不同水分条件下APEX模型参数的敏感性评价和不确定性分析

【目的】评估不同水分条件下APEX(Agricultural Policy/Environmental eXtender)模型参数的敏感性和不确定性。【方法】基于冬小麦水分控制试验,基于Sobol法、Morris法和FAST法分析了不同水分条件下APEX模型参数的敏感性,探讨了灌溉管理、降水年型及地下水位对模型参数敏感性的影响。【结果】在地下水位为1.25 m的条件下,影响冬小麦生物量、产量及蒸散量的最敏感参数均为RDMX(最大根深度),影响叶面积指数的最敏感的参数为DMLA(最大潜在叶面积指数);当地下水位为5 m时,影响蒸散量、产量和生物量的敏感性参数为PARM38(水分胁迫计算权重系数)和RWPC1(萌发期根系生物量占比)。随着灌水量的增加,RDMX参数敏感性总体降低,而DMLA、DLAI(叶面积生长达到最高点的生育时期)和WA(潜在光能利用率)参数敏感性总体升高。RDMX在干旱年份的敏感性指数高于湿润年份。模型不确定性分析表明,冬小麦生物量、产量和蒸散量观测值均分布在模拟值的5%~95%置信区间内,模拟结果具有较高的可信度。【结论】3种分析方法筛选的最敏感参数具有较好的一致性,但其敏感性在不同灌溉、降水年型或地下水位条件下差异明显,考虑到计算效率和准确性,Morris法更适用于APEX模型的参数敏感性分析。

APEX模型在淮河中上游坡面尺度的适宜性研究

为评价农业政策与环境拓展APEX模型在淮河中上游坡面尺度的适宜性,将其应用于淮河中上游的3个径流小区,在采用傅里叶幅度灵敏度检验扩展法进行灵敏度分析的基础上,利用蒙特卡罗模拟结合多目标函数技术自动校正模型,并使用1982—1986年日径流和产沙数据实测值与模拟值评价模型适宜性。结果表明:湿度条件2下的径流曲线数初始值(CN2)、损耗系数(CNIC)、水土保持措施因子(PEC)以及最大径流率-降雨能量调整因子(APM)对产沙模拟影响较大,CN2和CNIC对地表径流模拟影响较大;在模型校正阶段,径流和产沙日平均模拟值的百分误差绝对值(APE)小于20%,纳希-苏特克利夫有效系数(EF)和R2分别大于0.45和0.55;在模型验证阶段,径流和产沙日平均模拟值的APE小于25%,EF和R2分别大于0.4和0.5。这说明APEX模型适用于淮河中上游坡面尺度,可用于评价该地区不同土地管理措施下的水土流失。

APEX模型在淮河流域中上游的适宜性研究

探讨了APEX（Agricultural Policy／Environmental eXtender）模型在淮河流域中上游的适宜性。将APEX模型用于淮河流域中上游监测资料较匮乏的3个径流小区，用日径流／产沙的实测值和模拟值校正和验证模型，用校正过的模型评价不同土地管理措施的长期水土保持效益（1981～2005）。在模型校正阶段，3个小区日径流量和产沙量的平均百分误差绝对值（APE）小于20％，平均纳希-苏特克利夫有效系数（EF）大于0．6，平均尺。大于0．7；在模型验证阶段，3个小区日径流量和产沙量的平均APE小于12％，平均EF大于0．5，平均R^2大于0．7，APEX模型可模拟出径流、产沙的日变异。在水土保持效益评价结果中，与对照（休闲地）相比，管理措施2（林地-水平沟）的径流量平均减少37％，产沙量平均减少89％，管理措施1（林草混交-水平梯田）的水土保持效益要略低于管理措施2，构建水平沟、水平梯田以及增加地表植被是控制该地区水土流失的有效措施。研究结果表明：APEX模型适应性强，可用于预测和评价淮河流域中上游不同土地管理措施下的水土流失，这为资料匮乏地区研究土壤侵蚀提供了一种新的思路和工具。

APEX模型在南方水稻灌区面源污染研究中的应用前景

由于南方地区特殊的气候条件、地形地貌和农业管理措施,南方水稻灌区污染物迁移过程呈现复杂性。本文在介绍APEX模型的功能特点和应用实例基础上,结合南方水稻灌区氮磷迁移的影响因素分析,探讨了APEX模型在南方灌区面源污染控制研究相关领域的应用前景。

不同空间分辨率数据组合对APEX模型模拟的影响——以金华江流域为例

以浙江省金华江流域为研究区,将DEM(30 m,1 km,10 km)、土地利用(30 m,1 km)、土壤(250 m,1 km)3种不同空间分辨率组合成的12种数据组作为驱动数据,模拟分析不同空间分辨率数据组合对APEX模型模拟结果的影响.结果表明:1)DEM为10 km时,流域的模拟效果相对不理想,30 m,1 km,10 km分辨率模拟的流域面积误差分别为1.2%,9.7%,52.8%;2)12组数据模拟的年平均产量差异不大;3)随着3类数据分辨率的降低,相较于基准数据组的模拟结果,误差呈现明显波动上升趋势.说明数据空间分辨率的变化对APEX产量模拟的影响不大,但DEM分辨率降低会对流域的模拟产生较大影响.

APEX模型在黄旗海流域的适用性研究

以内蒙古自治区黄旗海流域霸王河上游地区为研究区,运用农业政策与环境拓展模型APEX（Agricultural Policy Environmental eXtender）对流域径流和产沙量进行模拟。采用集宁水文站1983-1996年径流和产沙量的实测值对模型进行校准,并用1997-2011年径流和产沙量的实测值验证模型。运用Nash-Suttcliffe系数（Ens）、决定系数（R2）、平均百分误差的绝对值（APE）评价模型在黄旗海流域的适用性。采用Ens〉0.3,R2〉0.5,APE≤25%作为模型适用性评价标准。结果显示校准期Ens在0.43-0.75之间,R2在0.52-0.81之间,APE〈20%,验证期除年产沙量的R2〈0.5,其他评价指标数值都在评价标准内。说明APEX可用于模拟不同气候和土地管理条件下黄旗海流域的水文和水土流失过程,并对研究我国北方农牧交错带水文和生态过程具有潜在的应用价值。

农业政策环境扩展模型在我国农业面源污染研究中的应用

我国的面源污染问题逐渐受到政府和科学界的重视,然而面源污染是一个复杂的系统过程,涉及多种因素和多个过程。面源(NPS)污染模型作为解决面源污染相关问题的研究和管理工具,在进行面源污染总量估算和严重程度评价、污染物流失路径和影响因素分析、治理策略制定等方面都有重要的作用。在我国,虽然针对面源污染模型进行了大量相关研究,既包含对基于国外模型的应用与验证,也包含基于观测数据自主研发的模型,但仍然存在模型应用和验证案例不足、已有的模型应用同中国面源污染特征结合不足、模型发展同面源污染机理研究结合不足等问题,而农业政策环境扩展(APEX)模型在应对这些问题上具有一定的优势。结合我国面源污染模型相关研究存在的问题、APEX模型模块和研究进展进行了介绍,对APEX模型在我国面源污染相关问题的研究中涉及的畜禽养殖、复杂耕作系统、特定BMP和水稻田的模拟等相关问题的应用前景进行了探讨,以期能够促进我国农业面源污染模型的发展。

天目湖流域茶园非点源污染多尺度模拟

为定量评估茶园开发非点源污染产出对流域水环境的影响,本研究利用遥感手段揭示天目湖流域2000—2019年土地利用的时空变化特征,解析土地利用的数量结构和空间格局,并集成SWAT模型与APEX模型构建基于“源-汇”的一系列要素和过程的多尺度集成模拟方法。天目湖流域土地利用变化分析结果显示,规模化开发茶园后,该地呈现水源涵养区茶园集中成片、水库周边茶园向上游持续蔓延的特征。APEX-SWAT集成模型在天目湖流域取得了较好的模拟精度,模拟结果表明:规模化茶园开发后,茶园用地类型对天目湖流域的氮磷负荷贡献持续上升,至2019年,茶园总氮产出贡献超出其他土地利用类型成为第一贡献者,总磷产出仅次于耕地成为第二贡献者,洙漕河流域和平桥河流域成为两大重点氮磷产出的茶园聚集区。针对茶园的施肥削减、过滤带设置和退茶还林3种减污措施的情景模拟结果显示,退茶还林措施的氮磷削减效果最佳,其次为10 m过滤带设置,最后为20%施肥量削减。研究建议根据当地实际情况与经济效益,将水源涵养区高氮磷流失的茶园区转换为林地,并结合过滤带设置与避免雨前施肥等措施,实现丘陵山区茶园开发影响下的水源地水生态保护调控。