植被過濾帶攔截徑流和泥沙效果的模型研究

孫曉濤，陳傳勝，肖 波，申小波

（1. 中南林業(yè)科技大學(xué) 林學(xué)院，湖南 長沙 410004；2. 北京市農(nóng)林科學(xué)院 北京草業(yè)與環(huán)境研究發(fā)展中心，北京 100097）

植被過濾帶攔截徑流和泥沙效果的模型研究

孫曉濤1,2，陳傳勝1，肖 波2，申小波1

（1. 中南林業(yè)科技大學(xué) 林學(xué)院，湖南 長沙 410004；2. 北京市農(nóng)林科學(xué)院 北京草業(yè)與環(huán)境研究發(fā)展中心，北京 100097）

植被過濾帶可顯著減少農(nóng)田徑流及其攜帶的污染物，是流域農(nóng)業(yè)面源污染治理的最佳管理措施，而數(shù)學(xué)模型是設(shè)計植被過濾帶的有效工具。本研究通過渾水模擬沖刷試驗研究了不同寬度（1 m、2 m、3 m）和不同坡度（3.3%、6.7%、10%）的草本植被過濾帶對徑流和泥沙的攔截效果，并對VFSMOD模型的適用性進行了驗證，最后基于該模型對植被過濾帶攔截效果中坡度和寬度二因素的敏感性進行了分析。結(jié)果表明，VFSMOD模型對徑流和泥沙濃度的模擬偏差在8%和12%以內(nèi)，Nash-Sutcliffe-Eff i ciency系數(shù)分別為0.85和0.93，表明該模型可對植被過濾帶攔截徑流和泥沙的效果進行較好的模擬；同時，模擬結(jié)果顯示植被過帶寬度與其徑流和泥沙的攔更為敏感，是植被過濾帶設(shè)計中應(yīng)著重考慮的因素。

植被過濾帶；攔截效果；徑流；泥沙；VFSMOD模型

植被過濾帶是一種新型的低成本且富有成效的治理水污染生態(tài)工程方式[1]。植被過濾帶又稱植被緩沖帶，是位于污染源與水體之間的帶狀植被區(qū)域，其可以通過生物、化學(xué)、物理等途徑使地表徑流以及徑流中的泥沙、氮、磷等污染物質(zhì)減少，有效降低農(nóng)業(yè)面源污染、緩解水環(huán)境壓力，因此在全世界得到了廣泛的應(yīng)用[2-5]。根據(jù)植被類型可劃分出灌木過濾帶、草地過濾帶、林木過濾帶、復(fù)合過濾帶等多種過濾帶，其中草地過濾帶應(yīng)用最普遍[6-7]。唐政洪等[8]研究冀西北黃土丘陵地區(qū)，揭示了植被帶通過對泥沙的攔蓄以達到控制養(yǎng)分流失的目的，是攔蓄坡面地區(qū)養(yǎng)分流失的主要形式。植被過濾帶對徑流及其泥沙的攔截效果影響因素較多，有寬度、密度、坡度、植被類型等，掌握攔截效果與主要影響因素之間的關(guān)系是進行植被過濾帶規(guī)劃和設(shè)計的基礎(chǔ)。李懷恩等在野外模擬試驗研究中得出，植被過濾帶攔截懸浮固體污染物主要發(fā)生在前10 m[9]，張一平、張克映在西雙版納勐倫不同植被類型地域設(shè)置徑流集水區(qū)，通過多數(shù)并列流域法觀察根系降雨特征與徑流特征得出植被類型與徑流的關(guān)系[10]。

數(shù)學(xué)模型是設(shè)計植被過濾帶的有效工具，一些研究已初步建立了植被過濾帶攔截徑流及其徑流中污染物質(zhì)的模型，如Kentucky大學(xué)的研究人員[11]的GRASSF模型、Wilson等[12]的SEDOTII模型，以及估算植被過濾帶的凈化效果CREAMS模型和VFSMOD模型，其中以VFSMOD模型最具代表性。VFSMOD模型是由美國Florida大學(xué)于1999年開發(fā)的能夠計算植被過濾帶出流水量并用于預(yù)測植被過濾帶對坡面徑流中泥沙凈化效果一個田間尺度機制[13]，從本質(zhì)上說VFSMOD模型是一個描述植被過濾帶中水流運動和泥沙沉積過程的一維模型。該模型包括水文子模型和泥沙輸移子模型兩種子模型，通過輸入從相鄰田塊進入植被過濾帶的流量過程和泥沙過程，從而計算植被過濾帶的出流水量、下滲水量和泥沙截留效果。VFSMOD作為一個計算植被過濾帶對坡面徑流中泥沙凈化效果的數(shù)學(xué)模型，在美國得到了充分的驗證和廣泛的應(yīng)用[14-15]。Sabbagh等[16]在美國中西部不同地域下以及Muoz-Carpena等[17]在北卡羅萊納州的海岸平原分別用不同寬度的植被過濾帶對泥沙過濾效果進行了模擬，效果良好。但大多數(shù)模型為針對不同地區(qū)而建立的，VFSMOD模型是否適用于北京地區(qū)尚缺乏試驗驗證；同時利用模型對各因素對植被過濾帶攔截徑流和泥沙進行敏感性分析尚缺乏研究。

本試驗研究通過沖刷試驗和模型模擬相結(jié)合的方式來驗證VFSMOD模型的適用性，并借助VFSMOD模型開展植被過濾帶對徑流和泥沙攔截效果的研究，旨在摸清植被過濾帶在不同坡度、寬度下對徑流和泥沙的攔截效果，并以此進行坡度、寬度影響因素對植被過濾帶攔截徑流和泥沙效果的敏感性分析，以定量評價各坡度、寬度因素對植被過濾帶攔截徑流和泥沙的貢獻值和重要性，并依此確定不同坡度、寬度植被過濾帶對徑流和泥沙的截留差異，研究結(jié)果可為我國的農(nóng)業(yè)面源污染治理工作提供技術(shù)支持和效果預(yù)測。

1 材料與方法

1.1 試驗裝置

試驗裝置內(nèi)土槽和沖刷裝置2部分組成。土槽為3.0 m長×0.5 m寬×0.7 m高，上端建有攪拌裝置和供水裝置，用于向過濾帶供水，供水桶出口裝有水閥，用于控制流量。土槽下端設(shè)匯流口，用于收集過濾帶地表出流，且土槽坡度可調(diào)，裝置具體參數(shù)及試驗用法見參考文獻[18]。

1.2 試驗設(shè)計

1.2.1 沖刷試驗

土槽裝填小湯山耕地表層0～30 cm土壤，并過2 mm篩后分層（5 cm）裝填，裝填容重與田間近似，為1.3 g/cm3。裝填完畢后分別采集土樣，分析飽和導(dǎo)水率、土壤容重、土壤初始含水量、土壤飽和含水量等指標。土樣的采集和分析方法依據(jù)參考文獻測[19]，之后設(shè)計植被過濾帶，為有效控制植被過濾帶寬度等變量因素，提高實驗數(shù)據(jù)的可控性，更好揭示植被過濾帶的攔截效應(yīng)，現(xiàn)借鑒“Kentucky model”試驗[20-21]中用直徑為3 mm的生銹鐵絲（用純度為18%的鹽酸浸泡12 h后在陰暗潮濕處放置10 d）代替草本植被過濾帶的方法，在過濾帶設(shè)計完成之后開始針對土槽上的人工植被過濾帶進行渾水（泥沙顆粒與水均勻混合）沖刷，水樣采用泥土顆粒（過1 mm耕層土壤），泥沙濃度為20 g/L。

沖刷試驗設(shè)植被過濾帶坡度和寬度2種因素，其中坡度、寬度各3個處理，每種處理各3次重復(fù)，所有試驗均在沖刷條件下進行，沖刷時間自產(chǎn)流時間開始計時為30 min，每分鐘用徑流桶接取出流物，每個土槽共取30個出流樣品，記錄徑流的出流量，并稱重過濾后風(fēng)干的泥沙量。具體試驗方案見表1。

1.2.2 VFSMOD模型模擬

VFSMOD模型由地表徑流模擬參數(shù)、入滲模型土壤參數(shù)、泥沙過濾模型緩沖性能參數(shù)、泥沙過濾模型泥沙特性參數(shù)、雨量參數(shù)、入流參數(shù)5個部分組成，其中地表徑流模擬參數(shù)中的帶長、帶寬、坡度和入滲模型土壤參數(shù)中的土壤初始含水量及泥沙過濾模型緩沖性能參數(shù)中莖稈距離（基于土槽面積和莖稈數(shù)目換算求出），入流參數(shù)中的流量峰值采用沖刷試驗實測值，其它均采用模型建議值。利用VFSMOD模型對沖刷試驗進行模型模擬，最后基于模型模擬值計算植被過濾帶對徑流和泥沙的攔截率。為了評價VFSMOD模型的模擬精度，此次試驗采用3個指標來表示模型模擬值和實測值的擬合度，并驗證該模型的適用性。3個指標分別是模擬偏差Dv（Dv=（模型模擬值－實測值）/實測值×100%）、1∶1連線圖(在連線圖上，數(shù)據(jù)點越接近1∶1連線，則擬合度越高，判定系數(shù)R2越大，則表示模擬值與實測值的相關(guān)關(guān)系越好）、Nash-Sutcliffe-Eff i ciency系數(shù)（CNSE）[22]（CNSE=1表示最優(yōu)值、0＜CNSE＜1表示可接受水平、CNSE＜0表示不可接受水平[23]）。最后利用VFSMOD模型分別對3種寬度（1 m、2 m、3 m）不同坡度（1%、2%、3%、4%、……、30%）的植被過濾帶和3種坡度（10%、20%、30%）不同寬度（0.5 m、1 m、1.5 m、2 m、2.5 m、3 m、3.5 m、4 m、4.5 m、5 m、6 m、7 m……、30 m）的植被過濾帶進行對徑流和泥沙的攔截效果模擬，并基于該模型模擬結(jié)果對植被過濾帶攔截效果中坡度和寬度二因素的敏感性進行了分析。

表1 試驗方案Table 1 The experimental design

1.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析

采用EXCEL 2010辦公軟件對沖刷試驗中的泥沙濃度進行計算求值。同時使用OriginPro 8.6對模型中植被過濾帶對徑流、泥沙的攔截率隨坡度、寬度變化關(guān)系進行線性擬合，并繪制相關(guān)圖表。此外用模擬偏差Dv和繪制1∶1連線圖和CNSE系數(shù)3個指標驗證模型的適用性，

公式中V表示模擬值，V′表示實測值，表示第i個實測值，表示第i個模擬值，表示實測值的平均值。

2 結(jié)果與分析

2.1 VFSMOD模型模擬結(jié)果及分析

植被過濾帶出流物實測值與VFSMOD模型模擬值的對照見表2。植被過濾帶徑流出流量實測值和模擬值的模擬偏差在8%以內(nèi)，泥沙出流濃度的實測值和模擬值的模擬偏差在12%以內(nèi)，模型模擬值均小于實測值，且泥沙濃度的模擬偏差大于徑流的模擬偏差。此結(jié)果表明植被過濾帶對徑流量和泥沙的實際攔截效果差于模型模擬出的攔截效果，其原因是由于模型模擬的沖刷條件是在理想條件下，而在現(xiàn)實的沖刷條件會出現(xiàn)一些偏差，如在沖刷試驗過程中，土槽植被過濾帶的地表在沖刷過程中隨著時間的推移，地表粗糙度會降低、土壤含水量會逐漸飽和、過濾帶的微地形會發(fā)生變化等，這樣就削弱了植被過濾帶攔截徑流的能力，且在沖刷過程中植被中的部分地表土也會被攜帶進徑流中，增加了出流徑流中泥沙的濃度。泥沙濃度的模擬偏差值大于徑流的模擬偏值，除了泥沙模擬更復(fù)雜之外，由于模型對泥沙輸移的模擬是與水流運動模擬結(jié)合的，水流模擬的偏差也會也會影響泥沙輸移模擬的偏差。

表2 植被過濾帶徑流出流物模擬值與實測值對照Table 2 Contrast of simulated values and measured values of outflows from scour troughs by VFS

植被過濾帶出流物模擬值及實測值1∶1連線圖見圖1。出流徑流和泥沙濃度的實測值和模擬值雖然存在一定的偏差，但還較好地分布在1∶1連線附近，徑流出流量擬合曲線的判定系數(shù)R2=0.988，出流泥沙濃度擬合曲線判定的判定系數(shù)R2=0.998，說明模型模擬值和實測值擬合度較高且相關(guān)關(guān)系較好，徑流和泥沙的NSE系數(shù)分別為0.85和0.93，說明模型處于可接受水平，由此可以證明VFSMOD具有適用性，可以較好的模擬植被過濾帶對徑流和泥沙的攔截效果。

圖1 植被過濾帶徑流出流物模擬值與實測值1:1連線圖Fig. 1 Connections (1:1) in coordinate system of simulated values and measured values of outf l ows from scour troughs by VFS

2.2 VFSMOD模型中坡度因素的敏感性分析

圖2 為徑流攔截率隨植被過濾帶坡度變化關(guān)系圖和泥沙攔截率隨植被過濾帶坡度變化關(guān)系圖，圖2中顯示，3種寬度的植被過濾帶對徑流的攔截過濾帶對徑流和泥沙的攔截效果隨坡度的增加而逐漸減弱。3種寬度（1 m、2 m、3 m）植被過濾帶在同一坡度下（10%）對徑流的攔截率依次是3.74%、7.36%、10.93%，對泥沙的攔截率依次是63.5%、81.7%、88.5%，其攔截徑流和泥沙大小與植被過濾帶寬度大小呈同一趨勢，即植被過濾帶寬度越大，植被過濾帶對地表徑流的攔截率就越高。上述結(jié)果表明，植被過帶對徑流和泥沙的攔截率隨坡度的升高逐漸降低，攔截率和坡度成負相關(guān)關(guān)系，但作用效果受寬度影響顯著。

圖2 不同坡度植被過濾帶對徑流和泥沙的攔截率Fig.2 Interception rates of runoff and sediment by VFS with different slops

通過對3種寬度（1 m、2 m、3 m）植被過濾帶在同一坡度下對徑流和泥沙的攔截率進行比較發(fā)現(xiàn)其最大降幅分別為8.10%、25.40%，對不同坡度下對徑流和泥沙攔截率進行比較發(fā)現(xiàn)，最大降幅分別為1.9%和4.6%；通過對比圖2中植被過濾帶對徑流和泥沙攔截效果可以發(fā)現(xiàn)3種寬度植被過濾帶在同一坡度下對泥沙的攔截效果要遠大于對徑流的攔截效果。由此我們可以看出模型中植被過濾帶坡度因素對泥沙的攔截效果要大于對徑流的攔截效果，植被過濾帶坡度因素對徑流和泥沙攔截效果不及寬度。

2.3 VFSMOD模型中寬度的敏感性分析

圖3為徑流攔截率隨植被過濾帶寬度變化關(guān)系圖和泥沙攔截率隨植被坡度變化關(guān)系圖，圖3中 顯 示，3種 坡 度（10%、20%、30%）的植被過濾帶對徑流攔截率與寬度成正相關(guān)關(guān)泥沙的攔截效果隨寬度的增加而逐漸增強。3種坡度（10%、20%、30%）植被過濾帶在同一寬度下（3 m）對徑流的攔截率依次是33.9%、33.5%、32.7%，對泥沙的攔截率依次是97.3%、97.1%、97.0%，其攔截徑流和泥沙大小與植被過濾帶坡度大小成相反趨勢，即植被過濾帶坡度越大，植被過濾帶對徑流和泥沙的攔截率就越低。上述結(jié)果表明，植被過帶對徑流和泥沙的攔截率隨植被過濾帶寬度的增加而增加，攔截率和植被過濾帶寬度成正相關(guān)關(guān)系，但作用效果受坡度因素影響。

圖3 不同寬度植被過濾帶對徑流和泥沙的攔截效果Fig.3 Interception rates of runoff and sediment by VFS with different widths

通過對3種坡度（10%、20%、30%）植被過濾帶在同一寬度下對徑流和泥沙的攔截率進行比較，發(fā)現(xiàn)其最大降幅分別為4.2%和1.2%，3種坡度（10%、20%、30%）植被過濾帶在不同寬度下對徑流和泥沙攔截率進行比較可以發(fā)現(xiàn)，最大降幅分別為82.6%和58.0%。通過對比圖3中植被過濾帶對徑流和泥沙的攔截效果可以發(fā)現(xiàn)3種坡度植被過濾帶在同一寬度下對泥沙的攔截效果要遠大于對徑流的攔截效果。由此我們可以看出模型中植被過濾帶寬度因素對泥沙的攔截效果要大于對徑流的攔截效果，坡度因素對地表徑流和泥沙攔截效果的敏感性不及寬度。

2.4 討 論

VFSMOD模型是一個用來預(yù)測植被過濾帶對坡面地表徑流中泥沙凈化效果的田間尺度模型，本研究依據(jù)模擬偏差（Dv＜8%，Dv＜12%）和NSE系數(shù)(NSE徑流=0.85，NSE泥沙濃度=0.95)等指標證明模型處于可接受水平，能夠模擬植被過濾帶對徑流和泥沙的攔截效果，具有適應(yīng)性。但在關(guān)于VFSMOD模型的適應(yīng)性研究上，目前還存在一些差異。楊寅群等[23]研究表明，模型驗證試驗中出流水量和出流泥沙濃度的模擬偏差分別在±15%和±20%以內(nèi)。本研究發(fā)現(xiàn)植被過濾帶出流水量和出流泥沙濃度的模擬偏差分別在8%和12%以內(nèi)，這與以上研究結(jié)果有一定的差異。差異原因可能是在沖刷試驗中不同的試驗條件引起的，如徑流來源區(qū)域大小、地貌、徑流中沉積物濃度、植被過濾帶寬度、坡度、過濾帶土壤理化性質(zhì)以及生物學(xué)特征（類型、長勢等）等。另外，本研究還發(fā)現(xiàn)模型中坡度因素和植被過濾帶對徑流和泥沙的攔截效果成負相關(guān)關(guān)系，寬度因素與植被過濾帶對徑流和泥沙的攔截率成正相關(guān)關(guān)。植被過濾帶坡度因素對徑流和泥沙的作用效果受寬度的影響顯著，植被過濾帶寬度因素對徑流和泥沙的作用效果受到坡度一定的影響，但效果不是十分明顯。與坡度相比，植被過濾帶寬度因素對于植被過濾帶攔截徑流和泥沙的效果更為敏感。Fiener等[24]在研究中發(fā)現(xiàn)植被過濾帶的過濾作用與其寬度正相關(guān)；吳建強[25]在對不同坡度緩沖帶滯緩徑流和污染物研究中得出對于同一植被過濾，坡度越小，其滯緩徑流和土壤水力滲透的能力越強。這些研究和本試驗研究結(jié)果一致，表明植被過濾帶在不同寬度、坡度下對徑流及其徑流中的泥沙的攔截效果是不同的[26]，在植被過濾帶的設(shè)計過程中需要認真考慮這些因素，尤其是寬度因素。

3 結(jié) 論

(1) VFSMOD模型對植被過濾帶出流水量和出流泥沙濃度的模擬偏差分別在8%和12%以內(nèi)，NSE系數(shù)分別為NSE徑流=0.85和NSE泥沙濃度=0.93，驗證了VFSMOD模型具有較高的適用性，表明該模型可對植被過濾帶攔截徑流和泥沙的效果進行較好模擬。

(2) 模型模擬中坡度因素和植被過濾帶對徑流和泥沙的攔截效果成線性負相關(guān)關(guān)系（徑植被過濾帶對泥沙的攔截效果成線性正相關(guān)關(guān)系

(3) 與坡度相比，植被過濾帶寬度因素對于植被過濾帶攔截徑流和泥沙的效果更為敏感。

(4) 數(shù)學(xué)模型是進行植被過濾帶設(shè)計的有效工具，VFSMOD模型可以成為植被過濾帶設(shè)計的有效工具。

[1] 張建春,彭補拙.河岸帶研究及其退化生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)與重建[J].生態(tài)學(xué)報,2003,23(1):56-63.

[2] 王良民,王彥輝.植被過濾帶的研究和應(yīng)用進展[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報,2008,19(9):2074-2080.

[3] 李懷恩,張亞平,蔡 明,等.植被過濾帶的定量計算方法[J].生態(tài)學(xué)雜志,2006,25(1):108-112.

[4] ABU-ZREIG M, RUDRA R P, WHITELEY H R,et al.Phosphorus removal in vegetated filter strips[J]. Journal of Environmental Quality, 2003, 32(2): 613-619.

[5] REED T, CARPENTER S R. Comparison of P-yield, Riparian butter strips and land cover in six agricultural watersheds[J].Ecosystems, 2002, 5(6): 568-577.

[6] BEDARD-HAUGHN A, TATE K W, VAN KESSEL C. Using nitrogen-15 to quantify vegetative buffer effectiveness for sequestering Nitrogen in runoff[J]. Journal of Environmental Quality, 2004, 33(6): 2252-2262.

[7] BEDARD-HAUGHN A, TATE K W, VAN KESSEL C.Quantifying the impact of regular cutting on vegetative buffer efficacy for nitrogen-15 sequestration[J]. Journal of Environmental Quality, 2005, 34(5): 1651-1664.

[8] 唐政洪,蔡強國,許 峰,等.半干旱區(qū)植物籬侵蝕及養(yǎng)分控制過程的試驗研究[J].地理研究,2001,20(5):593-600.

[9] 李懷恩,龐 敏,楊寅群,等.植被過濾帶對地表徑流中懸浮固體凈化效果的試驗研究[J].水力發(fā)電學(xué)報,2009,28(6):176-181.

[10] 張一平,張克映,馬友鑫,等.西雙版納熱帶地區(qū)不同植被覆蓋地域徑流特征[J].土壤侵蝕與水土保持學(xué)報,1997,3(4):26-31.

[11] MUSCUTT A D, HARRIS C L, BAILEY S W,et al.Buffer zone to improve water quality:A review of their potential use in UK agriculture[J]. Agriculture,Ecosystems and Environment, 1993,45(1-2): 59-77.

[12] Knisel, W.G, CREAMS. A fi eld-scale model for chemicals run off and erosion agricultural management systems [R]. Washington DC: US Department of Agriculture, Science and Education Administration, 1980.

[13] 楊寅群,李懷恩,史冬慶.VFSMOD模型對植被過濾帶凈化效果的模擬與適應(yīng)性分析[J].環(huán)境科學(xué),2010,31(11):2613-2618.

[14] Dosskey M G, Helmers M J, Eisenhauer D E. A Design Aid for Determining Width of Filter Strips [J]. Journal of Soil and Water Conservation, 2008, 63(4):232-241.

[15] Munoz-Carpena, Zajac R Z, Kuo Y M. Evaluation of water quality models through global sensitivity and uncertainty analyses techniques: application to the vegetative filter strip model VFSMOD-W [J]. Trans of ASAE, 2007, 50(5):1719-1732.

[16] SABBAGH G J, FOX G A, KAMANZI A,et al.Effectiveness of vegetative fi lter strips in reducing pesticide loading: quantifying pesticide trapping efficiency[J]. Journal of Environmental Quality, 2009, 38(2): 762-771.

[17] Muoz-Carpena R, Parsons J E, Gilliam J W. Modeling hydrology and sediment transport in vegetative fi lter strips [J]. Journal of Hydrology, 1999, 21(4):111-129.

[18] 肖 波,薩仁娜,陶 梅,等.草本植被過濾帶對徑流中泥沙和除草劑的去除效果[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報,2013,29(12):136-144.

[19] 鮑士旦.土壤農(nóng)化分析[M].第3版.北京:中國農(nóng)業(yè)出版社,2000.

[20] DELETIC A. Modeling of water and sediment transport over grassed areas[J]. Journal of Hydrology, 2001, 248(1-4): 168-182.

[21] DELETIC A. Sediment transport in urban runoff over grassed areas[J]. Journal of Hydrology, 2001, 301(1): 108-122.

[22] XIAO Bo, WANG Qing-hai, FAN Jun,et al. Application of the SCS-CN model to runoff estimation in a small watershed with high spatial heterogeneity[J]. Soil Science Society of China,2011, 21(6): 738-749.

[23] Moriasi D N, Arnold J G, Van Liew M W,et al.Model evaluation guidelines for systematic quantif i cation of accuracy in watershed simulations. Tran. ASABE, 2007, 50(3): 885–900.

[24] FIENER P, AUERSWALD K. Measurement and modeling of concentrated runoff in grassed waterways[J]. Journal of Hydrology, 2005, 301(1-4): 198-215.

[25] 吳建強.不同坡度緩沖帶滯緩徑流及污染物去除定量化[J].水科學(xué)進展,2011,22(1):112-117.

[26] 王金葉,李海防,段文軍,等. 漓江上游降水特征及典型森林群落地表徑流規(guī)律的研究[J]. 中南林業(yè)科技大學(xué)學(xué)報, 2012,32(6): 72-77.

Model study of interception effects of vegetative fi lter strips on runoff and sediment

SUN Xiao-tao1,2, CHEN Chuan-sheng1, XIAO Bo2, SHEN Xiao-bo1
(1. School of Forestry, Central South University of Forestry and Technology, Changsha 410004, Hunan China; 2. Beijing Research &Development Center for Grass and Environment, Beijing Academy of Agriculture and Forestry Sciences, Beijing 100097, China)

Vegetative fi lter strip (VFS) can effectively reduce farmland runoff and its carrying pollution, which is a best management measure governing watershed agricultural non-point source pollution. Mathematical model is an effective tool to design vegetation fi lter strips. The effects of different widths (1, 2, 3 m) and different slops (3.3, 6.7, 10.0%) herbaceous vegetation fi lter belts on the removal of runoff and sediment have been investigated through the muddy water erosion simulation tests and studied by VFSMOD model, and the validated applicability of the VFSMOD model was veri fi ed, and fi nally the sensitivity of the slope and width of vegetative fi lter strips to the interception effects were analyzed based on the model. The results show that the simulated deviations of the runoff and sediment concentration were less than 8% and 12% in the model, and the Nash-Sutcliffe-Ef fi ciency coef fi cients were 0.85 and 0.93, which showed the VFSMOD model effectively simulated the interception effects of the runoff and sediment in the VFS; Meanwhile, the simulationCompared with the slope factors, the vegetation fi lter width factor was more sensitive for vegetative fi lter strip to intercept runoff and sediment.

vegetative fi lter strip(VFS); interception effects; runoff; sediment; VFSMOD model

S714.7

A

1673-923X(2014)04-0096-06

2013-09-28

北京市科技計劃專項“朝陽區(qū)運用生態(tài)技術(shù)改善水質(zhì)的試驗研究與示范”（Z13110500381310）；北京市農(nóng)林科學(xué)院科技創(chuàng)新能力建設(shè)專項“北京市退化土地生態(tài)系統(tǒng)修復(fù)成效長期定位監(jiān)測站建設(shè)”（KJCX201103001）

孫曉濤（1986-），男，河南許昌人，碩士研究生，主要研究方向為水土保持和農(nóng)業(yè)面源污染防治

肖 波（1981-），男，陜西漢中人，副研究員，主要從事水土保持與荒漠化防治的研究；E-mail：xiaotaoxb@gmail.com

[本文編校：吳 彬]