基于混合模型的长江流域洞庭湖区陆域磷输入通量及其削减预测

来源：环境科学杂志2025年第1期北京时间：

作者：刘杰,陈前,许妍,张美一,辛小康,唐文忠,张洪

单位：东南大学土木工程学院, 南京 210018,中国科学院生态环境研究中心环境水质学国家重点实验室, 北京 100085,东南大学土木工程学院, 南京 210018,上海市政工程设计研究总院(集团)有限公司, 上海 200092,东南大学土木工程学院, 南京 210018,中国科学院生态环境研究中心环境水质学国家重点实验室, 北京 100085,中国科学院大学, 北京 100049,长江水资源保护科学研究所, 武汉 430051,中国科学院生态环境研究中心环境水质学国家重点实验室, 北京 100085,中国科学院大学, 北京 100049,中国科学院生态环境研究中心环境水质学国家重点实验室, 北京 100085,中国科学院大学, 北京 100049

摘要：陆域磷输入（磷输入）通量研究对于面源污染控制至关重要.利用SWAT模型模拟洞庭湖区磷输入通量,并针对农业控制、畜禽减排与水土保持措施的3种典型削减情景,利用混合模型（LSTM模型和SWAT模型）进行水系区间磷输入通量削减预测.结果表明,洞庭湖区的TP入河总量为3.9×104 t·a-1,TP负荷为14.4 kg·（hm2·a）-1.磷通量季节变化显著,汛期高,非汛期低,与径流挟带、土壤侵蚀和耕作密度有显著相关性.三口区间是磷输入通量最大的区域,每年平均值为1.87×104 t,需重点关注其磷污染风险. 水系面积和农业用地面积是该区域磷输入通量主要的决定因素.多特征输入的LSTM模型在子流域尺度上对磷输入通量模拟效果良好,NSE > 0.6.混合模型在水系区间尺度上表现出更好的结果,NSE > 0.8,RPE < 10%,且对数据特征要求降低.在削减预测中,以三口区间为例,入河泥沙量削减是相对有效的磷减排方式,泥沙作为磷的主要载体是面源污染控制的主要目标,同时还应关注畜禽养殖的污染.研究可为了解洞庭湖区磷输入通量的时空格局并制定磷减排策略提供科学依据和数据支撑.

关键词：磷通量,磷削减,SWAT模型,LSTM模型,洞庭湖区,