[发明专利]一种农药面源污染的模拟与评估方法

说明书

技术领域

本发明涉及水文与环境技术领域，特别涉及一种农药面源污染的模拟与评估方法。

背景技术

近年来，由于人们越来越关注水环境安全，和水环境相关的农药面源污染也引起了一些学者的重视。农药面源污染是流域非点源污染的重要组成部分，其对人类健康、水环境、土壤和生物的危害最为严重。我国是世界上农药使用量最大的国家。据统计，中国农药年施用量达130多万吨，而利用率仅为30％左右，约70％的农药以大气沉降和雨水冲刷的形式进入到土壤、水体、大气和农作物中，造成地表水、土壤和地下水污染。

一般来说，农药面源污染物在自然水体环境中的产生、迁移及输出过程的研究鲜有报道。目前，酶联免疫法、色谱快速检测法、气相色谱和质谱联用是监测农药残留的重要方法，生物降解、吸附和光降解方法是研究农药在自然界水体中迁移与消亡规律的主要方法。然而，确定水体中农药浓度水平的实验程序总是耗时和昂贵的，且很难准确的区分具有相似物理化学性质属性的农药品种。

国内研究多集中在高残留的有机氯农药和施用量大、毒性强的有机磷农药的检测方法的构建、以及蔬菜水果作物中的农药残留分析方面，在区域范围对农药随降雨径流的流失过程研究甚少；并且对田间尺度的农药径流流失过程进行研究时，很少把整个区域作为一个完整的生态系统(包括大气圈、土壤圈、作物、地表径流和地下水)进行综合考虑。因此，需要寻求快速、高效和低消耗的分析方法来探索和定量分析这些污染物在水环境中的迁移和输出规律。在应用模型对农药在土壤亚表面环境迁移转化的模拟研究过程中，国外的学者已经做出了相当大的努力，并且在过去的三十年中，已经开发出了一些分析和数值模拟农药迁移模型。对于分析模型，模型通常需要较少的数据输入，且能提供连续的和精确的封闭形式的解，这就便利了计算机应用。但是，为了得到解析解，需要设置过多的假定条件以便简化初始和边界条件、水流条件、灌溉方法、以及农药的物理与生物化学过程，且已有的农药迁移分析模型不能够解释这些重要因子相互关联的过程。相比之下，数值模拟模型能够处理复杂的水流运动和污染物迁移问题(如不同的初始和边界条件，非稳态流动，生物化学动力学特性，非均匀介质和时变农药属性参数)。

发明内容

本发明实施例提供了一种农药面源污染的模拟与评估方法，用以解决现有技术中存在的问题。

一种农药面源污染的模拟与评估方法，所述方法包括：

搜集研究地区的气象、地形、土壤、土壤质地、作物、农药施用、灌溉、叶面积指数、水文水力和水质空间属性数据，根据模型需求进行参数估算，使用估算得到的数据构建环境数据库；

利用所述环境数据库中的数据建立农药综合运移模型和作物需水模型，使用农药综合运移模型模拟黄土丘陵区作物地农药面源污染的时空分布、径流与侵蚀输出量，根据所述作物需水模型模拟得到的作物灌溉需水量，分析与评价降雨和灌溉变化条件下农药面源污染物在农业用地土壤亚环境系统中的时空分布与运移规律。

优选地，所述农药综合运移模型的表达式为：

式中：C是溶解项农药污染浓度；θ是体积含水量；K_H是无量纲的亨利定律常数；t是时间；z是土壤深度；E_g是气相扩散系数；E_l是溶解相扩散系数；q是水流量；K_S是一阶降解速率常数；r是农药径流率，农药侵蚀率，植物根部农药吸收率；M是农药负荷相。

本发明的有益效果在于：本发明从农药面源污染的产生、发展和运移过程出发，建立适合黄土丘陵区的、考虑作物需水量变化、具有物理机制的不同作物用地农药运移与分布的动态模拟方法，估算降雨和灌溉条件下农药面源污染时空分布、径流和侵蚀输出量，揭示不同参数(农药属性、农药施用方式、农业耕作措施、水文地质、水动力条件、土壤和下渗区的水力传导性能等)对农药在地表径流、土壤和地下水中运移的影响规律。以期为农业用地制定科学合理的农药施用方式、灌溉模式和面源污染控制措施提供科学的理论依据和重要的数据参考。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种农药面源污染的模拟与评估方法中冬小麦灌溉制度设计示意图；

图2为研究区日降水量示意图；