一種灌溉系統發達區湖泊氮磷汙染負荷模擬方法與流程
2023-10-28 05:43:12 1
本發明涉及一種水汙染模擬技術領域，尤其涉及一種灌溉系統發達區湖泊氮磷汙染負荷模擬方法。
背景技術：
近年來水循環過程不僅受到氣候變化影響，而且隨著人類不合理的開發活動，已經逐漸打破了水循環過程的自然路徑，水循環過程呈現出「自然-人工」二元驅動特徵，點源、面源汙染物通過水循環過程進行遷移轉化，新的「自然-人工」水循環特性會進一步擴大汙染物的遷移範圍，由於大氣乾濕沉降，土壤面源汙染物嚴重，固體廢棄物的堆積等因素，這些汙染物通過降水和地表徑流等途徑參與到水循環過程中而擴散遷移範圍。研究地表水質的變化已成為各國學者新的關注熱點。
現有的技術手段的無法應用在灌溉系統發達的區域，由於灌溉系統發達區域數據較難獲取，渠系複雜，進入湖泊的汙染物的遷移轉化機理亦複雜，模型構建與校準的難度大。
技術實現要素：
本發明的目的就在於針對現有氮磷汙染負荷模擬方法的不足，提出一種灌溉系統發達區湖泊氮磷汙染負荷模擬方法。該方法在分析研究區灌溉和排水系統的基礎上，通過收集整理DEM、土壤、氣象、土地利用等多項資料並進行格式化處理，完成SWAT模型的構建，結合研究區內水文站點多年實測徑流數據對模型進行校驗，最後根據SWAT模型對非點源汙染的遷移轉化過程和原理，計算湖泊總氮、總磷汙染負荷。
為了實現上述目的，本發明採用的技術方案是：一種灌溉系統發達區湖泊氮磷汙染負荷模擬方法，方法步驟如下，
步驟一，研究區灌溉和排水系統分析
分析研究區的灌溉系統，包括總乾渠、乾渠、分乾渠、支渠、鬥渠、農渠、毛渠等；分析研究區的排水系統，包括總排乾溝、乾溝、分乾溝、支溝、鬥溝、農溝、毛溝等。
步驟二，SWAT模型構建與校準
1)模型輸入數據準備及格式化處理
SWAT模型為了使模擬結果更加準確，需要輸入的數據有土地利用類型、土壤類型、溫度降雨等氣象條件、河流水質等，格式需要經過標準化處理後才可以輸入到模型中去，其中數字高程模型圖、土壤類型圖、土地利用類型圖需要使用ArcGIS採用GRID或shp格式生成地形圖，而降雨、氣溫等氣象數據和水質數據等一般以dbf格式生成輸入文件，具體格式見下表。
表1 SWAT模型輸入數據及格式
①DEM數據
數字高程模型(DEM)是用一組有序數值陣列形式表示地面高程的一種實體地面模型。在DEM中包括得到坡度、坡向和坡度變化率等地形參數，只有在高精度DEM的基礎上才能準確的進行子流域劃分、河網水系的生成。DEM數據來源於地理空間數據云網站，下載為STRM30米解析度的數據高程數據。DEM在載入SWAT模型進行計算分析前，需要先進行預處理。預處理的作用是從原有的DEM中去除窪地，因為窪地在DEM劃分河網時改變水流出口方向，影響到SWAT模型下一步分析。
②土地利用數據
SWAT模型模擬會根據土地利用類型劃分水文響應單元，並且流域內不同的土地利用類型的分布會對非點源汙染物的來源和遷移產生顯著的影響，因此不同的土地類型對模型過程中作用重大。模型模擬之間需要建立土地利用類型資料庫，根據不同的土地利用分類輸入到資料庫中。在獲得土地利用類型分布圖後，需要對原有的土地類型進行重分類過程，因為SWAT模型中所使用的分類原則與我國現有的土地類型劃分原則不同。因此，在將土地利用類型圖輸入在SWAT模型之前，需要把土地利用類型按照規定重分類，方便SWAT模型模擬時可以直接從土地利用類型資料庫中獲取相關數據。
③土壤數據
SWAT模型需要輸入的土壤數據主要包括土壤類型和土壤的理化性質兩個方面。土壤類型在ArcGIS中以GRID格式直接輸入，土壤各項理化性質需要資料收集和計算得到。土壤屬性不僅對土壤水下滲和蒸發起著重要作用，並且不同的土壤屬性對氮、磷等營養元素的遷移轉化有著重要影響，為了後續更準確研究氮、磷非點源汙染，需要將以下參數輸入到在SWAT模型的usersoil資料庫中。
表2土壤資料庫的建立
④氣象數據
SWAT模型氣象資料庫主要包括降水數據、最高和最低溫度數據、風速、輻射數據等。這些數據來源可以是當地氣象站點多年實測數據，也可以是氣象站點實測數據與天氣發生器生成數據結合，在實測數據不完整和部分缺失時，是輸入氣象數據的常用方法。
SWAT模型內嵌的天氣發生器利用數理統計原理，通過氣象資料(如氣溫和降水等的平均值、標準偏差等)的統計學規律來模擬氣象條件變化過程。由於SWAT模型需要多項長時間序列的逐日氣象數據，當研究區內部分資料難以獲得或缺失時，可以利用天氣發生器彌補氣象數據缺失進行模擬。天氣發生器需要計算的參數較多，主要包括月平均最高和最低氣溫、最高和最低氣溫標準偏差、月均降雨量等。天氣發生器具體需要的各項參數以及計算公式如下表所示：
表3天氣發生器各參數計算公式統計表
⑤劃分子流域
在模型運行開始前，首先需要將整個研究區域劃分為模型所需要的較小的空間單元，一般劃分步驟為流域-子流域-水文響應單元，水文響應單元是水文模型模擬的基礎。研究區域根據DEM生成子流域，再根據每個子流域上不同土壤類型、土地利用類型以及不同坡度進一步劃分水文響應單元，將流域被劃分成土壤類型和土地利用類型一致的水文響應單元。
SWAT模型通過DEM提取河網，確定水流方向和匯水範圍，模型通過DEM識別的子流域出口，可能會由於DEM精度問題導致出口與現實中的出口不能完全一致，因此，根據研究的需要可以進行人工添加出口點，方便模擬結果的獲取和模型參數的驗證。
2)模型校準和驗證
①確定模型評價指標
選取相對誤差(Re)、決定係數(R2)和Nash-Suttcliffe效率係數(Ens)三個指標用於評價模型的適用性。根據模擬標準，模擬結果與實測值誤差應小於20％，決定係數R2大於0.6且Ens大於0.5，當模擬結果滿足以上條件時，模擬結果才可以進行使用。
②參數敏感性分析
SWAT模型在水文模擬、泥沙量和非點源汙染模擬中需要計算大量的參數，而絕大多數參數是無法通過實際調查而獲取。因此在SWAT模型本身對各項參數都設置了一個初始值，這些參數的初始值不能與每一個研究區域都很好的吻合，因此需要針對不同地區對各項參數進行調整。由於模型本身原理複雜，需要計算的參數較多，無法做到對每一個參數都進行仔細調整。因此在調節參數之前需要進行敏感性分析，敏感性分析是評估各項參數對模擬結果的影響程度，優先選擇影響程度大的參數進行調整。所以SWAT模型敏感性分析，是模型調參和校驗的前提和基礎工作。根據敏感性分析結果優先選擇需要調節的參數，有助於對模型準確性的提高。根據模擬結果進行敏感性分析後，從SWAT模型中眾多參數中篩選以下敏感性較高參數，優先進行參數率定。
③模型校準
基於上述步驟，對模型進行校準和驗證。
步驟三，總氮、總磷計算
SWAT模型非點源汙染模擬過程中將氮分為不同形態的氮循環轉化過程進行模擬。在模型模擬過程中主要將氮分為有機氮、硝態氮、氨態氮和亞硝態氮四大類。氮在模型中遷移過程主要是通過地表徑流流失和下滲，來源主要是農業施肥等物理過程，氮循環過程包括有機氮氨化、土壤中硝態氮反硝化、氨態氮硝化作用等化學過程。計算公式如下：
式中：ρNO3，mobile為自由水中硝態氮濃度(以N計)；ρNO3ly為土壤中硝態氮的量(以N計)，kg/hm2；為土壤中自由水的量(mm)；θe為孔隙度；SATly為土壤飽和含水量。
εN＝0.78×(ρsurf)-0.2468 (3)
式中：ρorgNsurf為有機氮流失量(以N計)，kg/hm2；ρorgN為有機氮在表層(10mm)的濃度(以N計)，kg/t；m為土壤流失量，t；Ahru為水文響應單元的面積，hm2；εN為氮富集係數，富集係數是隨土壤流失的有機氮濃度和土壤表層有機氮濃度的比值；ρsurf為地表徑流中泥沙含量；Qsurf為地表徑流，mm。
SWAT模型對磷循環轉化分為兩種形式：有機磷和礦物磷。磷主要進入土壤和水體，來源是通過農業施肥、植物殘渣分解。遷移轉化過程主要包括磷的礦化、分解、固定和磷的下滲過程。SWAT中磷的礦化作用的算法同時集成了磷的固定作用，磷的下滲則是磷在土壤中遷移的主要方式，通過土壤水中有機物濃度差而形成的離子運動。分別按照下式計算：
式中：orgPact，ly是殖質中活性有機磷的量；orgPsta，ly是殖質中穩態有機磷的量；orgPhum，ly是殖質中有機磷含量；orgNact，y活性有機氮的含量；orgNsta，ly是穩態有機氮的含量。
式中：Pperc為磷由頂部10mm到土壤第一層的量；Psolution，surf為土壤頂部水溶性磷的量；wprec，surf為特定一天內由土壤頂部10mm滲透到土壤第一層的水量；ρb為土壤頂部10mm的容重；depthsurf為表面層的深度；kd，perc為磷滲漏係數，即土壤表面10mm磷濃度與濾液中磷的濃度之比。
根據SWAT模型對非點源汙染的遷移轉化過程和原理，可以對非點源汙染物進行模擬，模擬的對象主要是氮元素和磷元素負荷量，由於SWAT模型在對河道總氮和總磷進行模擬時，將氮和磷分成不同形態進行循環轉化，模擬得到的是各種形態的氮和磷的負荷，總氮和總磷負荷量採用下公式進行計算：
TN＝ORGN_OUT+NO3_OUT+NH4_OUT+NO2_OUT (8)
式中：TN為總氮負荷；ORGN_OUT為有機氮負荷；NO3_OUT為硝態氮負荷；NH4_OUT為氨態氮負荷；NO2_OUT為亞硝態氮負荷。
TP＝ORGP_OUT+MINP_OUT (9)
式中：TP為總磷負荷；ORGP_OUT為有機磷負荷；MINP_OUT為礦物磷負荷。
作為優選，步驟(2)中，在土壤參數計算過程中，土壤粒徑轉換是首要解決問題。土壤數據來源於中國土壤資料庫管理與共享平臺，由於SWAT模型採用的是美國土壤分類系統，我國現有土壤粒徑分類為國際制，需要將不同分類標準的土壤粒徑進行轉換，才能重新計算其他土壤理化性質數據。本發明採用三次樣條插值法，在MATLAB軟體中實現粒徑的轉換，將國際制土壤粒徑轉換為模型所需要的CLAY、SILT、SAND、ROCK 4個參數。
作為優選，步驟(2)中，模型中需要土壤容重、土壤層有效持水量和飽和導水率三項參數，
計算方式採用土壤水特性軟體SPAW(Soil-Plant-Atmosphere-Water)。根據查閱土壤數據資料，得到不同土壤類型的有機質含量、含鹽量以及轉換完成後的美國制粒徑組成分類數據，將以上數據輸入到SPAW軟體中可以直接計算出土壤的土壤容重、土壤層有效持水量、飽和導水率三個參數的結果。
作為優選，步驟(2)中，相對誤差(Re)按下式計算：
式中：Re是模型的相對誤差值，Pi是模擬值，Qi是實際值。如果Pi＞Qi，則Re＞0，表示模型預測值偏大，如果Pi＜Qi，則Re＜0，表示模型預測值偏小，如果Pi＝Qi，則Re＝0，表示模型預測準確。
作為優選，步驟(2)中，決定係數(R2)按下式計算：
<![CDATA[ R 2 = Σ i = 1 n ( X m i - X m ) ( X s i - X s ) 2 Σ i = 1 n ( X m i - X m ) 2 Σ i = 1 n ( X s i - X s ) 2 - - - ( 11 ) ]]>
式中：Xmi為實測值；Xsi為模擬值；Xm為實測值的平均值；Xs為模擬值的平均值；n為實測次數。決定係數(R2)即相關係數(R)的平方，通過線性回歸法來計算，從R2可以看出實測值和模擬值之間的相關程度，R2的值越接近1，則相關性越高。
作為優選，步驟(2)中，Nash-Suttcliffe效率係數(Ens)按下式計算：
式中：Qm為實測值，Qp為模擬值，Qa為實測平均值，n為實測值的個數。Ens越接近1，說明模型的模擬值越接近實際值，可信度越高。當Ens＜0時，模擬效果不可接受，當Ens＞0.54時，模擬效果可以接受，若0.54＜Ens＜0.65，表明模型擬合結果比較好，若Ens＞0.65，表明模型擬合結果非常好。
作為優選，步驟(2)中，模型校準使用SWAT模型官方網站提供的專業SWAT模型參數校準和調節工具SWAT-CUP(Calibration and Uncertainty Programs)，首先設置SWAT-CUP運行的相關參數，包括SWAT模型初步模擬、主要校準的參數、參數變化的範圍、滿足條件的評價標準、最大模擬次數等等，然後將研究區域內實測徑流數據輸入SWAT-CUP中作為驗證，SWAT-CUP的原理是調節參數在允許變化的範圍內任意取值進行參數的優化，每次優化後的參數自動調用SWAT模型後進行模擬。將每一次模擬值與實測值進行對比，計算各項評價指標，即完成一次調參，在設定的模擬次數結束後評價各項指標是否滿足研究需要，當指標結果不能滿足時，在新得到各項參數繼續使用SWAT-CUP循環的驗證，直至參數達到合理值。
與現有技術相比，本發明的優點在於：本發明方法在分析研究區灌溉和排水系統的基礎上，通過收集整理DEM、土壤、氣象、土地利用等多項資料並進行格式化處理，完成SWAT模型的構建，為提高模型的準確性和適用性，結合研究區內水文站點多年實測徑流數據對模型進行校驗，最後根據SWAT模型對非點源汙染的遷移轉化過程和原理，計算湖泊總氮、總磷汙染負荷，最終使得模型達到評價標準，實現對灌溉系統發達區湖泊氮磷汙染負荷進行模擬分析。可廣泛應用於灌溉渠系發達區湖泊氮磷汙染負荷模擬計算，特別適用於河套地區烏梁素海湖泊氮磷汙染負荷模擬計算。
附圖說明
圖1為灌溉系統發達區湖泊氮磷汙染負荷模擬方法流程圖；
圖2為河套地區灌溉和排水系統分布圖；
圖3為河套地區DEM圖；
圖4為河套地區土地利用圖；
圖5為河套地區子流域劃分圖；
圖6為河套地區率定期實測與模擬月徑流量對比圖及相關關係圖；
圖7為河套地區驗證期實測與模擬月徑流量對比圖及相關關係圖。
具體實施方式
下面將對本發明作進一步說明。
實施例：參見圖1，一種灌溉系統發達區湖泊氮磷汙染負荷模擬方法，選取灌溉系統發達的河套地區烏梁素海湖泊進行實證研究，方法步驟如下：
步驟一，研究區灌溉和排水系統分析
河套地區灌溉系統發達，整個河套灌區灌水系統共有七級，分別由總幹、幹、分幹、支、鬥、農、毛組成，現有總乾渠1條，全長180.85km；乾渠13條，分乾渠48條，支渠339條，鬥、農、毛共85522條。排水系統也設七級，總排乾溝1條，全長228km；乾溝12條，分乾溝59條，支溝297條，鬥、農、毛溝17322條，河套地區農田退水經總排乾溝、八排乾溝、九排乾溝等流入烏梁素海，承擔了整個退水流量的90％以上。河套地區灌溉和排水系統參見圖2。
步驟二，SWAT模型構建與校準
1)模型輸入數據準備及格式化處理
SWAT模型為了使模擬結果更加準確，需要輸入的數據有土地利用類型、土壤類型、溫度降雨等氣象條件、河流水質等，格式需要經過標準化處理後才可以輸入到模型中去，其中數字高程模型圖、土壤類型圖、土地利用類型圖需要使用ArcGIS採用GRID或shp格式生成地形圖，而降雨、氣溫等氣象數據和水質數據等一般以dbf格式生成輸入文件，具體格式見下表。
表1 SWAT模型輸入數據及格式
①DEM數據
數字高程模型(DEM)是用一組有序數值陣列形式表示地面高程的一種實體地面模型。在DEM中包括得到坡度、坡向和坡度變化率等地形參數，只有在高精度DEM的基礎上才能準確的進行子流域劃分、河網水系的生成。河套地區DEM數據來源於地理空間數據云網站，下載為STRM30米解析度的數據高程數據。研究區面積覆蓋40°19′～41°18′N，106°20′～109°19′E。DEM在載入SWAT模型進行計算分析前，需要先進行預處理。預處理的作用是從原有的DEM中去除窪地，因為窪地在DEM劃分河網時改變水流出口方向，影響到SWAT模型下一步分析。河套地區DEM圖參見圖3。
②土地利用數據
SWAT模型模擬會根據土地利用類型劃分水文響應單元，並且流域內不同的土地利用類型的分布會對非點源汙染物的來源和遷移產生顯著的影響，因此不同的土地類型對模型過程中作用重大。模型模擬之間需要建立土地利用類型資料庫，根據不同的土地利用分類輸入到資料庫中。在獲得土地利用類型分布圖後，需要對原有的土地類型進行重分類過程，因為SWAT模型中所使用的分類原則與我國現有的土地類型劃分原則不同。因此，在將土地利用類型圖輸入在SWAT模型之前，需要把SWAT模型按照規定分類重分類，方便SWAT模型模擬時可以直接從土地利用類型資料庫中獲取相關數據。
根據河套地區土地利用二級分類共21種，分別為：旱地、有林地、高覆蓋度草地、河渠湖泊、城鎮用地、裸巖石礫地等，具體分類情況和各類型土地面積比例見下表。根據SWAT模型土地利用類型劃分為以下6種類型：耕地(AGRL)、林地(FRSD)、草地(PAST)、水域(WATR)、城鄉工礦居民用地(URML)和未利用土地(SWRN)。重分類後整理和統計各土地利用類型面積及所佔比例，可以看出，耕地是河套地區主要的土地利用類型，達到40％以上，其次為草地和未利用的土地，剩餘10％左右的土地為林地、水域和城鄉工礦居民用地。河套地區土地利用分布參見圖4。
表4河套地區土地利用類型面積分類
③土壤數據
SWAT模型需要輸入的土壤數據主要包括土壤類型和土壤的理化性質兩個方面。土壤類型在ArcGIS中以GRID格式直接輸入，土壤各項理化性質需要資料收集和計算得到。土壤屬性不僅對土壤水下滲和蒸發起著重要作用，並且不同的土壤屬性對氮、磷等營養元素的遷移轉化有著重要影響，為了後續更準確研究氮、磷非點源汙染，需要將以下參數輸入到在SWAT模型的usersoil資料庫中。
表2土壤資料庫的建立
將所有土壤參數匯總成標準格式，製作成土壤理化參數數據表，將土壤參數表輸入到SWAT模型中，就完成SWAT模型土壤資料庫的建立。
表5 SWAT模型土壤物理屬性輸入參數
④氣象數據
SWAT模型氣象資料庫主要包括降水數據、最高和最低溫度數據、風速、輻射數據等。這些數據來源可以是當地氣象站點多年實測數據，也可以是氣象站點實測數據與天氣發生器生成數據結合，在實測數據不完整和部分缺失時，是輸入氣象數據的常用方法。氣象數據來源河套地區內及周邊地區13個氣象站點，時間選擇1970-2011年。
SWAT模型內嵌的天氣發生器利用數理統計原理，通過氣象資料(如氣溫和降水等的平均值、標準偏差等)的統計學規律來模擬氣象條件變化過程。由於SWAT模型需要多項長時間序列的逐日氣象數據，當研究區內部分資料難以獲得或缺失時，可以利用天氣發生器彌補氣象數據缺失進行模擬。天氣發生器需要計算的參數較多，主要包括月平均最高和最低氣溫、最高和最低氣溫標準偏差、月均降雨量等。天氣發生器具體需要的各項參數以及計算公式如下表所示：
表3天氣發生器各參數計算公式統計表
氣象資料資料庫由1970-2011年的日最高氣溫、日最低氣溫、日降水量、相對溼度和風速構成，經過計算後得到天氣發生器各項參數數值，具體各氣候要素統計參數如表所示。
表6 1970-2011年氣候要素均值及標準偏差統計參數
⑤劃分子流域
在模型運行開始前，首先需要將整個研究區域劃分為模型所需要的較小的空間單元，一般劃分步驟為流域-子流域-水文響應單元，水文響應單元是水文模型模擬的基礎。研究區域根據DEM生成子流域，再根據每個子流域上不同土壤類型、土地利用類型以及不同坡度進一步劃分水文響應單元，將流域被劃分成土壤類型和土地利用類型一致的水文響應單元。
SWAT模型通過DEM提取河網，確定水流方向和匯水範圍，模型通過DEM識別的子流域出口，可能會由於DEM精度問題導致出口與現實中的出口不能完全一致，因此，根據研究的需要可以進行人工添加出口點，方便模擬結果的獲取和模型參數的驗證。
根據河套地區30米解析度DEM將研究區劃分為28個具有相應河流水系的子流域，然後通過土地利用GRID圖和土壤類型GRID圖在SWAT模型中疊加分析，最終確定土地利用類型面積閾值為15％，土壤類型面積閾值為20％，坡度閾值為15％，劃分出134個水文相應單元(HRU)。通過這三個閾值的設定，可以消除子流域中較小比重的土地利用類型、土壤和低洼地，控制了水文響應單元的生成數量，提高了模型運行效率。河套地區子流域劃分結果參見圖5。
2)模型校準和驗證
①確定模型評價指標
選取相對誤差(Re)、決定係數(R2)和Nash-Suttcliffe效率係數(Ens)三個指標用於評價模型的適用性。根據模擬標準，模擬結果與實測值誤差應小於20％，決定係數R2大於0.6且Ens大於0.5，當模擬結果滿足以上條件時，模擬結果才可以進行使用。
③參數敏感性分析
SWAT模型在水文模擬、泥沙量和非點源汙染模擬中需要計算大量的參數，而絕大多數參數是無法通過實際調查而獲取。因此在SWAT模型本身對各項參數都設置了一個初始值，這些參數的初始值不能與每一個研究區域都很好的吻合，因此需要針對不同地區對各項參數進行調整。由於模型本身原理複雜，需要計算的參數較多，無法做到對每一個參數都進行仔細調整。因此在調節參數之前需要進行敏感性分析，敏感性分析是評估各項參數對模擬結果的影響程度，優先選擇影響程度大的參數進行調整。所以SWAT模型敏感性分析，是模型調參和校驗的前提和基礎工作。根據敏感性分析結果優先選擇需要調節的參數，有助於對模型準確性的提高。根據模擬結果進行敏感性分析後，從SWAT模型中眾多參數中篩選以下敏感性較高參數，優先進行參數率定。
根據敏感性分析後得到了河套地區SWAT模型模擬過程中最敏感的10個參數，在接下來的調參過程中以優點調節這個10個參數為主，利用SWAT-CUP進行調參過程，選擇以這10個參數為主要調節參數以及每個參數變化的範圍進行校準，調節參數在允許變化的範圍內任意取值進行參數的優化，每次優化後的參數自動調用SWAT模型後進行模擬，直至參數達到合理值。參數調節過程結束後，計算各項評價指標，分析SWAT模型是否適用於河套地區。
表7敏感性分析參數排序
④模型校準
基於上述步驟，對模型進行校準和驗證。
研究時間根據已有的氣象站點數據，選擇為1970-2010年。由於模型在運行初期，有許多參數例如土壤含水量的初始值為零，這對模型模擬的最終結果有較大影響，所以在模型運行前，需要將模型設置一個時間作為模型運行的初始期，等初始期結束後，模型運行正常後才正式開始模擬過程。故選擇1970和1971年作為模型的初始期，再根據時間劃分率定期和驗證期，率定期選擇為1972-1980年，驗證期選擇為1981-1990年。模型實測數據採用河套地區內永濟渠的月徑流量實測數據。通過對參數的調整，使得模擬準確性提高，模擬結果達到評價標準，河套地區月徑流量率定期和驗證期的模擬結果和實測值對比圖參見圖6和圖7，各評價指標值見表7。
表8河套地區月徑流量模擬評價指標
可以看出，河套地區的模擬月徑流量和實測月徑流量的變化趨勢基本一致，模擬結果基本準確，從表中各項評價指標的結果反映出模擬的結果較好，與實測值接近，達到了模型的評價標準，SWAT模型在河套地區的適用性較好，可以使用SWAT模型進行長時間序列模擬。
步驟三，總氮、總磷計算
根據SWAT模型對非點源汙染的遷移轉化過程和原理，可以對非點源汙染物進行模擬，模擬的對象主要是氮元素和磷元素負荷量，由於SWAT模型在對河道總氮和總磷進行模擬時，將氮和磷分成不同形態進行循環轉化，模擬得到的是各種形態的氮和磷的負荷，總氮和總磷負荷量採用下公式進行計算：
TN＝ORGN_OUT+NO3_OUT+NH4_OUT+NO2_OUT (8)
式中：TN為總氮負荷；ORGN_OUT為有機氮負荷；NO3_OUT為硝態氮負荷；NH4_OUT為氨態氮負荷；NO2_OUT為亞硝態氮負荷。
TP＝ORGP_OUT+MINP_OUT (9)
式中：TP為總磷負荷；ORGP_OUT為有機磷負荷；MINP_OUT為礦物磷負荷。
本發明該方法在分析研究區灌溉和排水系統的基礎上，通過收集整理DEM、土壤、氣象、土地利用等多項資料並進行格式化處理，完成SWAT模型的構建，結合研究區內水文站點多年實測徑流數據對模型進行校驗，最後根據SWAT模型對非點源汙染的遷移轉化過程和原理，計算湖泊總氮、總磷汙染負荷。上述結論說明利用本發明提出的方法能夠較準確地分析灌溉系統發達區湖泊氮磷汙染負荷的變化規律，可為下一步的管理措施制定提供輔助支撐，可應用於實際的項目分析中。
以上對本發明所提供的一種灌溉系統發達區湖泊氮磷汙染負荷模擬方法進行了詳盡介紹，本文中應用了具體個例對本發明的原理及實施方式進行了闡述，以上實施例的說明只是用於幫助理解本發明的方法及其核心思想；同時，對於本領域的一般技術人員，依據本發明的思想，在具體實施方式及應用範圍上均會有改變之處，對本發明的變更和改進將是可能的，而不會超出附加權利要求所規定的構思和範圍，綜上所述，本說明書內容不應理解為對本發明的限制。