三峡库区作为我国生态环境的敏感区、脆弱区和易污染及易破坏区,库区水生态环境恶化,水体富营养化严重,水华等灾害现象频发,面源污染问题突出,尤其是氮磷引发的面源污染。紫色土坡耕地在三峡库区耕地总面积中占比大,坡耕地上化肥施用量大,由于紫色土自身的结构特点,壤中流在紫色土总径流中占有相当的比例,因此研究紫色土坡耕地壤中流与氮磷的运移规律对保护三峡库区坡耕地和防治库区河流面源污染具有重要的理论与实践意义。利用HYDRUS-3D软件构建数学模型,并运用实验结果对模型进行率定和验证。研究内容主要包括三部分,(1)首先利用所建模型模拟粘质、壤质和砂质三种质地紫色土在坡度分别为5°、10°、15°、20°、25°的水分入渗及运移过程,然后选取入渗性和保水性良好的壤质紫色土,模拟其在典型坡度15°下、耕作层厚度分别为15cm?18cm、20cm、22cm、25cm的坡耕地水分入渗及运移过程;(2)选取耕作层厚度为20cm、典型坡度15°,研究降雨强度、降雨历时、降雨雨型对紫色土坡耕地壤中流与硝态氮、溶解态磷(以下简称氮磷)的运移过程影响;(3)选取耕作层厚度为20cm、典型坡度15°,模拟土壤初始含水率分别为0.15、0.20、0.25、0.30、0.35和上方汇水强度分别为0cm/h、1cm/h、4cm/h、7cm/h、10cm/h的条件下紫色土坡耕地壤中流与氮磷的运移过程。在库区典型降雨条件下,对不同质地紫色土在不同坡度下水分入渗与运移过程的研究表明:相同坡度下三种质地紫色土入渗率和壤中流径流率大小关系为:砂质>壤质>粘质,说明紫色土颗粒组成是土壤的入渗性和保水性的重要影响因素,粘粒含量越大,紫色土入渗性越差,保水性越好。不同坡度下三种质地紫色土壤中流强度和壤中流累积流量与坡度呈负相关。随着坡度增加,粘土的累积地表径流量波动性变化,呈先减小后增大最终又减小的变化趋势;壤土的先增大后减小;砂土的始终为零。在降雨强度30mm/h,降雨历时3h条件下,对不同耕作层厚度壤质紫色土的研究发现,水分入渗率、实际累积入渗量、壤中流径流率均与耕作层厚度呈正相关,而地表径流率与耕作层厚度呈负相关,且水分的分布和流失主要集中在耕作层。在模拟降雨条件的影响时,(1)选取大雨(0.15cm/h)、暴雨(0.3cm/h)、大暴雨(0.45cm/h)三种降雨强度研究发现:湿润锋的运移深度、土壤剖面含水量、硝态氮运移速度、壤中流强度均与降雨强度成正相关,而氮磷浓度均与降雨强度成负相关。壤中流径流率随降雨强度波动性变化,在暴雨时壤中流径流率最小,而氮磷流失率随降雨强度的增加而增加,但增幅逐渐减小;(2)选取24h、48h、72h三种降雨历时研究发现:湿润锋运移深度、土壤剖面含水量、壤中流强度与降雨历时成正相关,而氮磷的浓度均与降雨强度成负相关。随着降雨历时的增大,壤中流径流率逐渐减小,而氮磷的流失率逐渐增大;(3)选取平均型、递增型、递减型三种降雨雨型研究发现:不同雨型条件下土壤剖面含水量和湿润锋运移深度的大小关系为:递减型>平均型>递增型,而雨型对壤中流径流率和氮磷的运移过程影响不显著。考虑紫色土不同初始含水率的影响时发现,湿润锋运移深度、土壤剖面含水量、壤中流强均与土壤初始含水率成正相关,氮磷浓度与土壤初始含水率呈反相关,不同坡位之间含水量大小的关系:坡中>坡上>坡下。壤中流径流率、氮磷的流失率与土壤初始含水率呈正相关。考虑上方汇水强度的影响时,水分、氮磷沿坡下运移速度与上方汇水强度呈正相关,上方汇水强度越大,对氮磷的沿坡下的推动作用越大,氮磷的流失率越大。但从总体来看,土壤水分与氮磷的分布和流失均主要发生在耕作层,与硝态氮的运移相比,由于紫色土对磷的吸附作用较强,降雨条件、土壤初始含水率、上方汇水强度对溶解态磷的运移影响不显著,溶解态磷随壤中流的流失率均不足1%。