張曉晗, 萬(wàn) 甜, 程 文, 王 蘭, 任杰輝

(西安理工大學(xué) 西北旱區(qū)生態(tài)水利工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室培育基地, 陜西 西安 710048)

隨著社會(huì)、經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，人類活動(dòng)的日益增加，中國(guó)水環(huán)境污染愈加嚴(yán)重，嚴(yán)重威脅人類的身體健康。水環(huán)境污染分為點(diǎn)源污染和非點(diǎn)源污染(面源污染)[1]，其中通過(guò)污水管網(wǎng)直接進(jìn)入水體的污染物即點(diǎn)源污染，近幾年來(lái)已得到有效控制；除此之外其他一切污染物形式均屬于非點(diǎn)源污染，因其具有廣泛性、隨機(jī)性、滯后性等特點(diǎn)[2,3]，使得非點(diǎn)源污染更難以控制。研究表明，在一些流域內(nèi)，非點(diǎn)源污染已經(jīng)超過(guò)點(diǎn)源污染，成為導(dǎo)致水環(huán)境質(zhì)量下降的主要原因，非點(diǎn)源污染越來(lái)越受到重視，越來(lái)越多的國(guó)家開始關(guān)心非點(diǎn)源污染在水質(zhì)惡化中所扮演的角色。關(guān)于非點(diǎn)源污染，國(guó)內(nèi)外學(xué)者試圖利用數(shù)學(xué)模型研究這一問題。從1966年出現(xiàn)的STANFORD流域規(guī)劃水文模型到美國(guó)農(nóng)業(yè)部開發(fā)的CREAMS模型以及由CREAMS模型演變出GLEAMS模型以及EPIC模型等奠定了非點(diǎn)源污染模型的3大模塊：水文、侵蝕以及污染物遷移，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、遙感技術(shù)和地理信息系統(tǒng)的突飛猛進(jìn)，非點(diǎn)源模型功能日益強(qiáng)大，模型向人工智能、可視化等方向發(fā)展，其中包括SWMM模型[4]、L-THIA模型[5]、AnnAGNPS模型[6]、SWAT模型[7]等。王蓉等[4]利用SWMM模型模擬快速城市化地區(qū)的暴雨徑流過(guò)程和非點(diǎn)源污染負(fù)荷，對(duì)該流域后續(xù)非點(diǎn)源污染控制提供依據(jù)；李凱等[5]利用L-THIA模型模擬番禺市橋河流域的非點(diǎn)源氮磷負(fù)荷量，在資料較為匱乏的情況下取得了滿意的成果；李家科等[6]利用AnnAGNPS模型對(duì)黑河流域的非點(diǎn)源進(jìn)行污染模擬，表明該模型在西北半干旱地區(qū)典型流域的長(zhǎng)期模擬具有良好的適用性；秦耀民等[7]利用SWAT模型探討了黑河流域不同土地利用與非點(diǎn)源污染的關(guān)系，研究土地變化對(duì)黑河流域非點(diǎn)源污染影響的變化過(guò)程。目前應(yīng)用最廣泛、最具代表性、前景最廣闊的是SWAT模型，是因?yàn)槠湓创a公開，方便模型的二次開發(fā)。近幾年來(lái)，SWAT模型應(yīng)用到我國(guó)黑河流域、灃河流域、汾河流域和渭河流域[8-12]等在內(nèi)的很多流域，取得了良好的模擬效果，說(shuō)明該模型適用于國(guó)內(nèi)流域的非點(diǎn)源模擬。黑河水庫(kù)作為西安市最重要的地表水源地，為該市300萬(wàn)市民提供飲用水。西安地區(qū)黑河供水系統(tǒng)的建設(shè)，一定程度上緩解了西安市中心的水荒問題，但西安市的供水前景不容樂觀。黑河水庫(kù)水源處于秦嶺北麓深山區(qū)，居民以農(nóng)耕業(yè)為主，農(nóng)耕活動(dòng)是非點(diǎn)源污染的主要來(lái)源。為此。本研究以黑河水庫(kù)控制的上游區(qū)域作為研究區(qū)域，在空間數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)的支撐下，構(gòu)建SWAT模型，分析研究區(qū)域的徑流深、泥沙、營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)(氮、磷)的時(shí)空分布特征，并且設(shè)置不同的土地利用情景，為黑河水庫(kù)水質(zhì)的改善提供初步的污染控制措施建議。

1 研究區(qū)概況

黑河水庫(kù)位于陜西省西安市周至縣境內(nèi)(34°02′—34°03′N，108°12′—108°11′E)，水庫(kù)流域總面積為1 481 km2，總庫(kù)容2.0×108m3，日均供水能力7.60×109t，是目前西安市最主要的地表水水源。黑河水庫(kù)上游流域位于秦嶺北麓，屬暖溫帶半干旱、半濕潤(rùn)大陸性季風(fēng)氣候區(qū)，四季分明，多年平均氣溫為13.2 ℃，流域徑流形成主要依靠降雨，整體趨勢(shì)是由南向北遞減，多年平均降水量為674.3 mm，降雨集中在6—10月，占全年降水量的67.4%～78.2%，流域內(nèi)山高坡陡，水土極易流失，污染源包括土壤侵蝕、流失污染等。

2 數(shù)據(jù)來(lái)源及研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來(lái)源及方法

SWAT模型成功運(yùn)行源于基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)的構(gòu)建，包括空間數(shù)據(jù)和氣象數(shù)據(jù)?？臻g數(shù)據(jù)包括數(shù)字高程圖(DEM)、土地利用圖、土壤類型圖[12]；另一類是屬性數(shù)據(jù)，包括氣象數(shù)據(jù)、水文數(shù)據(jù)、水質(zhì)數(shù)據(jù)、土壤數(shù)據(jù)、土地管理數(shù)據(jù)、點(diǎn)源污染負(fù)荷[13]。表1為模型數(shù)據(jù)庫(kù)所用的空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)。

表1 模型所需的空間數(shù)據(jù)及屬性數(shù)據(jù)

2.2 子流域及水文響應(yīng)單元的劃分

子流域的劃分是SWAT模擬的第一步，對(duì)模擬結(jié)果有重要影響?；贒EM對(duì)流域水系進(jìn)行提取，隨后設(shè)定河道閾值面積和流域出口，進(jìn)行子流域的劃分。本研究在劃分子流域時(shí)，采用模型推薦的閾值，將劃分閾值定為3 000 hm2，黑河水庫(kù)作為流域總出口位于1#子區(qū)域，將研究區(qū)共劃分為31個(gè)子區(qū)域。圖1為黑河流域子區(qū)域劃分圖，依據(jù)子流域輸出報(bào)表，將土地利用閾值和土壤類型閾值、坡度閾值分別設(shè)定為5%,5%,5%，據(jù)此將流域上游共劃分為633個(gè)水文響應(yīng)單元(HRUs)。

2.3 模型率定和驗(yàn)證

分析黑河水庫(kù)的水文、水質(zhì)數(shù)據(jù)，其中2002—2008年為黑河水庫(kù)代表水文年，2003年為豐水年，2008年為平水年，2006年為枯水年；利用流域內(nèi)2002—2008年實(shí)測(cè)的黑峪口水文站的徑流、泥沙、總氮和總磷資料，對(duì)SWAT模型進(jìn)行參數(shù)率定和驗(yàn)證，以2002—2005年作為率定期，2006—2008年作為驗(yàn)證期。首先對(duì)模型進(jìn)行敏感性分析，采用LH-OAT敏感性分析的方法選擇最敏感參數(shù)，敏感性分析結(jié)束后對(duì)2002—2005年模型參數(shù)進(jìn)行率定，率定結(jié)束后對(duì)2006—2008年模型參數(shù)進(jìn)行驗(yàn)證。采用模型中SCU-UA算法對(duì)模擬值和實(shí)測(cè)值進(jìn)行率定和驗(yàn)證，當(dāng)率定和驗(yàn)證期模擬值和實(shí)測(cè)值的相對(duì)誤差r<20%，相關(guān)系數(shù)R2>0.6，效率系數(shù)NS>0.5，說(shuō)明兩者吻合較好，滿足要求。表2為SWAT模型徑流、泥沙和總氮、總磷率定和驗(yàn)證結(jié)果，驗(yàn)證結(jié)果表明，雖然模擬值與實(shí)測(cè)值存在一定的誤差，但整體擬合良好，對(duì)黑河水庫(kù)上游流域具有較好的適用性。

圖1 黑河流域子流域劃分

模擬期徑流r/%R2NS泥沙r/%R2NS總磷r/%R2NS總氮r/%R2NS率定期17.740.740.75-8.900.720.81-7.750.640.6917.380.690.69驗(yàn)證期2.900.700.68-17.30.730.7512.040.710.77-11.820.670.76

注：r，R2，NS分別為相對(duì)誤差、相關(guān)系數(shù)和效率系數(shù)。

3 非點(diǎn)源污染負(fù)荷時(shí)空分布特征

3.1 非點(diǎn)源污染時(shí)間分布特征

利用SWAT模型，以黑河流域2002—2008年監(jiān)測(cè)的降雨量作為基礎(chǔ)資料，分析年際降雨量和年內(nèi)降雨量與泥沙、非點(diǎn)源污染物質(zhì)產(chǎn)出時(shí)間分布特征。圖2為2002—2008年年降雨量、泥沙、總氮、總磷變化趨勢(shì)圖。由圖2可知： ①流域內(nèi)年降雨量551.8～1 014.3 mm，平均值為775.0 mm，年際變化大，并且大部分降雨集中在汛期6—10月，汛期降雨量占到全年的75%；泥沙量19 620～158 200 t，平均值為64 070 t，汛期泥沙量占到全年的74.23%；流域內(nèi)總氮量12 429～104 193 kg，平均值為36 753 kg，汛期總氮量占全年的72.58%；流域內(nèi)總磷量12 637～95 160 kg，平均值為34 282 kg，汛期總磷量占全年的69.15%； ②泥沙和非點(diǎn)源物質(zhì)的產(chǎn)出與降雨量的時(shí)間分布趨勢(shì)具有一致性，降雨量大，污染負(fù)荷量大，降雨量小，污染負(fù)荷量也??；流域年際降水變化較大，降雨量最大與最小比值為1.83，流域內(nèi)泥沙、總氮、總磷產(chǎn)出隨降雨量也發(fā)生變化，泥沙、總氮、總磷最大與最小比值分別為8.06，8.38，7.53； ③污染負(fù)荷的產(chǎn)出與降雨量年內(nèi)分配變化一致，比較2003與2005年污染負(fù)荷，2003與2005年的降雨量差別不大，分別為1 014.3，976 mm，2003年為2005年的1.04倍，2003年與2005年泥沙量分別為158 200，91 770 t，總氮量分別為104 193，52 480 kg，總磷量分別為95 160，40 386 kg，比較可知2003年的泥沙量和非點(diǎn)源負(fù)荷要遠(yuǎn)大于2005年，比值分別為1.72，1.99和2.36，這是因?yàn)?003年降雨主要集中在8—9月，年內(nèi)降雨量分布差別較大，2005年年內(nèi)降雨量分布較為均勻，可見降雨量的時(shí)間分布會(huì)對(duì)污染負(fù)荷的產(chǎn)出有很大的影響； ④由于土壤侵蝕一般發(fā)生在降雨期間，徑流與泥沙攜帶總氮、總磷污染物負(fù)荷，年內(nèi)降雨量分配不均勻，3月出現(xiàn)第一個(gè)峰點(diǎn)，對(duì)應(yīng)流域內(nèi)的春汛，降雨主要集中在汛期6—10月，泥沙、氮磷負(fù)荷也是集中在汛期，汛期產(chǎn)量占年產(chǎn)量分別為74.23%，72.58%和69.15%，與年內(nèi)統(tǒng)計(jì)量一致。降雨影響非點(diǎn)源污染負(fù)荷的產(chǎn)出，主要因?yàn)榻涤辍獜搅魇悄Ｐ退难h(huán)的重要部分，污染物氮磷大部分是隨降雨、泥沙過(guò)程產(chǎn)生，主要集中在降雨量大的部分，汛期會(huì)發(fā)生大型暴雨，暴雨產(chǎn)生的地表徑流和輸沙過(guò)程，會(huì)攜帶大量的污染負(fù)荷，形成主要的非點(diǎn)源污染；此外，相關(guān)研究表明，模型對(duì)徑流大的區(qū)域模型效果會(huì)更好，當(dāng)降雨量很小，徑流產(chǎn)出小，模型不會(huì)輸出非點(diǎn)源污染負(fù)荷。

圖2 黑河流域2000-2008年降雨量、泥沙、總氮、總磷變化趨勢(shì)

3.2 非點(diǎn)源污染空間分布特征

非點(diǎn)源污染負(fù)荷的空間分布性與研究區(qū)域的降雨量、土地利用、土壤利用以及地形有關(guān)，通過(guò)與GIS結(jié)合，可以表達(dá)出空間上非點(diǎn)源的分布特性。根據(jù)流域內(nèi)2002—2008年降雨分布特征，篩選每個(gè)子流域內(nèi)的降雨量，利用ArcGIS進(jìn)行插值，得到年降雨量空間分布情況(圖3)。流域內(nèi)各子流域年降雨量在531 mm以上，最高的區(qū)域高達(dá)752.3 mm，整體趨勢(shì)是由南向北(山區(qū)區(qū)域向平原區(qū)域)遞減，水庫(kù)下游流域降雨量最低，上游流域降雨量最高，說(shuō)明降雨量與下墊面、地形以及人類活動(dòng)密切相關(guān)。下游受人類活動(dòng)影響，主要為裸巖和灌木，植被覆蓋率低，生態(tài)環(huán)境較差，蒸發(fā)量小，空氣濕度小，降雨量??；上游流域幾乎無(wú)人類活動(dòng)，山地植被覆蓋率高，以林地為主，蒸發(fā)量大，降雨量也大。在流域范圍內(nèi)，采用黑峪口水文站年徑流數(shù)據(jù)進(jìn)行SWAT徑流模擬，得到年均徑流深空間分布圖(圖3)。

流域內(nèi)年均徑流深在182.27～406.36 mm，整體趨勢(shì)是由南向北遞減，降雨是徑流形成的首要環(huán)節(jié)，降雨量大的區(qū)域徑流深也相應(yīng)增大，降雨量小的區(qū)域徑流深也相應(yīng)減小，降雨與徑流深呈現(xiàn)一定正相關(guān)關(guān)系。上游流域降雨量及坡度大，故徑流深也大；下游區(qū)域(1，2，3，5)徑流深增加，主要是因?yàn)橹Я魍跫液?、陳家河的匯入增大了干流流量，加上下游區(qū)域受人類活動(dòng)影響較大，多為荒地，蒸發(fā)量小，形成徑流深較大從而使得下游區(qū)域徑流深增加；上游流域徑流深略小于下游流域，不僅與降雨量有關(guān)，而且與下墊面等自然地理因素相關(guān)，上游多為林地，蒸發(fā)量大；土壤為棕壤性土與粗骨土，降雨易形成下滲，因此上游流域徑流深略小于下游流域。

圖3 黑河流域年均降雨量、徑流深分布

泥沙不僅是重要的非點(diǎn)源污染物質(zhì)，而且也是氮磷輸出的重要載體，根據(jù)水文年鑒及其參考資料，黑河泥沙含量一般較少，年際和年內(nèi)變化較大，河水多年平均含沙量為0.387 kg/m3；SWAT模型河道中泥沙主要來(lái)自HRUs和河道中的沖刷，根據(jù)每個(gè)子流域的泥沙負(fù)荷，利用ArcGIS工具空間插值，得到年均泥沙負(fù)荷分布圖(圖4)。流域內(nèi)單位泥沙負(fù)荷差別較大，最高的子流域高達(dá)2.48 t/hm2，最低的子流域?yàn)?.11 t/hm2。泥沙分布是從南向北(高山區(qū)向平原區(qū))遞增，泥沙分布不僅與降雨量相關(guān)，也與其下墊面條件相關(guān)，中、高山區(qū)，植被覆蓋率高，生態(tài)環(huán)境良好，林地與草地植物的葉、枝、莖可消減降雨動(dòng)能，截留降雨量，植物根系可提高土壤抗沖刷能力，加之枯枝落葉形成的腐殖質(zhì)有截沙作用，雖然區(qū)域坡度較高，但單位泥沙負(fù)荷較??；下游區(qū)域，隨高度遞減，植被覆蓋率也呈遞減趨勢(shì)，泥沙的侵蝕也逐漸加深，主要是因?yàn)橄掠问歉貐^(qū)域，且下游林地受人類活動(dòng)影響，出現(xiàn)裸巖和草本灌木為主的荒土地，加大了侵蝕，從區(qū)域?qū)?yīng)行政區(qū)域看，泥沙的產(chǎn)出主要集中在下游的雙廟子鄉(xiāng)、王家河鄉(xiāng)和陳河鄉(xiāng)。

根據(jù)圖4中的流域年均有機(jī)氮、有機(jī)磷負(fù)荷分布圖可知，有機(jī)氮、有機(jī)磷最小負(fù)荷均為0.011 kg/hm2，有機(jī)氮最大為0.637 kg/hm2，有機(jī)磷負(fù)荷最大為1.341 kg/hm2，非點(diǎn)源負(fù)荷的輸出與泥沙具有很高的一致性，從南向北(高山向平原區(qū))遞增，主要是因?yàn)槟嗌硵y帶營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，附著在土壤上的有機(jī)氮、有機(jī)磷以及無(wú)機(jī)磷通過(guò)地表徑流遷移到河道，使非點(diǎn)源污染負(fù)荷集中在下游區(qū)域。上游為厚畛子鎮(zhèn)，位于高山區(qū)，林地覆蓋率高達(dá)70%，此處非點(diǎn)源負(fù)荷背景值較高，非點(diǎn)源負(fù)荷有一定輸出但比較??；中游分布著國(guó)有林和集體林，由于存在著過(guò)量砍伐，導(dǎo)致森林面積日趨減少，出現(xiàn)裸巖和以草本灌木為主的荒土地，且土壤是棕壤性土與粗骨土，該類土壤跑水跑肥易水土流失，故比上游區(qū)域非點(diǎn)源負(fù)荷有一定程度的增加；下游區(qū)域坡度平緩，植被覆蓋度低，受到居民的影響，開發(fā)強(qiáng)度大，耕地多分布在此區(qū)域，坡耕地水土流失劇烈，土壤中的氮、磷隨水土流失進(jìn)入河道，是流域內(nèi)受到生態(tài)破壞最為嚴(yán)重的區(qū)域，且流域土壤表層粒徑大部分分布在黏粒粒徑的范圍內(nèi)，土壤中的有機(jī)氮、有機(jī)磷主要吸附在在黏粒上，加大了有機(jī)氮、磷的輸出。有機(jī)磷負(fù)荷比有機(jī)氮負(fù)荷大，是因?yàn)榱饔騼?nèi)磷背景值較大，為12.44～18.08 mg/kg，有機(jī)氮負(fù)荷為6.20～10.34 mg/kg，且流域內(nèi)磷肥使用量大于氮肥使用量。

圖4 黑河流域年均泥沙、有機(jī)氮、有機(jī)磷負(fù)荷分布

3.3 不同土地利用下非點(diǎn)源污染狀況

泥沙、有機(jī)氮、有機(jī)磷的產(chǎn)出與土地利用類型密切相關(guān)，而不同的土地利用類型又與土壤類型和坡度分布有關(guān)[14]，統(tǒng)計(jì)出黑河流域不同土地利用類型下年污染貢獻(xiàn)量，結(jié)果詳見表3。

由表3可知。不同土地利用類型單位面積的非點(diǎn)源污染產(chǎn)出率不同。單位面積泥沙產(chǎn)量順序依次為：耕地>農(nóng)村居民點(diǎn)>中覆蓋度草地>灌木林>高覆蓋度草地>林地，泥沙負(fù)荷最大為耕地1.53 t/hm2，最小為林地0.26 t/hm2；單位面積有機(jī)氮產(chǎn)量順序依次為：耕地>農(nóng)村居民點(diǎn)>中覆蓋度草地>高覆蓋度草地>灌木林>林地，有機(jī)氮負(fù)荷最大為耕地0.61 kg/h，最小為林地0.04 kg/h；單位面積有機(jī)磷產(chǎn)量順序依次為:耕地>農(nóng)村居民點(diǎn)>高覆蓋度草地>中覆蓋度草地>灌木林>林地，有機(jī)磷負(fù)荷最大為耕地1.16 kg/h，最小為林地0.09 kg/h。研究表明[14-15]，耕地面積與污染負(fù)荷成正相關(guān)，耕地面積增大，單位面積污染負(fù)荷也增加，耕地面積減小，單位面積污染負(fù)荷也減小。這是因?yàn)楦厥苋祟愞r(nóng)業(yè)活動(dòng)和施肥影響，耕地施肥引起的污染是非點(diǎn)源污染的主要來(lái)源；黑河流域地廣人稀，主要依靠“廣種薄收”，為提高農(nóng)作物產(chǎn)量，大量施用化肥，部分未利用化肥隨徑流遷移，部分滲入土壤，隨時(shí)間流逝，耕地區(qū)的氮磷負(fù)荷不斷增高。

表3 黑河流域不同土地利用類型年污染貢獻(xiàn)量

3.4 非點(diǎn)源污染控制情景模擬

黑河水庫(kù)上游流域的非點(diǎn)源污染主要來(lái)自耕地和林地，林地單位面積污染負(fù)荷居于最末，但面積最大，占流域的51.66%，所以年均總負(fù)荷也大；耕地雖然占比較小，但單位面積負(fù)荷和年均總負(fù)荷均居于首位，因此，控制來(lái)自耕地的非點(diǎn)源污染物，是減少流域內(nèi)非點(diǎn)源污染總量的最可行和有效途徑。為響應(yīng)國(guó)家水源地保護(hù)政策，實(shí)行“退耕還林”、“退耕還草”的政策，設(shè)置如下兩種情景，與基準(zhǔn)境況對(duì)比(在實(shí)際調(diào)研中發(fā)現(xiàn)，流域內(nèi)約有20%的耕地適合退耕還林、還草。模擬過(guò)程中，將此部分耕地類型進(jìn)行了適當(dāng)調(diào)整)。

①情景1。林地單位面積的有機(jī)氮、有機(jī)磷污染負(fù)荷最小，將坡度≥15°的下游耕地面積分別減少與增加20%，設(shè)置為林地，其他土地利用面積保持不變；②情景2：高覆蓋草地，中覆蓋草地、灌木林單位面積污染負(fù)荷差別不大，灌木林單位面積污染負(fù)荷相對(duì)較小，將坡度≥15°的下游耕地面積分別減少與增加20%，設(shè)置為灌木林，其他土地利用面積不變。由表4可知，流域內(nèi)耕地主要位于下游區(qū)域與沿河岸區(qū)域，把土地利用由耕地設(shè)置為林地和灌木林，可以顯著改變流域污染物負(fù)荷的產(chǎn)出，植被覆蓋度增加，可以顯著減少泥沙、有機(jī)氮、有機(jī)磷的產(chǎn)出，植被覆蓋度減少，泥沙、非點(diǎn)源污染負(fù)荷顯著增加。耕地在同樣減少20%的情況下，情景1污染負(fù)荷輸出小于情景2污染負(fù)荷輸出，因林地其郁閉度高，林地枯落物及地面的草本植物可截留降水、增加地表粗糙度削減產(chǎn)沙，而灌木林為高度2 m以下的矮林地和灌叢林地，比較而言，林地產(chǎn)生徑流較小，徑流攜帶泥沙少，相應(yīng)的氮磷污染負(fù)荷產(chǎn)出也減少。余新曉等[17]研究蔡家川流域降水及林分因子對(duì)坡地降雨產(chǎn)流產(chǎn)沙的影響，刺槐和油松林場(chǎng)降雨產(chǎn)流、產(chǎn)沙量與降雨量和降雨強(qiáng)度有較好的相關(guān)性，但相關(guān)性隨著林分郁閉度的增大而減小，這與本研究結(jié)論一致。

表4 黑河流域情景1和情景2下污染負(fù)荷年均總量與變化率

4 結(jié) 論

(1) 非點(diǎn)源污染與降雨量呈正相關(guān)關(guān)系，降雨量增加，泥沙、非點(diǎn)源的產(chǎn)出也增大，非點(diǎn)源污染年內(nèi)的產(chǎn)出主要在集中在汛期(6—10月)，泥沙、氮磷的產(chǎn)出分別占到全年的74.23%,72.58%,69.15%；降雨量越大，地表徑流相應(yīng)增大，攜帶的泥沙量也越大，隨著大量水流和泥沙，必然同時(shí)攜帶著大量的非點(diǎn)源污染物，這符合非點(diǎn)源污染物的產(chǎn)生規(guī)律：非點(diǎn)源污染是伴隨降雨徑流過(guò)程產(chǎn)生的。

(2) 流域內(nèi)降雨量分布是從南向北、從山區(qū)向平原區(qū)遞減；徑流深分布與降雨量呈正相關(guān)，上游區(qū)域降雨量及坡度大，徑流深也較大，下游區(qū)域，受人類影響，多為荒地，蒸發(fā)量小，再加上支流的匯入，徑流深增加；泥沙分布是從高山區(qū)向平原區(qū)遞增，是降雨與下墊面共同作用下的結(jié)果，上游生態(tài)環(huán)境好，泥沙侵蝕小，下游受人類活動(dòng)影響，侵蝕較嚴(yán)重，侵蝕較嚴(yán)重的行政區(qū)域是雙廟子鄉(xiāng)、陳河鄉(xiāng)和王家河鄉(xiāng)；總氮、總磷的空間分布與泥沙具有很高的一致性，主要是因?yàn)榈棕?fù)荷隨泥沙遷移。

(3) 不同土地利用類型單位面積的非點(diǎn)源污染產(chǎn)出率不盡相同。單位面積泥沙產(chǎn)量順序依次為:耕地>農(nóng)村居民點(diǎn)>中覆蓋度草地>灌木林>高覆蓋度草地>林地，單位面積有機(jī)氮產(chǎn)量順序依次為：耕地>農(nóng)村居民點(diǎn)>中覆蓋度草地>高覆蓋度草地>灌木林>林地，單位面積有機(jī)磷產(chǎn)量順序依次為:耕地>農(nóng)村居民點(diǎn)>高覆蓋度草地>中覆蓋度草地>灌木林>林地。耕地面積與污染負(fù)荷成正相關(guān)，由耕地施肥引起的污染是非點(diǎn)源污染的主要來(lái)源。

(4) 設(shè)置兩種不同的情景模式，耕地減少，污染負(fù)荷顯著減少，耕地增加，污染負(fù)荷明顯增加；耕地轉(zhuǎn)換為林地，效果優(yōu)于耕地轉(zhuǎn)換為灌木林；在黑河水庫(kù)內(nèi)實(shí)行“退耕還林”、“退耕還草”的政策，可以顯著改變流域污染物負(fù)荷的產(chǎn)出。