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大沽河是胶东半岛最大的河流,无论是径流量还是输沙量均占胶州湾入海河流的首位,每年携带大量泥沙,溶解污染物入海,是胶州湾的主要无机氮、磷输入源。随着大沽河流域综合整治工程的实施,点源污染已得到了很好的控制,非点源污染将成为大沽河流域污染的主要原因之一。因此,对大沽河流域进行非点源污染研究有很高的理论价值和现实意义。为了排除外界水源的影响,可靠反映流域产汇流,并且避免流域点源污染对非点源污染研究的干扰,本文以大沽河上游为研究区,在收集大量数据,建立数据库的基础上,首先建立氮素收支平衡模型,分析流域氮输入、输出量,计算出流域氮净增量,为进一步利用AnnAGNPS模型分析非点源污染机理提供了理论准备;其次,利用实测的径流、沉积物及总氮数据验证模型模拟精度,说明AnnAGNPS模型在大沽河流域进行研究的适用性;最后运用校准和验证好的AnnAGNPS模型定量分析该流域非点源污染特征,评价最佳管理措施污染削减效果。本文主要得出如下结论:1.大沽河上游氮输入总量为1932.55t.yr-1,其中化肥、生物固氮、大气沉降及农产品的贡献率分别为59%、14%、15%和12%;氮输出总量为668.26t·yr-1,占氮输入总量的35%左右,硝化、挥发输出的贡献率分别为40%和60%。流域氮净增量为1264.69t·yr-1。水体点源、非点源输出,土壤富集及生物累积对流域净增氮量的分担量分别为175.03t·yr-1、579.77t·yr-1、448.68 t·yr-1、60.82t·yr-1,其贡献率分别为14%、46%、35%和5%。可见流域非点源输出是氮主要流失途经,为了维护流域健康的生态环境,有必要进行非点源污染研究。2.对AnnAGNPS模型模拟的径流、沉积物及总氮量和实测值进行相关分析,地表径流的相关系数都在0.9以上;泥沙量输出为0.7左右;总氮相关系数最低为0.6左右,在小尺度流域上达到0.8。在时间尺度上,地表径流模拟精度表现出,年输出>月输出>日输出,这说明AnnAGNPS模型不适于风险评价,但足以估算年均非点源污染负荷及最佳管理措施的选择。AnnAGNPS模型对流域年降雨量的丰寡反应敏感,表现出地表径流、泥沙输出在丰水年的模拟精度明显高于枯水年。且总体上,AnnAGNPS模型对3080mm的降雨事件,模拟效果较好,对于降雨量较小和极端降雨事件模拟效果不理想。3.马连庄断面年均非点源地表径流输出量为1.64×108m3,泥沙输出量为4.8×104t,总氮污染负荷为353.3t,单位面积总氮负荷为5.78kg·hm-2·yr-1。丁家断面地表径流输出量为1.22×108m3,年均泥沙输出量为3.1×104t,总氮负荷量为142.47t。西巨家断面地表径流输出为16.7×106m3,泥沙输出量为8.5×103t,总氮负荷量为195.3t。通过大沽河河口输入胶州湾的径流量、沉积物及总氮量分别为1120.60×106m3·yr-1、377.36×103t·yr-1、4853.59t·yr-1。在不同水平年,径流量、泥沙量输出差别很大,表现出丰水年径流量、泥沙及总氮输出量远高于枯水年的特征,间接说明模型对降雨量反应敏感。地表径流、沉积物及总氮输出主要集中于68月份,在这期间,地表径流量、沉积物及总氮输出量分别为301.1×106m3、83.68×103t、97.25t,分别占年输出总量的96%、88%、76%,且输出表现出7月>8月>6月的时间特征。7月份地表流量和污染负荷之间也存在较好的正相关关系,其中流量和沉积物总量相关性系数为0.9615,流量和总氮相关性系数为0.9225,表现出沉积物、总氮输出量随着流量的增加而增加的趋势。4.在合理设计最佳管理措施的基础上,利用AnnAGNPS模型模拟各种措施对非点源污染输出的削减效果,得出退耕还林削减效果最佳的结论。