The main input areas of phosphorus elements in the river basin were concentrated in the upper reaches of Deyang City and Chengdu City，especially in the months with the lowest discharge，the impact of point source pollution on this area was far greater than other places.In the month of maximum discharge，the phosphorus input showed a more uniform distribution trend in the middle and lower reaches，and the input quantity was larger along the river network line.At the same time，the surface soil showed a strong interception effect on the phosphorus emission from the land，and the phosphorus released from the soil had a relatively small impact on the phosphorus content in the river.

Key words： phosphorus pollution load； SWAT model； temporal-spatial distribution； Tuojiang River Basin

收稿日期：2024-04-21

基金項(xiàng)目：水利工程智能建設(shè)與運(yùn)維全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放基金資助項(xiàng)目（HESS-2311）

作者簡(jiǎn)介：康 瑾，女，高級(jí)工程師，博士，主要從事流域水污染控制研究工作。E-mail：251452269@qq.com

作者簡(jiǎn)介：王永桂，男，副教授，博士，主要從事流域水環(huán)境模擬與管理研究工作。E-mail：wangyg@cug.edu.cn

引用格式：康瑾，王琪，李龍媛，等.基于SWAT模型的沱江流域不同形態(tài)磷污染負(fù)荷時(shí)空分布［J］.水利水電快報(bào)，2025，46（4）：98-106，113.