流域氮磷输出、河流输送与库区富营养化关联分析——以福建山仔水库为例

建立流域氮磷输出、河流输送与入库通量的分析方法,以福建省山仔水库为例,基于GIS技术分析乡镇、子流域的氮磷污染分布和来源构成,识别关键源区并探讨库区水质与流域污染输出和河流输送之间的关联性。结果表明,2009年山仔流域单位面积总氮输出负荷为13.4 kg N·hm-2·a-1（生活污水和化肥流失占64%）,总磷输出负荷为0.82 kg P·hm-2·a-1（畜禽养殖和生活污水占90%）,入库氮、磷负荷分别为3248 t N·a-1和192 t P·a-1,其中河流输入占62%和89%,环库区面源污染贡献小于2%;不同乡镇单位面积氮输出负荷为3.54~20.0 kg N·hm-2,磷输出负荷为0.38~2.50 kg P·hm-2,其中日溪乡和霍口乡临近库区,化肥流失与畜禽养殖污染最重。上游乡镇污染较轻,但生活污水比重大（42%~84%）。皇帝洞溪子流域污染最重（19.4 kg N·hm-2;1.95 kg P·hm-2）,其次是霍口溪中下游和日溪子流域。库区总氮高值出现在坝区和日溪湾汊,总磷高值在小沧至霍口溪七里入口之间,水质有明显分区,与流域污染分布、河流输送和库区沉积物的释放相关联,河流输入对库区富营养化起决定性作用。流域氮磷输出负荷比值平均为16,库区水中氮磷比值在15~20之间,意味着该生态系统处于磷的弱限制,水华爆发风险较大,建议采取“分区整治流域污染、氮磷联合削减、畜禽养殖和磷肥流失优先控制”的富营养化防控策略。     

三峡库区的水环境污染

三峡水库蓄水水位最高已达170 m以上,库区水流速度减缓,自净化能力下降,环境污染压力加重。对三峡库区水环境的重金属污染、富营养化和持久性有机污染物质的来源途径、污染现状及其时空动态机制、危害程度和影响范围进行分析,并提出了防治对策,旨在为三峡库区环境保护提供参考。     

基于输出系数模型的三峡库区(重庆段)农业面源污染负荷估算

由农业面源污染引起的水环境问题严重影响着三峡库区的生态环境.利用输出系数模型对三峡库区(重庆段)的农业面源污染负荷进行了估算.结果表明,2011年三峡库区(重庆段)农业面源污染物总氮和总磷负荷量分别是30 786.9×106和4 221.0×106 g/a,且前者是后者的7.3倍.土地利用和植被覆盖情况明显影响总氮和总磷负荷量,不同污染源类型对污染负荷贡献的差异较大.不同的污染源类型对面源污染物总氮负荷贡献率的大小顺序为:耕地,林地,农村生活污水及废弃物,畜禽养殖,园地和牧草地;对总磷负荷贡献率的大小顺序为:耕地,畜禽养殖,林地,园地,农村生活污水及废弃物和牧草地.各区县总氮和总磷负荷量和负荷强度的差异较大,开县、江津区、涪陵区和万州区的总氮和总磷负荷量较大,巴南区、长寿区、沙坪坝和南岸区的负荷强度则较大.农业面源污染物氮和磷分布状况和负荷强度的研究,不仅为分析三峡库区农业面源污染的区际和年际变化提供了基础数据,而且为三峡库区区域规划和农业结构调整提供了科学依据.     

三峡库区成库前后干流万州段水体总磷特征

本研究分析了长江水利委员会水文局长江上游水文水资源勘测局自2002-2017年按照水利部水环境监测规范,在三峡库区的长江干流万州站所测得的干流澄清性水体总磷数据.结果显示:①与蓄水前一年,即2002年6-12月水位平均值相比, 2003年6-12月,万州段水位升高了14.66～37.11 m,流速减缓了0.27～1.29 m/s,而水体澄清性总磷增长1.3～6.5倍,由蓄水前的平均每月0.03 mg/L骤升至0.12 mg/L;②2003年蓄水后至今,长江干流万州区澄清性总磷年均变化和丰水期(5-11月)澄清性总磷年均变化正相关性极有统计学意义(p0.01);③2012年以后,总磷呈现逐年减少的趋势,由0.18 mg/L减至2017年的0.08 mg/L,年均下降超过20%.综上,降雨量的起伏是导致2006年及之后库区长江干流磷浓度变化的主要原因;三峡水库蓄水后,水位上升、流速减缓强化了降雨量对整个三峡库区长江干流磷浓度变化的影响;三峡水坝工程开工伊始,国家在库区实施了退耕还林和库周绿化工程等一系列措施,治理成效在2012年之后逐渐显现,水体澄清性总磷显著降低.     

3种植物对人工模拟三峡库区富营养化水体的净化研究

根据三峡库区水体氮、磷的富营养化情况,人工模拟三峡库区水生生态系统,栽植鸢尾、菖蒲和石菖蒲3种水生植物,开展利用水生植物净化三峡库区水质的研究.结果表明:(1)水生植物的存在对调节水体的pH值有一定作用;(2)人工种植适合于库区湿地生态系统生长的植物,对库区污染水体中的氯、磷有很好的去除效果,但不同植物的去除率有所不同;(3)3种水生植物对氮、磷的去除能力不同.对TN和NO-3-N的去除率高低排序为菖蒲,鸢尾,石菖蒲;对NH+4-N和TP的去除率高低排序为菖蒲,石菖蒲,鸢尾.初步认为三峡库区以种植菖蒲较好.     

阳宗海南岸流域农村及农业面源对水体磷污染的贡献

基于遥感解译、野外监测等手段,对阳宗海南岸不同土地利用类型下的种植业、农村生活以及畜禽养殖业进行磷污染负荷核算。结果表明:该流域磷污染负荷总量为34.53 t,畜禽养殖和农村生活是阳宗海南岸流域磷污染的主要来源。其中畜禽养殖排放量最大,为22.32 t,占整个流域磷污染负荷的65%;农村生活磷污染负荷量主要集中在新街村委会,总磷(TP)排放量为8.62 t,占整个流域磷污染负荷的25%;种植业总磷(TP)排放量最小,占总负荷的10%,且主要来源于旱地。针对阳宗海南岸流域磷输出量污染的治理,需要考虑种植业和农村生活中磷的排放,尤其应把畜禽养殖污染作为重点研究对象,并制定相应的控制措施。     

三峡库区消落带狗牙根和牛鞭草人工湿地对磷的去除效应

研究了以狗牙根和牛鞭草为优势种的人工湿地对不同浓度含磷污水的季节性消减效果。结果表明,以狗牙根和牛鞭草为优势物种的人工湿地比未进行生态修复的对照,在总磷去除能力方面显著提高。此外,狗牙根和牛鞭草人工湿地对总磷的去除不受植物生长季的影响。狗牙根和牛鞭草对中浓度和高浓度磷的去除能力要显著高于对低浓度磷的去除能力。在三峡库区消落带采用适宜物种构建人工湿地进行生态修复,对于截留、吸收库区屏障带进入消落带湿地生态系统的生活和生产污水的磷素具有重要的生态效益,是防治三峡库区水体富营养化的有效途径。     

基于输出系数模型的1998—2016年洱海流域磷素时空变化特征分析

为分析1998-2016年洱海流域磷素时空变化特征,本研究通过输出系数模型计算1998、2005、2010、2016年洱海磷污染负荷,以细化磷污染来源。结果表明:1998-2016年,洱海总磷污染负荷总体呈上升趋势,具体表现为流域内点源污染增加、面源污染减少,但面源污染仍是主要污染源。其中,1998年洱海流域总磷污染负荷为390.273 t,2005年为402.150 t,2010年为398.879t,2016年达到最高值429.451 t。农业面源、畜禽养殖粪便和城镇居民生活污水是洱海流域三大污染来源,其产生平均负荷分别占总磷污染负荷的48%、18%、15%。洱源县总磷污染负荷达205.608 t,大于大理市污染负荷。洱海子流域总磷单位面积负荷集中于86.027~540.519 kg·km^-2·a^-1,其中子流域1~14变化明显。今后流域治理过程中可通过提高污水处理效率、实现畜禽粪便科学还田、合理施用化肥等方式,减少磷素向水体中的排放量,从而实现流域内磷素的合理循环。     

江苏省苏州城区河道底泥中磷形态分布的研究

测定了江苏省苏州城市不同河流段底泥中各种形态磷的含量。结果表明,河流底泥磷含量总体都较高,总磷的含量大多数在1 000 mg/kg左右,远远超过了当地土壤中总磷含量的本底值。底泥污染主要是无机磷污染,无机磷占到了总磷的72%~91%;有机磷含量较低,占总磷的9%~28%。无机磷可分为非磷灰石无机磷和磷灰石无机磷,二者在不同河道底泥中的含量和比例都不尽相同。     

基于SWAT模型的三峡库区大流域不同土地利用情景对非点源污染的影响研究

非点源污染对三峡库区流域的水环境污染起到主导作用。本文将SWAT(Soil and Water Assessment Tool)模型应用于库区大尺度流域的污染模拟研究中,以2005年土地利用现状为基准设定了6种土地利用情景,定量分析了不同土地利用措施对非点源污染的控制效果。首先采用三峡库区流域2002—2008年的水文、水质实测数据对建立的SWAT模型进行率定与验证,径流、泥沙、营养盐的评价指标ENS均达到令人满意的效果,表明SWAT模型应用于三峡库区流域是可行的。不同土地利用情景的非点源影响模拟结果表明,通过退耕还林措施将25°、15°、6°以上的耕地转化为林地可达到较好的非点源污染消减效果,考虑库区地处贫困山区,25°以上耕地退耕还林更为经济、可行;相同区域的草地转化为林地所产生的非点源污染要远远小于转化为耕地而产生的污染物,因此应严格控制自然植被退化为耕地的现象发生,否则会严重加剧库区污染状况;库区扩大林地范围的方案要有计划性、针对性,可在减少坡耕地的基础上进行,该措施能最大限度地减少库区非点源污染。本研究所得结论为政府科学合理的制定三峡库区流域非点源污染控制方案提供了重要科技支撑。     

三峡库区水土流失状况及防治对策

三峡库区水土流失是长江下游洪涝灾害的直接原因,同时也危及整个长江流域的可持续发展。针对造成三峡库区水土流失的主要因素,以经济发展观和可持续发展观为指导思想,提出开展森林生态系统恢复、发展生态农业将是治理三峡库区水土流失和生态环境转变的主要任务,使三峡库区区域经济走上一条人口、经济、社会和环境相互协调,可持续发展的道路,对三峡库区生态环境的好转和可持续发展具有重要意义。     

湖北省三峡库区1991—2014年农业非点源氮磷污染负荷分析

为研究湖北省三峡库区农业非点源氮磷污染负荷的时空分布特征,分析主要农业污染源和重点控制区域,运用改进的输出系数模型结合入河系数对研究区1991—2014年的不同农业源（农村生活、畜禽养殖和农田种植）和不同地区（夷陵、秭归、兴山、巴东）总氮总磷负荷量、排放强度进行估算,并对时空分布特征进行了分析。结果表明,1991—2014年湖北省三峡库区农业非点源污染总氮、总磷年均负荷量分别为2 132.10、222.64 t·a^-1,年均排放强度分别为1.85、0.19 kg·hm^-2·a^-1。2006年以前,总氮、总磷负荷较低,而后缓慢增加。相比于1991年,2014年总氮年负荷量降低了4.22%,总磷年负荷量增加了12.30%。从各类污染源贡献来看,旱地和乡村人口是总氮的主要贡献源,旱地和猪的养殖是总磷的主要贡献源。从氮磷负荷空间分布看,巴东县的总氮、总磷负荷最高,夷陵次之。从排放强度的空间分布看,巴东县的排放强度最高,其次是秭归。研究表明,农田种植和畜禽养殖是总氮、总磷负荷的主要贡献源,巴东县是农业非点源防治的重点控制区域,湖北省三峡库区的农业非点源污染防治工作仍需努力。     

湖北省三峡库区农业面源污染解析

湖北省三峡库区农业面源污染物类型复杂,来源不明,底数不清,导致防控措施不力。采用综合调查法对4个库区县(区)2007年农业面源污染情况进行调查,运用排污系数法测算污染物负荷量,采用等标污染负荷法进行评价与源解析。结果显示,湖北省三峡库区2007年农业面源TN、TP和COD的排放/流失总量分别为2918.08、346.22、12461.10t.a-1;主要污染物是TN和TP,其等标污染负荷量分别为5836.16、3462.20m3.a-1,两者等标污染负荷比和为91.80%;库区内主要农业污染源是种植业和畜禽养殖业,其等标污染负荷比分别为56.08%和34.37%,而农村生活污染源只有7.99%;4个县(区)污染负荷的比重为夷陵区>巴东县>秭归县>兴山县。因此,针对湖北省三峡库区农业面源污染的控制策略:防控的污染物主要是TN和TP,防控的重点源为种植业和畜禽养殖业,防控的重点区域为夷陵区。     

典型农业小流域面源污染源解析与控制策略——以丹江口水源涵养区为例

【目的】对丹江口库区典型小流域农业面源污染现状进行调查分析,解析该地区农业面源污染负荷和污染源,以期为制定针对性防控策略及促进农业绿色发展提供参考依据。【方法】通过问卷调查形式对谭家湾流域进行实地走访调研,对两个村域内的种植、养殖和人居生活等污染源进行分类调查,应用输出系数法和等标污染负荷法对污染负荷进行估算。【结果】谭家湾流域农业面源污染实际产生量由2015年的162.32 t降低至2020年的27.79 t,等标污染负荷总量由62.44 m³下降至21.14 m³,主导污染源由土地利用转变为畜禽养殖。流域内总氮（TN）、总磷（TP）和化学需氧量（COD）的年负荷总量分别为5.56、0.86和21.37 t。各类污染源的贡献率表现为：畜禽养殖>土地利用>农村生活,其中生猪养殖的TN、TP和COD负荷量分别占流域负荷总量的50.91%、64.20%和46.66%,是该地区最重要的污染源。TN是流域内最主要的农业面源物,其污染等标负荷占负荷总量的52.6%,其次为TP,污染负荷率为40.7%,COD的等标污染负荷率最小为6.7%。环境污染风险评价结果显示,流域内畜禽粪便耕地负荷警报值为0.489,分级级数为Ⅱ,对环境构成污染的威胁为“稍有”,流域养殖总量在现有基础上还有10 815头猪当量的扩增空间。【结论】2015年以来,流域农业面源污染强度显著降低,保持合理的禽养殖规模,同时做好污染物消减措施,对促进丹江口库区典型流域农业面源污染持续减排具有重要意义。     

三峡水库忠县段蓄水前后水质状况研究

2001-2007年对三峡库区忠县段的水质进行监测,分析蓄水前后三峡库区忠县段的水质变化。结果表明,长江忠县段在三峡水库蓄水前后水质稳定,水体的基本类别未发生改变,属地表水Ⅲ类水质。水质污染特征上蓄水前后未发生改变,主要污染因子为COD、BOD5、CODMn、TN、TP,表现为明显的有机污染特征,其整体污染水平逐年下降,在水体中所占污染比重也逐年下降。在蓄水的各阶段,库区水文状况的变化是其水质变化的主要因素之一,蓄水与悬浮物、水质状况呈一定相关性,表现为蓄水使得悬浮物降低,悬浮物降低使水质变好。     

开县蔬菜基地土壤对汉丰湖水质的影响

为了解三峡水库蓄水后被淹没的肥沃土壤对"汉丰湖"水质的影响,结合2007年开县环境监测站对开县156～175m水位线以下的蔬菜基地的调查监测数据,对"汉丰湖"存在的污染贡献和成库后潜在的环境风险进行研究。结果表明,部分监测点总汞、总镍超标;部分监测点总磷和化学需氧量达到清库标准要求,为政府制定措施提供技术参考和理论依据。     

丹江口水库核心水源区典型流域农业面源污染特征

为分析丹江口库区农业地表径流及其水质污染特征,识别流域水质污染风险变量,探究主要潜在污染物时空排放规律,估算流域污染负荷并分析污染物来源贡献,应用因子分析方法,通过周年常规监测,对核心水源区典型小流域的地表径流及其水质污染特征进行了分析,并探讨了其时间差异性。同时采用平均浓度法估算了流域内面源污染负荷量和各污染源类型对主要潜在因子负荷的贡献率。结果表明:流域内水体浊度、色度及流量在上游与下游间存在显著差异,总氮(TN)、总磷(TP)、化学需氧量(COD)、铵态氮(NH_4~+-N)、硝酸盐氮(NO_3~--N)、pH和电导率在不同监测断面间差异不显著;TN、TP、COD和流量是影响库区水质、造成污染风险的主要潜在因子;5—9月,随着降雨量和流量的增加,同步出现农业面源污染排放高峰。流域内,上、中、下游流域监测断面TN年负荷量分别为4.94、11.04、20.43 t,TP年负荷量分别为0.17、0.50、0.68 t,COD年负荷量分别为29.02、68.78、118.27t。农业生产及生活对TN贡献较大,规模化养殖对TP贡献较大,二者联合对COD负荷贡献率达到76%。研究表明,大量氮磷随水土流失进入水体是引起小流域面源污染负荷偏高的主要原因,加大对农业生活区和规模化畜禽养殖的控制管理,构建植被缓冲带等减少水土流失措施,对有效防治丹江口核心水源区典型小流域的面源污染具有重要作用。     

新沂市水产养殖非点源污染负荷评价

随着水产养殖业的发展,农业非点源污染已逐渐成为新沂市的主要污染源之一。对新沂市17个镇的水产养殖污染情况进行了取样分析调查,以COD、TN、TP作为评价因子,计算各评价因子污染排放量,并采用等标污染负荷的评价方法对各类污染源进行了评价。结果表明：新沂市水产养殖主要以TN和TP污染为主,各镇水产养殖污染等标污染指数差异很大,地区差异性明显。     

冯家山水库水环境容量研究

选取冯家山水库2003~2006年水库出口监测数据,评价了冯家山水库的水环境质量现状。结果表明,近几年来冯家山水库水质符合地表水水源地一级保护区标准的要求。根据冯家山水库确定的水质保护目标,选用适合于冯家山水库水环境特征的水质模型,分别计算COD、TP的水环境容量。以2006年为现状年,根据冯家山水库的水质监测数据计算了COD、TP的已利用环境容量和剩余环境容量,结果表明,冯家山水库库区自净能力相对较大。结合实地调查,分析了水库水环境质量得到改善的重要途径。     

重庆市农业面源污染影响因子的系统分析

采用系统分析与数学分析方法,探讨了重庆市农业面源污染(NPSP)影响因子的作用大小、作用方向和作用方式,划分重庆市农业面源污染防治的类型.结果表明,主导因子是代表畜牧业的粪便承载系数、代表种植业的耕地面积和代表农民生活的人均收入,其中粪便承载系数显示抑制作用,而耕地面积和人均收入则促进面源污染的加重,且它们均以直接作用的形式影响农业面源污染.重庆市农业面源污染的防治可分为压力-响应较大型、压力大而响应小型、压力小而响应大型和压力-响应较小型等.