宁夏灌区农田退水污染形成原因及防治对策

对宁夏引黄灌区退水污染现状分析发现,宁夏引黄灌区200条大小排水沟中,13条污染严重,主要污染物为氨氮、总磷、氟化物、COD、BOD等,且均超标严重。在此基础上,分析指出客观的自然地理条件、农用化学物质的大量使用、落后的排灌工程体系以及传统的农业生产方式和管理方式是导致灌区农田退水携带大量的污染物质进入黄河的主要原因,并结合这种现状提出了加强灌区退水污染综合管理、强化科技支撑、增加资金投入、加大宣传力度等相应的污染防治对策,为灌区农田退水污染控制关键技术的进一步研究提供参考。     

灌排控制措施结合沟塘湿地改善水稻灌区排水水质的模拟分析

针对水稻灌区农田排水氮素输出影响水环境的问题,该研究以大运河扬州段沿运灌区为例,在大田监测的基础上,运用田间水文模型--DRAINMOD模拟分析不同田间灌排控制措施的减排效果,并探讨利用农田周边沟塘湿地净化排水,达到灌区小流域不同水质目标的水管理方案。结果表明,在研究区目前常规灌溉（定额为9 600 m3/hm2,合水深960 mm）和常规排水（排水沟深0.6 m,等效间距50 m）模式下,农田单位面积上的年均排水总量高达1 162 mm,是灌溉量与降雨量之和的59%;其中地表径流占比51%,仅有25%是由降雨造成的不可控部分。采取理想的避免地表径流的干湿交替控制灌溉措施（年均灌溉量320 mm）可以显著降低排水量和氨氮的输出,相较于常规灌溉模式,可削减55%的排水量和59%的氨氮输出。研究区农田控制排水削减排水总量的效果较差,且在一定程度上增加了地表径流。由于地表排水中氨氮浓度（2.85 mg/L）高于地下排水（其浓度为1.80 mg/L）,地表排水比例的提高会增加排水对氨氮的输出。从研究区小流域范围内沟塘湿地分布考虑,目前灌溉与排水量均过高,现有沟塘湿地不足以发挥作用;只有通过控制灌溉措施显著减少排水量以后,才有可能利用现存的湿地面积将排水中的氨氮浓度降低到地表水水质标准Ⅴ类水。因此,该研究建议在合理控制灌排水量的基础上,通过整合、优化灌区现有沟塘湿地资源来有效改善研究区农田排水水质。研究可为类似地区农田排水污染控制提供理论依据。     

控制排水条件下农业非点源污染物流失特征

通过在宁夏回族自治区青铜峡灌区进行的自由排水与控制排水的对比监测试验,系统分析了控制排水条件下排水量以及农田排水中盐分、总磷、硝酸盐氮、氨氮浓度和负荷的变化特征,分析了控制排水的节排减污机理。研究结果表明：相比于自由排水,控制排水在稻田生长期可累计减少排水43.01%,并降低农田排水中各类污染物浓度,盐分、总磷、硝酸盐氮、氨氮浓度分别减少7.68%、17.39%、18.16%、9.20%;农田排水中盐分、总磷、硝酸盐氮、氨氮污染负荷相应减少46.49%、44.46%、57.51%、38.89%;污染负荷的     

宁夏引黄灌区排水沟水环境质量及其影响因素

[目的]探明宁夏引黄灌区排水沟水环境质量及其影响因素,旨在为排水沟水体污染综合整治提供一定的理论依据。[方法]搜集2009—2015年排水沟水环境因子指标和以地级市为单元的社会经济指标数据,选取高锰酸盐指数、化学需氧量、氨氮、总磷、生化需氧量、挥发酚、氟化物、氰化物、硫化物作为水质综合污染指数的评价因子,采用相关分析法和灰关联法分析研究社会经济指标对排水沟水质的影响程度。[结果]南干沟水质呈现逐年好转趋势,银新干沟水质和清水沟水质急剧恶化,其他排水沟的综合污染指数变化趋势较平稳,且水质总体状况较好;排水沟水质与社会经济指标的相关性和关联度都较高:中干沟与化肥使用量相关系数高达0.998,南干沟与工业废水排放总量相关系数高达0.983;永二干沟与农业耗水量的关联度高达0.793 41,南干沟与工业废水排放总量的关联度高达0.755 69。[结论]排水沟的水质变化趋势受农业面源污染和工业废水的影响较大;以地级市为单位,综合污染指数与社会经济指标的相关性大小依次为吴忠市、银川市、中卫市、石嘴山市;相关分析与灰关联分析结果有较好的一致性,且运用二者结合分析了影响排水沟的最主要影响因子;总体上,农业生产对银川市和石嘴山市排水沟水质影响较大,工业生产对吴忠市和中卫市排水沟的影响较大,且农业生产导致的农业面源污染比工业生产产生的工业废水对排水沟水质状况影响程度大。     

基于排水过程分析的水稻灌区农田面源污染模拟

对前郭灌区主要面源污染物迁移、转化及汇集过程开展了2a的系统试验与监测,模拟了灌区面源污染水质水量过程,分析了灌区农田面源污染形成机制。水均衡测定结果表明,灌区排水主要由灌溉退水、稻田地表弃水和稻田渗流排水3部分组成,采用马斯京根法和连续分段马斯京根法能够有效地模拟各级排水沟道的排水过程。主要面源污染物随水体发生迁移及掺混,采用一级动力学方法描述污染物转化过程,模拟的灌区水质水量过程与实际过程符合较好,稻田地表退水主要影响水稻抽穗前的面源污染入河过程,而渗流排水则在抽穗后灌区排水水质中起主要作用。结果表明水稻灌区中地表排水和稻田渗漏排水对于面源污染过程起主要作用。     

密云土门流域出口氮磷污染分析

为了满足水污染控制规划和流域水资源保护的需要,在土门西沟出口对径流量、径流水质进行同步监测,结合以前的监测资料,对径流量与污染负荷之间的关系进行分析.结果显示:流域内水质氮磷含量超标,特别是氮远远高于Ⅴ类水.总磷在Ⅲ类水标准以内,流域的非点源氮磷源已成为流域主要污染物;径流量和污染负荷有很好的相关性,其中总磷与地表径流量相关性最高,总氮与地表径流量相关性比较差,氨氮是氮源污染的主要形态,而且氨氮容易挥发和转化;这与当地居民使用氮肥和二铵有关;总氮与氨氮的相关关系较好,和硝态氮相关系数较小;控制污染物的排放和减小暴雨径流是有效治理非点源污染措施.     

基于土壤微环境分层的平原水稻灌区磷污染模型

灌溉农田产生的非点源磷是造成水体富营养化的主要原因之一，但是目前国内外的磷污染模型对于平原灌区灌溉和排水管理下的水分运动过程和氧化还原条件下的磷转化过程的定量表征还比较欠缺。该研究构建了适用于平原水稻灌区水分运动和磷转化迁移的机理性磷污染模型，模型根据稻田水量平衡和沟道运动波方程模拟灌区产汇流，采用考虑土壤微环境分层的磷转化模型和对流扩散方程模拟灌区产汇污。模型中将耕作层分为有氧层和无氧层，定量表征了由于水田干湿交替导致的土壤分层溶解氧变化和磷的转化过程。为了验证模型的可靠性，利用黑龙江省和平灌区2018年试验田实测田间土壤水、积水及排水和2条支沟实测排水的水量和水质数据对模型进行了率定和验证。验证结果显示试验田、一排和七排排水的径流流量、磷浓度的模拟结果与实测结果都吻合较好。模拟排水流量的Nash-Sutcliffe效率系数（NSE）和决定系数（R2）分别大于0.820和0.815；模拟总磷浓度的NSE和R2分别大于0.811和0.821；考虑土壤微环境分层后得到的土壤可溶磷垂向分布结果比不考虑分层时与原位实测结果更接近。该磷污染模型被用于模拟和平水稻灌区的非点源磷污染。灌区磷污染浓度过程统计结果显示，2018年水稻生育期内通过排水和渗漏流失的磷为1.88 kg/hm2，约占施肥和灌溉磷输入的5.7%。其中分蘖期和拔节孕穗期径流磷输出负荷最大，分别为0.85和0.60 kg/hm2；泡田期和分蘖期渗漏输出负荷最大，分别为0.11和0.16 kg/hm2。灌区一排和四排由于控制面积大，输出磷污染物总量大于其他排水沟。该研究所构建的磷污染模型包含稻田灌溉和排水过程的水分运动及稻田干湿交替引起的氧化还原变化条件下的磷转化和运移，可为平原灌区水肥运筹管理下的磷运移模拟提供更准确的方法。     

干旱区引水灌区灌溉退水计算方法

准确计算干旱地区灌区退(回归)水,对水资源高效利用具有重要意义。针对中国西北干旱地区大量引水灌区的特点,该研究结合退水单位线和"水桶模型"(根系层的水均衡模型)建立了灌溉退水计算模型,并将该模型应用于甘肃省景电灌区(黄河流域部分)的退水计算,结果表明:灌区退水量计算值与监测值拟合良好,模型率定期和验证期决定系数分别为0.82和0.71,模型可靠。2000年至2019年深层渗漏量和退水量的分析结果表明:年深层渗漏量与净灌溉和有效降雨的总量呈显著正相关,相关系数r=0.718(P0.01);月深层渗漏量受灌区作物生长期的影响显著,69.6%的深层渗漏在冬灌(10-11月)期间产生;年深层渗漏系数与年深层渗漏量呈显著正相关(r=0.944,P0.01);月深层渗漏系数在作物主要生长期(4-9月)小于0.4,非生长期(11月至次年2月)大于0.8;年退水量与年深层渗漏量呈显著正相关(r=0.716,P0.01);月退水量与月深层渗漏量相关性较差,原因是灌溉退水存在明显的滞后性;研究区退水单位线表明灌溉退水滞后峰值在2个月左右,但深层渗漏对退水的影响可达24个月左右。退水单位线的参数具有明确的物理意义且易于确定,针对灌溉退水具有明显滞后性的干旱地区,该方法能够有效计算灌区灌溉退水量,可为灌区水资源管理和决策提供科学支撑。     

苏南运河水质影响区污染负荷研究

结合河网区水系特征及区域污染物排放特点,确定主要水质影响区.利用单因子指数法以及等标污染负荷法研究运河水质及其影响区污染负荷.借助平原河网区水环境数学模型对各支流出入运河流量比的计算结果,对包括区域外的入运河污染负荷总量进行计算.结果表明,运河监测断面中超标断面占76.2%,氨氮超标最严重,其次为总磷,运河常州段、无锡段水质最差;研究区内工业点源污染负荷贡献率最大,生活源次之;人苏南运河污染物总量为COD2.63万t、氨氮2 614.3 t,TP316.63 t,其中研究区域内各类污染物入运河量所占比重均在79%以上.研究区域内污染负荷是苏南运河水质的主要影响源,常州、无锡为污染控制的重点地区.     

河套灌区典型灌排单元农田耗水机制研究

由于耕荒地交错分布、作物插花种植、地下水埋深浅等特点,河套灌区灌溉水利用情况极为复杂。该研究以灌区典型灌排单元(农渠尺度)为研究对象,基于2 a野外试验观测数据,对整个观测区及其内部的不同作物田块分别建立水平衡方程,推求研究区平均给水度和不同作物田块腾发量,继而对研究区灌溉水利用状况及盐分归趋进行了评价分析。结果表明,研究区给水度为0.062,而仅考虑地下水位变动带的给水度为0.037;该研究提出的经验方法"上升下降法"可以较好地估算不同作物田块的腾发量;2 a中农毛渠系统输水损失水量(包括渗漏和蒸发)约占引水量的18%,灌到田间的水量占76%,直接退走的水量占6%;通过不同土地类型间地下水的横向交换,农田不但全部利用了田间灌溉水量,还通过地下水侧向流入的方式利用了约12%的渠道渗漏量,荒地利用了约65%的渠道渗漏量,排沟排走了23%;最终研究区农田腾发消耗了总引水量的78%,积累了总引入盐分的39%,荒地腾发消耗了总引水量的11%,承纳了总引入盐分的40%。研究结果可为灌区水盐管理提供依据。     

基于“源”、“汇”过程的农业非点源污染模型构建及应用

根据农业非点源污染产移特点, 将农业非点源污染模型分为田间产污的“源”模块以及模拟污染物在排水沟渠中运移的“汇”模块, 其中“源”模块又包括农田灌溉(降水)排水子模块及农田灌溉(降水)排水中污染物浓度计算子模块。应用DRAINMOD模型模拟田间尺度的灌溉(降水)排水, 同时将农田的施肥和灌溉过程“合成”作为田间污染物浓度的脉冲输入, 以逆高斯分布作为综合作用函数, 建立农田尺度的灌溉排水污染物浓度估算模型, 二者结合构成农业非点源污染田间产污模块; 应用一维水动力学基本方程和非保守性污染物迁移方程, 建立农业非点源污染物沟渠“汇”模块。并以黄河上游青铜峡灌区为例进行了示例应用, 依据典型田块以及排水沟渠农业非点源污染监测试验资料, 结合灌区作物种植结构, 计算了2008年5~9月青铜峡灌区输出污染负荷, 结果为盐分470 099 t、总磷98.17 t、总氮3 593 t、硝态氮2 122 t、氨态氮426 t。通过示例验证, 表明所建模型具有较好的模拟效果, 可进一步推广应用。     

不同尺度稻田氮磷排放规律试验

为研究不同尺度稻田氮磷负荷排放规律及其原因,在湖北省漳河灌区选取封闭性较好且逐级嵌套的6个尺度,于2009年5－9月水稻生育期监测各尺度试区进出口水量,并采集排水水样进行氮磷浓度化验。结果表明,稻田氮磷排放负荷随着尺度的增大而降低,即存在尺度效应。总氮、铵态氮、硝态氮、总磷、颗粒态磷、可溶磷的排放负荷从田间尺度到小流域尺度分别下降80.5%、73.4%、39.7%、73.8%、75.0%、50.0%。氮磷排放负荷产生尺度效应的原因是：塘堰、沟渠对氮磷的去除和排水的重复利用。因此,对于农田氮磷排放对下游水体污染的评价应考虑其尺度效应。     

三峡库区典型流域水质时空特征及污染防控策略

为了解三峡库区典型小流域不同土地利用类型下水质的变化特征,于2015-2020年对三峡库区长坪小流域开展水质监测,对不同土地利用类型下水体中的总氮（Total Nitrogen,TN）、硝态氮（NO3--N）、氨氮（NH4+-N）、总磷（Total Phosphorus,TP）、可溶态总磷（Dissolved Total Phosphorus,DTP）和颗粒态总磷（Particulate Phosphorus,PP）浓度的时空变化规律进行研究,识别流域内主要氮磷污染源,从而提出针对性的污染防控策略。结果表明：1）不同土地利用类型氮磷输出浓度从大到小依次为村庄、坡耕地、林地和水库,其TN平均浓度分别为8.29、2.88、1.57和1.43 mg/L,TP平均浓度分别为0.25、0.13、0.09和0.07 mg/L。2）不同土地利用类型的水质在汛期和非汛期存在差异,村庄氮磷输出浓度为非汛期高于汛期,坡耕地、林地和水库则表现为汛期高于非汛期。3）内梅罗综合污染指数评价结果表明林地和水库的污染程度均为清洁水平,坡耕地污染程度为轻污染水平,村庄受散养生猪数量的影响,污染程度从污染水平转变为重污染水平。4）长坪小流域TN和TP年输出负荷总量分别为4 278.59和364.93 kg/a。畜禽养殖源是小流域氮磷最主要的污染源,其TN和TP的输出负荷分别占流域总负荷的45.69%和71.77%。坡耕地的TN和TP单位面积污染负荷分别是村庄的7.58%和1.79%,与村庄相比,坡耕地具有显著的低污染特征,因此,以坡耕地消纳村庄污水和畜禽粪便,可促进流域内粪污的就地消纳,达到多源共治的效果。基于小流域不同土地利用类型的水质特征和生态系统服务功能,将流域划分为林草水源涵养区、村庄污染控制区和坡耕地水土保持区,并进行分区协同防控,促进流域农业面源污染系统高效治理。     

基于SWAT模型的东北水稻灌区水文及面源污染过程模拟

灌区水文过程对于面源污染物的迁移、转化起到了重要的驱动作用。为揭示东北水稻灌区的水文及面源污染过程,该文在多年试验的基础上,运用修正的SWAT模型对其开展了模拟研究。2009-2011年在吉林省前郭灌区针对水稻生育期及冻融期内的灌区水文过程和农田面源污染物迁移、转化过程开展了系统的监测与试验。水稻生育期内,各级排水系统表现出不同的水文过程:末级排水沟中,由田间通过表层渗流进入排水沟的高浓度的水被灌溉退水所稀释,汇流排水沟的槽蓄量则在很大程度上影响了排水过程及污染物的对流和掺混过程。根据水稻灌区水文特性,以汇流排水沟为子流域,分别采用非稳定渗流公式和马斯京根法描述子流域中稻田向排水沟的渗流排水过程以及向子流域出口的排水汇流过程。试验和模拟结果表明:铵氮(NH4+)、硝氮(NO3-)和化学需氧量(COD)的浓度变化主要取决于排水过程,表层渗流和深层渗流过程决定了排水沟中NH4+和NO3-浓度过程,而排水沟中COD浓度还受到灌溉退水的影响。采用溴(Br-)作为示踪剂,通过测定土壤含水率、温度及示踪剂浓度变化,研究了冻结期的水文过程和面源污染物迁移过程,示踪试验结果显示,冻融期土壤中水流运动受到土壤基质势、温度势及重力势的影响,冻土中平衡状态下基质势为土壤温度的函数,土壤中污染物渗出通量与水分渗出通量表现出线性关系。基于水稻灌区下垫面产汇流特性和冻融期土壤对于灌区水文过程以及面源污染物迁移的影响机理,在SWAT模型模块修订的基础上,模拟了东北地区水稻灌区面源污染迁移流失过程,模拟流量、NH4+、NO3-、COD浓度与实测值符合较好,表明改进的模型能够用于东北地区水稻灌区的水文及面源污染过程模拟。     

甘肃河西绿洲灌区农田水分动态变化模拟系统的研制

利用Visual bas、ic6．0建立了甘肃河西绿洲灌区农田水分变化动态的模拟系统,实现了农作物生育期农田水分运动过程的模拟,为建立精确灌溉决策支持系统提供科学依据。     

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。     

不同水氮条件对日光温室冬春茬黄瓜栽培氨挥发的影响

通过设置不同灌水、施氮处理,采用通气法研究了温室土壤施肥带与非施肥带的氨挥发特征,探讨了节水灌溉、减量施氮处理与传统水氮处理土壤氨挥发的差异及其影响因素。结果表明,冬春季温室黄瓜土壤在氮肥基施7 d后出现氨挥发峰值,减施氮25%处理的氨挥发峰值比传统施氮处理降低18.2%~34.3%;追肥后,施肥带和非施肥带的氨挥发速率峰值分别在第1 d和第5 d出现,减施氮25%处理与传统施氮处理相比,氨挥发速率峰值降低12.3%~37.2%;节水灌溉处理与传统灌水处理相比,氨挥发峰值则提高3.9%~47.0%。土壤中铵态氮含量以及温度的升高可促进土壤的氨挥发,而土壤含水量则与氨挥发速率呈负相关。在黄瓜花期和初瓜期,施肥带的累计氨挥发量显著高于非施肥带,而初瓜期之后,施肥带与非施肥带的氨挥发无显著差异。整个黄瓜生育季的累计氨挥发量为11.4~26.6 kg.hm 2;与传统施氮和灌水处理相比,减施氮25%处理的累计氨挥发量可降低20.8%~22.2%,但节水灌溉处理的累计氨挥发量却有所增加,增加幅度为0~4.51%。适宜减少灌水和氮肥用量不会降低黄瓜产量,且可大幅度提高灌水和氮肥利用效率。     

基于田间调查数据分析漳河灌区水稻灌溉水生产力分布异质性及其影响因素

在漳河灌区农田尺度的基础上,基于农户调研结果和文献调研的大田数据,分析当地水稻灌溉水生产力及其影响因素的空间异质性,利用相关性分析和偏最小二乘回归分析进行灌溉水生产力关键影响因子的筛选。结果表明：（1）漳河灌区总、四干渠控制村组水稻产量最小,灌溉水生产力则表现为三干渠控制村组最大而总干渠控制村组最小;（2）灌溉水生产力与单位面积灌水量、生育期日平均太阳辐射和土壤粉砂粒含量呈现极显著负相关,与日平均气温和土壤黏粒含量呈现极显著正相关;（3）灌溉水生产力受单位面积灌水量、施氮量、生育期内日平均气温、日平均太阳辐射和土壤黏粒含量的影响较大。因此,管理措施和气象因素是改善漳河灌区水稻灌溉水生产力的关键因素。研究结果可以为改善当地水稻管理水平、提高灌溉水生产力提供数据支持。     

改进灰色模式识别模型评价洱海雨季灌排沟渠水质

为揭示洱海流域农田生产与农村生活单元交替分布对灌排沟渠水质的综合影响及污染物贡献率,选取流域典型灌排沟渠不同断面进行连续取样观测,在分析化学需氧量(chemical oxygen demand,COD)、总氮(total nitrogen,TN)、总磷(total phosphorus,TP)及铵态氮(ammonium nitrogen,NH_4~+-N)浓度变化特征基础上,采用"中心化"灰色模式识别模型和综合平均污染指数对沟渠农田入口-农田出口-村落出口-农田出口-村落出口-农田出口断面水质进行综合评价。结果表明:沟渠断面TP和总可溶磷(totaldissolved phosphate,TDP)浓度沿水流方向持续增加,TN和硝态氮(nitrate nitrogen,NO_3~--N)浓度先增加随后稳定,沟渠农田出口段NH_4~+-N和COD浓度分别削减13.43%～57.88%和2.88%～19.33%,而流经村落段浓度相应增加。灰色模式识别模型分析发现沿水流方向沟渠断面水质类别分别为Ⅲ类、Ⅱ类、Ⅳ类、Ⅳ类、Ⅴ类和Ⅴ类,综合平均污染指数法表明沟渠中TN和COD是水体主要污染因子,而NO3--N是水体TN的最主要形态。该研究可揭示洱海流域氮磷污染来源与贡献,为明确面源污染防治的主要污染因子提供科技支撑。