嘉陵江流域非点源溶解态氮污染负荷模拟研究

嘉陵江流域是乏峡水库最大的支流,为研究嘉陵江流域非点源溶解态氮污染负荷的年际变化规律及其来源的空间分布情况,以流域土地利用类型为研究单元,通过引入具有物理机制的半分布式水文模型——sLuRP水文模型,并推导溶解态氮的流域输移损失系数,建立了流域非点源溶解态氮污染年负荷模型。借助GIS技术,应用所建模型,对嘉陵江流域各土地利用类型L的年地表径流量和溶解态氮污染负荷进行了模拟。模拟结果表明,以旱地和水田为主的涪江流域的溶解态氮流失情况最为严重,其次是渠江下游流域和西汉水流域,1990---2005年嘉陵江流域各土地利用类型上产生的非点源溶解态氮年均负荷为35726t·a^-1,约占流域出口总氮负荷的32％。     

基于盲数理论与GIS的小江流域吸附态磷污染负荷模拟研究

根据三峡库区小江流域水文、地理和非点源污染等特点,通过分析引起流域吸附态污染负荷年际变化的主要因素,提出了流域土壤侵蚀模数、输沙模数的动态计算方法。鉴于与吸附态污染负荷有关的流域降雨、土壤、地形、植被、水土保持、泥沙输移比等因素具有空间不确定性的特点,构建了基于盲数理论的非点源吸附态磷污染负荷动态分布模型。应用所构建的模型,借助GIS技术,模拟和定量计算了小江流域1997--2007年各年的土壤侵蚀模数和吸附态磷负荷量。模拟结果表明,降雨侵蚀力因子和地表径流量是流域内吸附态磷负荷年际变化的重要因素;而吸附态非点源磷负荷的空间变化与土地利用类型关系密切,不同土地利用类型输出磷负荷的大小依次为：旱田及混合地、草地、水田、林地和城镇用地。通过验证表明,所建模型合理,运用盲数理论来研究流域非点源吸附态负荷可行。     

基于SWAT模型的图们江流域氮磷营养物非点源污染研究

运用数学模型模拟非点源污染物的空间分布及其输移转化机制,是当前农业非点源污染研究中的重要手段和途径之一。流域尺度长时段分布式水文模型SWAT（soil and water assessment tool）应用于我国南方许多流域的非点源污染模拟上都取得了较好的结果。利用SWAT模型建立了东北图们江流域非点源污染数据库,对该流域（中国一侧）划分为5个小流域46个水文单元,分别进行了水文模拟、降雨径流和土壤侵蚀量计算。结果表明,图们江流域农业非点源污染主要的发生区在流域中部,海兰河和布尔哈通河交界的区域内。该区内有机氮和有机磷的非点源污染负荷明显高于其他地区,推测认为该区域为延边州首府延吉市所在地,城市建设和经济发展带来了繁荣,也造成了局部地区的植被破坏、土地裸露,水保能力下降,因此水土流失现象比较严重。另外,通过分析流域内有机氮和有机磷的时空变化特征发现,2007年延吉、龙井地区为氮磷营养物非点源污染最大发生区（有机氮9.76t.a-1,有机磷1.24t.a-1）,而2008年除延吉、龙井地区外,珲春地区有机氮和有机磷非点源污染均有加重的趋势（分别由1.39t.a-1上升到3.82t.a-1,0.17t.a-1上升到0.48t.a-1）;氮磷营养物的空间分布特征表明,2007年与2008年除了延吉、龙井一带为最大发生区外,珲春地区有机氮流失有所加重（从1.39t.a-1上升到3.81t.a-1）,有机磷流失也有所加重（0.17t.a-1上升到0.48t.a-1）,而安图等地区则有所减轻。     

面向地表过程模拟的降雨径流模型开发与应用

降雨径流是流域地表过程的主要驱动力,是众多地表模型的基础。该文在充分考虑流域气象及下垫面等要素空间异质性的基础上,提出了一个面向地表过程模拟的、基于DEM的分布式次降雨径流模型。模型将流域离散为栅格计算单元,并按水流特性将栅格划分为坡面单元和河网单元;模型考虑了降雨、植被截流和入渗等产流过程,利用运动波分级汇流的方式进行汇流演算。模型在江西躁口水流域进行了检验和应用。结果表明：该模型模拟的流量过程精度较高;模拟的径流深度及径流搬运力的空间分布符合水文规律。模型结构简洁、参数较少,具有较好的实用价值;为土壤侵蚀及非点源污染等以流路为基础的复杂地表过程研究奠定了基础。     

基于SWAT模型的石汶河流域农业非点源氮污染时空分布特征研究

农业非点源污染是影响水资源质量的重要原因之一。基于SWAT模型,结合野外实地调查,选取总氮作为污染物指标,构建了黄前水库上游石汶河流域农业非点源污染基础数据库,并根据实测值对模型参数进行了率定和验证,在确定模型适用性的基础上分析了流域内农业非点源污染负荷的时空分布特征,并基于对山区实施的退耕还林还草措施,采用3种退耕情景对黄前水库上游石汶河流域的农业非点源污染进行了情景模拟计算。结果表明:①经过参数率定后的SWAT模型对研究区径流和总氮的模拟效果较好;②典型农业非点源污染物负荷在时间分布上多集中在雨季4—9月份,流域汛期集中了全年80%以上的污染负荷,在空间分布上表现出明显的区域性,流域中上游产生的负荷较小,下游较大,靠近流域主河道区域的污染负荷高于远离主河道区域;③3种退耕情景均可消减农业非点源污染物(以氮的输出为标准)的输出总量,最高可消减近50%,因此在流域内实施一定强度的退耕还林措施可有效降低典型农业非点源污染物的输出量。     

丹江口库区典型小流域农业非点源污染物输出特征

非点源污染是影响水源地水质的重要原因。研究以丹江口库区五龙池小流域为研究区,基于2014年相关数据,利用输出系数模型,借助地理信息技术,对该小流域农业非点源污染进行模拟,分析流域非点源污染的空间分布特征,解析其主要污染源,以深入理解丹江口水源地农业小流域的非点源输出特征。研究表明,2014年流域内农业非点源总氮污染负荷为5.674 t,流域内平均负荷强度为2.96 t km-2;农业非点源总氮负荷总量主要分布在耕地和居民地,农业用地是主要污染源,贡献率为47.9;人畜粪便农业非点源总氮负荷强度为39.2 t km-2,是流域平均负荷强度的13倍;缓坡区具有较高的非点源输出风险;改变粗放的农业管理模式,合理处理畜禽排泄物和农村生活污水是流域非点源治理的有效措施。     

GIS支持下非点源污染模型应用分析

地理信息系统(GIS)具有强大的空间数据分析和可视化能力,可以反映非点源污染空间分布特性,将它与非点源污染模型结合可大大减轻非点源污染模拟难度。介绍了国内外非点源污染的研究现状,结合USEPA开发的BASINS系统及PLOAD模型,从数据的输入、模型参数的提取、结果的可视化3个方面分析了GIS在流域非点源污染研究中的应用,并以浙江省剡江流域为试验区进行了模拟,为此方面的研究提供了一定的借鉴。     

SWAT模型及其在水环境非点源污染中的应用研究进展

非点源污染是水环境污染的主要来源之一,其过程机理复杂,应用水环境污染模型模拟是研究非点源污染的重要手段.SWAT模型是国际上著名的分布式流域水环境模型之一,结合了遥感(RS)、地理信息系统((GIS)技术,能够准确、长时间段连续地模拟复杂流域的各种水环境过程以及气候变化、土地利用类型、管理措施对流域水平衡和非点源污染的影响,为监测、评价、研究流域水环境非点源污染状况提供了强大的支持平台.在大量调研国内外相关文献的基础上,围绕模型的主要标志性改进及应用成果介绍了SWAT模型的发展历程和现状,论述了模型应用于水环境非点源污染研究的几个主要方面和国内外研究新进展,分析了目前国内应用SWAT模型进行水环境非点源污染研究存在的问题,并对SWAT非点源污染子模型的发展趋势做了展望,以推广这一先进模型在国内的应用范围,提高非点源污染模拟、监测、评价工作的效率及结果的可靠性.     

泥沙输移比的研究方法及成果分析

泥沙输移比是反映流域侵蚀产沙输移能力的指标,对正确评价水土保持减沙效益及流域治理决策有着重要的科学意义与应用价值。对国内外泥沙输移比的研究方法及成果进行总结与分析,认为泥沙输移比的研究方法可分为直接计算（根据定义）与模型计算（通过建立泥沙输移比模型）2种。直接计算的关键是土壤侵蚀量的获取,而计算模型目前主要有因子经验模型、分布式模型与物理模型。在对泥沙输移比研究中土壤侵蚀量获取方法及建立的泥沙输移比模型进行总结与评述的基础上,按黄河流域、长江流域、国内其他地区及国外一些地区,分析了其泥沙输移比的研究成果,讨论了目前泥沙输移比研究中存在的3个问题及今后的发展方向。     

基于动态产流机制的分布式土壤侵蚀模型研究

区域尺度的土壤侵蚀模型研究的流域面积较大,研究区往往涉及到多种气候类型。现有的区域尺度的土壤侵蚀模型多采用单一的产流类型,并不能真实准确地反映区域尺度的产流过程。因此,以DEM栅格单元为基本模拟单元,以日为时间模拟单元,构建了基于动态产流机制的区域尺度分布式土壤侵蚀模型。该模型采用动态产流方案,即根据降雨特征和下垫面特征之间的动态对比关系动态选取产流方式,并详细描述了降水、渗透、植被截留、填洼、降雪融水、蒸散发等过程,从而更加准确地描述了区域尺度的产流过程。采用RUSLE模型计算泥沙剥蚀量,并采用月均植被覆盖度计算C因子,使得长时间序列模拟中,C因子是动态变化的,从而使得模型能够更加真实地反映土壤侵蚀的状况。最后,以临沂流域为研究区,对模型进行了验证和应用。模拟结果表明,该模型在临沂流域适用。研究结果说明临沂流域的泥沙主要来源于上游和中游,海拔高度是土壤侵蚀的重要影响因子,临沂流域的土壤侵蚀主要分布在200～500m的海拔高度带上。     

2005-2019年洞庭湖平原耕地面源污染迁移轨迹及空间格局

洞庭湖平原因不合理的农业生产活动导致严重的耕地面源污染问题，揭示洞庭湖平原近10余年耕地面源污染迁移轨迹及空间格局，可为洞庭湖平原下一步科学防治耕地面源污染提供参考。该研究以洞庭湖平原湖南省部分的21个区（县、市）为实例，利用清单分析法构建农田化肥、人畜排泄物和农田固废3类污染单元，测算化学需氧量（Chemical Oxygen Demand，COD）、总氮（Total Nitrogen，TN）和总磷（Total Phosphorus，TP）3类污染物排放情况，并运用空间分析、重心模型和冷热点分析研究2005－2019年洞庭湖平原耕地面源污染轨迹迁移变化及空间格局。结果表明：1）从时序上看，2005－2019年间3类污染物排放总量和排放强度总体上均呈现下降趋势；从空间分布上看，COD排放强度等级分布更为集中，洞庭湖平原耕地面源污染程度呈现出"东部>西部>中部"的空间格局；2）从重心模型分析来看，3类污染物排放强度重心在东西方向上的移动更显著，并且重心移动速度呈现阶段变化；3）从冷热点分析来看，3类污染物空间分布格局差异性显著，COD最为明显，TP次之，TN最小，热点区域大多分布于洞庭湖平原东部，冷点区域大多分布于洞庭湖平原中部。研究说明了在生态文明建设过程中，洞庭湖平原耕地面源污染情况有所好转，并且各地区耕地面源污染程度和治理都具有差异性，为今后因地制宜治理耕地面源污染提供理论依据和思路。     

蒲河流域氮污染负荷模拟及时空分布

目前世界上许多国家仍面临严重的非点源污染问题,其中氮素污染负荷仍是水资源研究与环境治理方面的重点问题。利用SWAT模型,结合地形地貌、土地利用、气候条件等因素对氮污染负荷进行模拟及时空分布研究,对非点源污染治理具有重要意义。在辽宁省沈阳市蒲河流域基础资料搜集基础上,应用GIS结合SWAT构建模拟研究数据库,根据蒲河水系分布将流域划分为23个小流域215个水文响应单元,分别对氮素形态、氮污染负荷贡献率、氮污染关键区以及流域氮污染的时空分布等进行模拟研究。结果表明:1)氮以有机氮、NH4+-N、NO3--N、NO2--N的形式存在于水体中,NO3--N含量最高。2)时间上,TN量在年内各月呈波动变化,且TN流失具有明显滞后性。3)空间上,流域有机氮和NO3--N整体呈现由东北向西南扩散,上游及中游地区含氮量高于下游地区,1号子流域为氮素污染关键区,3、9、10号为次要关键区,TN贡献区主要集中在流域出口至马家窝棚水域。     

排水沟渠水-底泥-植物协同作用下非点源溶质氮运移模拟研究

沟渠系统"过程拦截"是现阶段农业非点源污染控制和管理的重要手段。针对当前农田排水沟渠水体-底泥-植物系统内各介质间非点源溶质迁移转化机制不清的现状,在简要分析农田排水沟渠水-底泥-植物复合生态结构及其各组分功能特征的基础上,以沟渠中水体为中心,解析了非点源溶质氮在沟渠系统单一介质以及不同介质间的迁移转化过程;考虑到排水沟渠中水体和污染物均以沿沟渠方向线性迁移为主,应用水流连续方程和非保守性污染物迁移扩散方程,构建了农田排水及其中非点源污染物在排水沟渠中的一维迁移模型,并结合试验沟渠具体情况进行了适度简化;通过内业可控性监测试验,同时提出了沟渠系统水-底泥-植物不同介质对水体中非点源污染物衰减程度影响的量化计算方法;将所建模型与计算参数应用于野外试验沟渠,以氨态氮和硝酸盐氮为例进行模拟,结果表明模拟结果与实测值结合较好,其中氨态氮模拟效率系数为0.87,硝态氮模拟效率系数0.93,表明所建模型及模拟手段符合试验沟渠实际情况,具有较好的适用性。     

洞庭湖平原化肥面源污染生态环境风险及脱钩效应

[目的]推动实现农业经济增长与化肥面源污染生态环境风险的脱钩,为有效治理耕地面源污染和耕地可持续利用提供理论支持。[方法]基于生态环境风险评价模型,从县域尺度评价洞庭湖平原各地区化肥面源污染生态环境风险程度,采用非参数核密度估计洞庭湖平原化肥面源污染生态环境风险区域差异,进而采用脱钩模型进一步分析了洞庭湖平原农业经济增长与耕地化肥面源污染生态环境风险的脱钩关系。[结果](1) 2009—2019年洞庭湖平原化肥面源污染生态环境风险指数呈现先升后降的趋势,化肥面源污染生态环境风险指数先由2009年的0.749升至2014年的0.762,然后降至2019年的0.732,经历了由中度风险转为高度风险,后又降为中度风险的过程;中部地区污染更严重;(2)化肥面源污染生态环境风险区域差异明显,呈现两极分散化集聚特征,内部差距先扩大后缩小;(3)洞庭湖平原农业经济增长与化肥面源污染生态环境风险的脱钩关系呈现出明显的阶段性特征：第一阶段为波动期(2009—2013年),第二阶段为强脱钩期(2014—2019年)。[结论]在面源污染治理工作的推进下,洞庭湖平原化肥面源污染生态环境风险经历了先上升后下降的...     

设施大棚农药污染残留调查分析

利用弗罗里矽柱净化前处理方法,采用气相色谱（GC）方式,依据保留时间和特征离子丰度比,对辽宁某地区大棚内种植黄瓜及其叶片部分样品中的有机磷类农药（粉锈宁、乐果、敌敌畏、喹硫磷、辛硫磷、噻嗪酮、甲拌磷、马拉硫磷和对硫磷）,拟除虫菊酯类农药（百菌清、氯氰菊酯、氰戊菊酯、溴氰菊酯）的残留量进行检测分析。结果表明,有机磷类农药检出种类不固定,拟除虫菊酯类农药检出情况较为稳定,有机磷和拟除虫菊酯类农药在叶片中的检出率均略高于在果实中的检出率,且在不同时期不同大棚检出情况略有差异。针对当前农药施用现状,应多注意有机磷类和拟除虫菊酯类农药的使用和监管,对于有机磷类高毒性农药应减少或停止施用,中低毒性的拟除虫菊酯类农药应加强其作用的宣传并控制其使用量,避免追求高产量而盲目过量的施用,造成不必要的污染。     

基于最小累积阻力模型的三峡库区耕地面源污染源-汇风险识别

耕地所引起的农业面源污染是三峡库区主要生态环境问题之一。该文设置距离长江干流0～20、20～40、40～60和60～80 km 的缓冲区,对库区耕地源景观划分4个等级,依据耕地面源污染过程,在获取地形、地貌、气象、水文、土壤和植被等方面的主要自然影响因子的基础上,构建影响耕地面源污染的阻力基面,借助最小累计阻力模型测算不同等级源景观阻力面,并通过自然断点法对阻力面进行5个等级的源-汇风险分级（极低风险区、低风险区、中风险区、高风险区和极高风险区）,以此识别影响库区耕地面源污染的源-汇风险格局,结果表明：①库区一级源耕地占总耕地面积的50%以上,越向外围延伸耕地分布空间越小,且重庆库区的分布多于湖北库区,旱地的分布多于水田;②在耕地源景观所处的缓冲区范围内,阻力面偏小,并围绕源景观向外呈现不断增大的趋势,且水田源景观阻力面大于旱地源景观;③受空间距离的影响,阻力面的空间特征表现为高值区空间范围明显小于低值区;④库区耕地面源污染源-汇风险格局特征表现为高风险趋势,极高风险区（21706.13 km2）>中风险区（16257.75 km2）>极低风险区（10311.6 km2）>高风险区（7464.65 km2）>低风险区（2221.61 km2）;⑤高风险区主要集中于库区平行岭谷区,而低风险区主要分散在距离长江干流偏远的秦巴山区和武陵山区;⑥研究结果有助于从影响面源污染的阻力面角度评价由耕地所产生面源污染的风险程度及等级,为科学防范和治理农业面源污染提供决策依据。     

基于SWAT模型的小流域非点源氮磷迁移规律研究

非点源污染是影响农业水土环境的重要因素。在GIS平台的支持下,运用SWAT模型,以长江下游岔河小流域为研究对象,分析了氮磷流失时空分布规律,并模拟不同灌溉方式下非点源氮磷流失变化。结果表明:率定后的模型适用于小流域非点源污染的模拟;降雨量与径流及有机氮磷流失具有明显的相关关系,汛期(6-9月)的径流量占全年径流量的56.40%,有机氮磷流失量分别占到64.89%和59.70%;在空间尺度上,有机氮与有机磷负荷空间分布相似,呈现出随地表径流向岔河主河道逐渐汇聚的分布特征,大豆和水稻田是非点源污染的主要贡献地区;通过情景模拟发现,不同灌溉方式对小流域氮磷流失影响显著,对水稻田实行优化灌溉,采取浅灌高蓄的控制方法,可以有效改善小流域农业水土环境。     

基于GARBF神经网络的耕地土壤有效磷空间变异分析

为了调整耕地管理措施、合理施用磷肥、减少磷素流失、降低水体非点源污染,该研究以高州市为例,在全市各区镇共采集了664个耕作层(0～20cm)土样,利用遗传算法优化的径向基函数(radial basis function network optimized by geneti calgorithm,GARBF)神经网络和普通克里金法(Ordinary Kriging)等方法,分析了县域耕地土壤有效磷在不同采样尺度下的空间变异特征及其空间分布格局与成因。结果表明,高州市耕地表层土壤有效磷存在半方差结构,半方差函数曲线与指数和球状模型曲线拟合较好;5种采样尺度下(训练样点数分别为100、200、300、400和500)耕地表层土壤有效磷均表现出弱的结构空间相关,在较大范围内空间自相关性较差。GARBF神经网络空间插值能力在整体上要有优于基于邻近点RBF神经网络和普通克里金法。300样本下GARBF神经网络空间插值结果表明,高州市耕地表层土壤有效磷的盈余现象比较严重,并且盈余有效磷的流失对该地区水环境会产生严重的威胁。该研究结果可以为土壤属性空间估测、合理施肥以及降低水体非点源污染提供理论依据和技术支持。