5、应用案例 5.1流域管理评估 PhosFate模型工具允许编制流域管理措施（BMPs），并可模拟对泥沙和营养盐负荷可能的影响。多种BMP可选方案及方案间的组合能有效降低土壤流失(Campbell et al., 2004)。模型尤其关注农村土地利用管理，包括土地利用方式转变，耕作方法改变，缓冲区和湿地建立等，如通过减少径流和土壤流失为手段的源控制干预措施，减少 耕作方式的改变（例如耕地的方向，保护性耕地，等高条植，耕后覆盖，梯田耕作等）对土壤流失值也有影响。 根据计划好的干预措施，更改土地利用图并运行排放和运移模型后，改良后的水文和负荷降低功效能被模拟出来。 模型还可跟踪河网内的点源排放情况。模型可计算河床和库底的滞留量，因此可以模拟距下游目标（河段或静水）有较远距离的点源的影响。 5.2 评估气候变化情形 因为一些输入数据是气候变量，PhosFate可以被用来开展气候变化影响评价。因为输出的是长时期平均值，模型可以方便地根据预期气候变化修改输入数据，不需对每日或更密时间频率作缩小尺度规模的预报。气候情形可以与预期土地利用发展相关联，创造一个综合的框架，为流域管理预报未来的变化或挑战。 5.3管理技术的设计 为了达到管理（低成本高效地降低土壤流失），不是所有的侵蚀源区域都必须被干预措施涉及，因为不是所有的源区域对泥沙和营养盐负荷都有有效的贡献率。策略受两个目标功能支配（现有固定成本下的负荷降低功率和固定污染限度下的成本效益）。 化过程的目标功能是以的干涉方法（涵盖尽量少的单元）减少输移进入河网的SS总量。或者，反过来讲，怎样在数量的单元内以干预措施实现负荷下降的效益？ 那些成功将总量的侵蚀物送入河网的单元可以被当作理想的源控制目标（本地侵蚀的减少）。然而，其它仅具有有限侵蚀率的单元，也能输移从其直接邻近区域过来的具有相当总量的SS。这些是的输移控制地点，即用来建立滞留区域（多数沿着水流方向）。按照这两个特性排列单元为干预计算构建基础。 这两种干预类型（源控制和输移控制）在计算过程中必须相互协调。如果一个高度侵蚀的单元被干预，其下游相邻单元的相对重要性也就减少。同样，通过安置缓冲区，上游相邻单元的有效贡献也会降低。因此，在每个特定单元实施干预活动后，单元的重要性排序必须被更新。 5.4匈牙利大尺度、有测站流域 PhosFate 系统在匈牙利全境的小流域内，为不同管理计划的水质评估模拟水平衡、土壤侵蚀、磷排放及负荷。4个试点流域被选择出来用于校准和详细分析，这是为在其它无测站流域的后续应用提供参数范围。试点流域出口观测站测量出的排放量、颗粒态磷（PP）和可溶性活性磷（SRP）负荷被用作校准。各参数在终点校正都取得了成功，参数值（与实测值）显示出显著的相似性。 Zala流域是用于校准模型的试点流域之一。不仅在该流域的出口处，在其它3个沿河监测站的排放量，校准的模型输出值与测量值也有很好的一致性。计算得出的主河道内的平均行程时间与基于小型洪峰传播速度的估算值非常接近。 模型的良好性能允许将其扩展应用到校准区以外的流域。除了计算基准值，5个全国管理策略对营养盐负荷和水质也进行了测试。测试显示，土地利用管理策略（曾是BMP的可选措施）自发和统一的应用对于减少侵蚀和富营养化，是一种没有经济和社会效益的方法。在已识别出的“热点”实施干预措施，成本效益可增加2倍，而且，在总侵蚀量显著下降的情况下，影响面积缩小50％。 因此，在具有代表性的有测站区域应用 PhosFate有助于对无测站流域进行高精度的流域管理评估和设计。 5.5阿尔巴尼亚大尺度、无测站流域 阿尔巴尼亚（28 750 km2）是坐落于亚得里亚、爱奥利亚海岸与巴尔干山脉之间的欧洲小国。东部沿海部分是平原，而其余部分是山区。关于该国对整个地中海水文，泥沙及营养负荷贡献率的评估很稀少，其精度也不准确。 PhosFate的任务是用该国高空间分辨率的数据对当时的侵蚀状况作基准评估，并检验设计的干预措施的功效。除此之外，还分析了由数据缺失造成的不确定性。 为了完成侵蚀和泥沙输移评估，建立起了一个符合PhosFate要求的GIS数据库。从不同来源收集到了必要的数字地图和气候数据。除此之外，也从文献中收集了SS负荷数据以及其它侵蚀研究的结果，用来校准模型和执行对比。 对比文献中评估结果，校正了河流长期平均排放。单参数组被用于整个国家。计算好的排放值与监测数据有很好的一致性，与文献中（不是很准确的）评估值的偏差为30%，土壤流失和滞留的参数被校正过，因此计算出的对地中海SS负荷的贡献率与文献中相关数据相吻合。 土壤流失在阿尔巴尼亚整个区域普遍显著，但在位于该国北方、中部和南部的三个小区域特别显著。 与Grazhdani（2006）研究结果相似，在这三个小区域中，土壤流失率高达超过10 t﹒ha-1﹒a-1(吨每公顷每年),甚至损失率超过100 t﹒ha-1﹒a-1的情况也频繁出现。 全国范围内平均土壤流失率为31.5 t﹒ha-1﹒a-1，这一数字大大超过了10 t﹒ha-1﹒a-1的承受极限，但符合Bockheim (1997)报导的平均损失率。 该国总面积中近80%的区域遭受的是可以承受的土壤侵蚀。然而，其余20%的面积是大部分（93%）土壤侵蚀结果的主要原因。 具有土壤流失级别的区域面积最小（其国土面积的8%），然而它制造了总土壤流失量的79%。 尽管该国产生了巨大的土壤流失量（90.5×106t﹒ha-1﹒a-1），但只有大约60×106吨/年的悬浮泥沙通过河流被输移到了海洋中。因此，大约1/3的流失土壤因为输移路径的滞留能力而不能到达海洋。相当多的泥沙截留是通过沉淀造成的，这种沉淀可能发生在地面，当地表径流经过时速度降低（坡度减缓，土地覆盖方式改变）；也可能发生在河流系统，当水流速度因为渠道水文改变而下降（水库、植被生长的渠道、缓水区、以及流经洪泛平原）。 在那些明确土壤流失率计算值高于10 t﹒ha-1﹒a-1的区域，按照其几个干预方式，实施了管理方案分析。除此之外，沿性水道的缓冲区也被评估。 除了综合管理策略的评估，干预程序也被应用。其目标是通过干预措施，使负荷减少量达到全部区域总量的4.5%。干预措施的成效随流域的不同而变化，减少量从50%（Erzeni）到68%（Vjosa）。同样的，该国干预场所的空间分布也并非均匀。大部分的干预措施集中于在3个主要区域中。从全国水平来说，这3个区域是侵蚀及泥沙负荷的热点。 参考文献： Bockheim JG. Proposal to study economic and environmental benefits of reducing soil erosion in Albania. Lａnd Tenure Center, University of Wisconsin, Madison USA; 1997. Borah DK, Bera M. Watershed-scale hydrologic and nonpoint-source pollution models. Review of mathematical bases. Trans ASAE 2003; 46(6):1553–66. Campbell N, D’Arcy B, Frost A, Novotny V, Sansom A. Diffuse Pollution: An Introduction to the Problems and Solutions. London: IWA Publishing; 2004. Fread DL. Flow routing. In: Maidment DR, editor. Handbook of Hydrology. New York: McGraw-Hill; 1993. p. 10.1–10.36. Grazhdani S. Albania, in: Soil Erosion in Europe (eds Boardman J and Poesen J), John Wiley & Sons Ltd, Chichester, UK. 2006. Kovacs AS, Honti M, Clement A. Design of best management practice applications for diffuse phosphorus pollution using interactive GIS. Wat Sci Tech 2008; 57:1727-33. Liu YB, de Smedt F. WetSpa Extension: A GIS-based Hydrologic Model for Flood Prediction and Watershed Management, User Manual. Brussels: Vrije Universiteit Brussel; 2008. Liu ZJ, Weller DE. A Stream Network Model for Integrated Watershed Modeling. Environ Model Assess 2008; 13(2):291-303. Neitsch SL, Arnold JG, Kiniry JR, Williams JR, King KW. Soil and Water Assessment Tool. TWRI Report TR-191. Temple USA: Agricultural Research Service; 2002. Novotny V. Diffuse Pollution and Watershed Management. Hoboken USA: Wiley; 2003. Ritter WF, Shirmohammadi A, editors Agricultural Nonpoint Source Pollution. Boca Raton USA: CRC Press; 2001. Strahler AN. Quantitative analysis of watershed geomorphology. EOS T Am Geophys Un 1957; 8(6): 913–20. Vollenweider RA. Advances in defining critical loading levels for phosphorus in lake eutrophication. Mem Ist Ital Idrobiol 1976; 33:53-83. Vollenweider RA, Kerekes J. Eutrophication of waters. Monitoring, assessment and control. OECD Cooperative programme on monitoring of inlａnd waters (Eutrophication control), Paris: Environment Directorate, OECD; 1982. p. 154. White DW, Smith RA, Price CV, Alexander RB, Robinson KW. A spatial model to aggregate point-source and non-point source water-quality data form large areas. Comput Geosci 1992; 18(8):1055-73.
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