基于浓度与流量突变的河流总磷通量估算

为进一步加深对流量与水质浓度突变特征的理解,探究浓度与流量突变点对通量模拟的影响,本研究基于Mann-Kendall突变检验法以及贝叶斯突变点模型,对潮河流域20多年来(1992—2014年)的径流量、总磷(TP)浓度以及二者之间关系进行突变分析,并结合LOADEST模型估算TP通量。结果表明:潮河流域径流、TP浓度整体均呈下降趋势,径流突变点发生于1998年,突变前后的平均流量分别为7.92 m^(3)·s^(-1)和2.86 m^(3)·s^(-1);TP浓度突变点发生于1993年和1996年,1992—1993年、1994—1996年和1997—2014年平均浓度分别为0.08、0.06 mg·L^(-1)和0.03 mg·L^(-1)。TP浓度-流量关系在2004年12月前后发生突变,前后两个阶段的流量阈值分别为2.36 m^(3)·s^(-1)和9.08 m^(3)·s^(-1)。突变点前,TP浓度与流量的关系是典型的流量驱动模式;突变点后二者关系会在高流量情况下转变为稀释主导模式。基于突变点识别的分段建模有助于改善LOADEST模型的模拟效果,而不同类型突变点各有优势。基于TP浓度突变点的分段模型的整体模拟效果最佳,使纳什系数从0.50提高到0.96;基于浓度-径流关系突变点的模型对关系突变后TP通量的模拟效果最佳,使纳什系数从-0.31提高到0.89。此外本研究讨论了降水及流域管理措施的可能影响。研究表明,进行水质建模及负荷模拟时,考虑水质浓度与流量及其关系的突变可在一定程度上提高模型的适用性。