山地农业小流域非点源氮磷输出特征及来源

[目的]分析非点源污染物输出特征及来源,为相似农业小流域水质研究以及非点源污染控制提供参照基础。[方法]通过ArcGIS软件对集水流域划分,监测2014年断面及降雨水质,结合平均浓度法及输出系数法,建立考虑降雨携带输出的流域非点源负荷输出系数法计算模型,并进一步采用最优化数学方法对流域内污染物的来源进行分析。[结果]核算得到耕地、林地、城镇村及工矿用地、农村生活和畜禽养殖的总氮输出系数分别为15.87,6.33,6.27kg/(hm~2·a),0.20kg/(人·a),0.83kg/(头·a),总磷输出系数分别为0.46,0.39,0.67kg/(hm~2·a),0.10kg/(人·a),0.16kg/(头·a)。该研究区域径流中NO_3~--N是氮流失的主要形式,降雨高峰期径流中颗粒态磷流失严重,NH_4~+-N及溶解态磷是该流域雨水中氮磷的主要存在形态。[结论]该流域非点源污染输出以降雨、林地、农村生活输出为主。     

密云水库土门西沟流域非点源污染负荷估算

密云水库水质影响北京市地表饮用水源质量,非点源污染成为密云水库水质下降的主要原因。为了满足水资源管理规划,在密云水库土门西沟小流域内根据不同的水土保持措施选择6个径流小区,主要有：板栗林、油松林、刺槐林、混交林、灌木林、梯田,于2007年对小区地表径流进行水质水量的监测。运用RUSLE公式和SCS法估算流域内不同水土保持措施的非点源污染负荷,利用ArcGIS工具绘制了土壤侵蚀量空间分布图。结果表明：土门西沟小流域非点源污染物主要来源于土壤侵蚀,泥沙中的吸附态是非点源污染物存在的主要形式;其次土门西沟小流域不同水土保持措施单位面积的污染负荷输出由大到小排列顺序为,经济林＞阔叶林＞灌木林＞针叶林＞混交林＞梯田。研究结果表明减少经济林来增加混交林用地面积,提高水源林的覆盖率,梯田可以维持现有的用地状况,禁止陡坡栽种农作物,坡脚和沟道农地采取梯田的耕种方式,以此来达到控制非点源污染的目的。跟以往研究得出的结论相反,梯田非点源污染负荷比林地小,主要是因为梯田相对坡耕地大大增加了地表入渗量,此外是因为梯田施用有机肥料,减少非点源污染。     

广东省东江流域典型小流域非点源污染物流失规律研究

分析了广东省东江中游的杨子坑小流域主要的非点源污染物氮,磷随降雨径流过程的动态变化规律,建立了降雨量－径流量,径流量－污染物负荷输出量的数据学统计模型,并用该模型对流域的非点源污梁负荷总量进行了计算,得出了流域非点源污染物流失规律。     

珠海正坑小流域土壤与氮、磷养分流失估算

土壤及土壤养分流失是农业非点源污染的主要形式。选择珠江三角洲地区典型小流域——正坑小流域为研究区,在GIS技术支持下,建立流域数字高程模型并获取下垫面相关参数,采用通用土壤流失方程、固态污染物负荷方程,进行小流域农业非点源污染负荷估算与分析。结果表明,正坑小流域年土壤流失量为455061.60kg,旱坡地和果园两类土地利用景观类型具有相对较高的侵蚀模数;土壤N、P养分流失年负荷量分别为6335.32,1150.35kg,不同土地利用类型对非点源污染负荷的贡献率不同,水田中氮、磷流失对非点源污染负荷有重要影响。     

基于DEM的水土流失型非点源污染估算

水土流失既是一种非点源污染形式,同时又是其他非点源污染物流失的载体。本文以大亚湾流域为例,利用数字高程模型(DEM)获取基础资料,通过类比国内外的相关研究成果而获得的输出系数模型参数,采用输出系数模型法估算水土流失型非点源污染负荷,探讨快速评估大尺度水土流失型非点源污染负荷的方法。     

流域尺度非点源总氮输出系数改进模型的应用

非点源态氮流失是地表水体水质恶化的重要因素,引发水体富营养化等一系列水环境问题.而准确评估流域内非点源总氮的负荷及分布和影响因素是流域综合管理的必要前提.该研究提出了一个综合考虑产污强度、降雨径流、土壤水分下渗和流域下垫面植被景观截留等作用的氮输出系数模型,将其应用于密云水库潮河流域,并结合流域实测水质数据对构建的模型结果进行验证.在此基础上,识别了流域总氮关键源区,利用增强回归树模型确定了总氮流失的关键影响因子.主要结论:1)与实测总氮负荷相比,改进输出系数模型模拟精度(相对误差8.23％)明显高于传统输出系数模型(相对误差18.94％);2)总氮关键源区主要分布于潮河中上游干流西侧和下游干流两侧区域,从行政区划来看主要位于丰宁满族自治县(大阁镇、黑山嘴镇)与滦平县(虎什哈镇和巴克什营)与密云区(高岭镇、古北口镇和太师屯镇);总氮关键源区具有明显的南高北低,沿河分布的特征;3)人为因素是潮河流域总氮流失的主要影响因素,其中,氮肥施用(54.74％)、畜禽养殖(17.48％)和坡度(16.35％)此3个对潮河流域总氮流失影响最大.该研究可为潮河流域水环境综合调控和氮污染精准管控提供科学依据.     

西南喀斯特山区典型流域农业非点源污染负荷及分布特征

为更精确地估算西南喀斯特山区的北盘江流域(晴隆段)农业非点源污染情况,引入降雨、地形因子(α,β)对经典的输出系数模型(ECM)进行了研究。结果显示:2017年北盘江流域(晴隆段)农业非点源氮、磷污染负荷分别是2 582.00 t和246.74 t。两者分布特征基本一致,呈现分布不均的特质:污染负荷局部集中,坡度较高和人口密度大的区域负荷量较高。TN,TP负荷中不同农业非点源的贡献率基本一致,为畜禽养殖>土地利用类型>农村生活。与实际观测值比较,改进的输出系数模型(IECM)对TN,TP负荷的估算值的平均相对偏差分别为9.80%和2.09%。综上,IECM提高了模型模拟的精度,可以为喀斯特山区非点源污染负荷的估算提供参考。     

基于流域降雨强度的氮磷输出系数模型改进及应用

为研究曹娥江流域农业非点源氮磷输出负荷量,将流域降雨及不同营养源产生的氮磷"合成"考虑,提出了产污系数以表征降雨产汇流过程氮磷输出强度,改进了输出系数模型,并探索发现流域年降雨强度与氮磷产污系数之间呈指数正相关,由此构建了基于年降雨强度的农业非点源氮磷输出负荷模型。利用此模型估算了农业污染源氮磷输出负荷量,显示2005-2010年流域总氮(total nitrogen,TN)年输出总量为5456.60~12268.38 t,总磷(total phosphorus,TP)为393.19~820.65 t,年度分布不均,降雨对TN输出总量的贡献率高达54.75%~69.67%。不同农业污染源对TN、TP输出总量的贡献率表明,该流域农业非点源氮磷输出负荷主要来源于人畜,应加强农村生活污水及垃圾、畜禽养殖粪便等治理,进一步控制农田过量施肥,减少耕地氮磷流失。     

崂山水库流域不同土地利用类型地表径流的氮磷流失特征

在崂山水库流域非点源污染发生区.于2009年7-8月5次天然降水条件下,选择林地、果园、耕地、村庄4种典型的土地利用类型进行降雨、径流水质同步监测,分析不同土地利用类型地衰径流中氮磷的流失情况.结果表明,村庄径流中铵态氮、溶解总磷的质量浓度高于其他地块的,最高值分别达4.51,1.337mg/L,耕地径流中硝态氦浓度最高,可达15.52 mg/L.基于SCS模型估算不同土地利用类型的氮磷年径流负荷和年径流流失量,总体来看,硝态氮的输出负荷明显高于铵态氮和溶解总磷的,耕地中硝态氮径流负荷最大,可达40.61 kg/(hm2·a),耕地中化肥的大量施用是硝态氮流失负荷高的主要原因.     

晋江流域非点源氮磷负荷及污染源解析

计算流域非点源氮磷负荷并以此开展源解析对于水体污染控制具有重要意义。基于DEM数据,运用GIS工具划分子流域,提取土地利用和土壤类型等空间相关资料,通过调查及小区试验获取模型参数,建立晋江流域非点源氮磷污染负荷模型;利用SLURP模型和输出系数模型分别核算流域内不同景观类型土地输出径流和农村污染溶解态氮磷负荷,利用修正的USLE土壤侵蚀通用方程核算吸附态氮磷负荷,并进行污染源解析。结果表明:晋江流域非点源氮负荷为12298.95t/a,大部分为溶解态氮,占到了94.13%,主要来自畜禽养殖、农田径流和农村生活污水,其源贡献率分别为31.72%、26.38%和17.44%;非点源磷负荷为667.04t/a,溶解态磷和吸附态磷对流域总磷负荷贡献比例相当,分别为56.73%和43.27%,主要来自土壤侵蚀、农田径流和农村生活污水,其贡献率分别为43.27%、21.10%和12.25%。总体分析表明,土壤侵蚀、农田径流和畜禽养殖是影响晋江流域非点源氮磷负荷的主要污染源,亟待优先控制。     

基于GIS和USLE的非点源污染关键区识别

密云水库是北京市唯一的地表饮用水源地，近年来遭受富营养化的威胁，在点源污染逐步得到控制的情况下非点源污染已上升为其水质污染的首要因素。非点源污染在空间分布上具有显著的差异，少数景观单元输出的污染物往往占整个流域污染负荷的大部分，这些景观单元成为非点源污染关键区，对它们进行治理，可以使有限的资源发挥最大的效率。USLE作为早期简单的土壤侵蚀模型，经过不断的修正和改进依然是当今应用最为广泛的土壤侵蚀模型之一。其参数相对简单且易于获得，当采用GIS来执行时，可以用于大区域的土壤侵蚀研究。本研究基于流行的GIS软件平台，并通过栅格运算来执行USLE，最后生成密云水库流域非点源污染关键区分布图，为下一步更加详细的识别提供参考。     

Parameterization of the Effect of Bench Terraces on Runoff and Sediment Yield by Swat Modeling in a Small Semi‐arid Watershed in Northern Tunisia

In Tunisia, soil and water conservation interventions are among the most practicable strategies to prevent and mitigate rainwater losses through surface runoff and consequential erosion of fertile soils. In this study, a small and terraced agricultural catchment (Sbaihia) was used as an experimental site to analyze and parameterize the effects of bench terraces on water and sediment yield using the Soil and Water Assessment Tool. Model calibration and validation was performed, taking advantage from high‐quality daily runoff data from 1994 to 2000 and a high‐resolution bathymetric survey of the hill lake at the watershed outlet. Soil and Water Assessment Tool indicated that the local terraces, established on approximately 50% of the watershed area, reduced surface runoff by around 19% and sediment yield by around 22%, decelerating the siltation of the hill lake. Targeted model calibration delivered concise parameter set describing bench terrace impacts on runoff (Soil Conservation Service curve number method) and sediment yield (Modified Universal Soil Loss Equation) crucial for outscaling of soil and water conservation impacts and suitable watershed management. Copyright © 2016 John Wiley & Sons, Ltd.     

Integration of modified universal soil loss equation (MUSLE) into a gis framework to assess soil erosion risk

Soil erosion is an important economic and environmental concern throughout the world. In order to assess soil erosion risk and conserve water and soil resources, soil erosion modeling at the watershed scale is urgently needed. This study integrated the Modified Universal Soil Loss Equation (MUSLE) in a Geographic Information System (GIS) framework in the form of a tool called ArcMUSLE, an extension of ArcGIS® software, to assist soil and water conservation agencies in soil erosion risk assessment and prioritization of critical areas for soil erosion control practices. With widely available spatial data, this tool can be applied to determine curve numbers, to estimate runoff, peak flow, and soil loss for a rainfall event within a watershed. An application example for a watershed in Black Hawk County, Iowa, USA, is presented. Copyright © 2008 John Wiley & Sons, Ltd.     

基于SWAT模型的流域土地利用格局变化对面源污染的影响

近年来随着流域经济社会的快速发展,密云水库流域的土地利用格局也发生了明显的改变,作为影响流域非点源污染输出的主要因素,探讨土地利用格局的演变对非点源污染的影响对有效控制非点源污染具有重要的意义。该文以密云水库上游流域为研究区,从土地利用变化与污染过程相互作用的角度出发,开展流域非点源污染过程对土地利用变化的响应研究。基于流域1995年、2000年、2005年3期的土地利用数据,基于SWAT(soil and water assessment tool)模型,模拟评价流域非点源污染负荷分布特征,并应用景观格局指数、典范对应分析(canonical correspondence analysis,CCA)和通径分析等方法,从全流域和三级保护区等多空间尺度,量化分析流域土地利用及其格局时空变化对非点源污染负荷的影响。研究结果表明流域的非点源负荷与土地利用格局间存在着密切的联系。格局指数能累积解释流域非点源污染负荷变化的56.3%。污染负荷受土地利用格局的破碎度和形状的影响较大。通径分析的结果表明,耕地、林地面积比例、形状指数和斑块密度是影响研究区非点源污染负荷输出的主要因子,其中形状指数和耕地面积比例对TN、TP负荷的解释能力要明显高于其他指标。从空间尺度上看,各格局因子与非点源污染负荷的关系具有尺度效应,随着空间尺度的递增,格局对负荷的解释程度降低,在较小的尺度范围内,尤其是一级保护区的解释能力最高,达到62.9%,表明离水库越近的区域应是非点源防治高度重视的区域。     

不同尺度下冻融作用对东北黑土区产流产沙的影响

通过对东北黑土区坡面8年和小流域7年的降雨产流产沙过程观测,对比每年受冻融作用影响的降雨和其余不受冻融作用影响的降雨产流产沙的特征,研究冻融作用在坡面和小流域尺度上对东北黑土区产流产沙的影响,为东北黑土区在冻融作用下多尺度土壤侵蚀定量评价及其转换模型的建立提供科学依据。结果表明:冻融作用减小了坡面和小流域的产流,径流系数分别减小0.07和0.03,坡面产流延迟71.7%,而小流域无明显延迟。坡面和小流域土壤流失量、土壤可蚀性K值及含沙量均显著增加,更易在较小降雨侵蚀力下产生较大流失量;与不受冻融的降雨事件相比,受冻融影响的降雨事件因径流减弱,在相同降雨量下的侵蚀量低,而在相同径流深下的侵蚀量高。冻融作用在径流较小时对坡面细沟的发育及产沙影响明显,在径流较大时对小流域切沟中松散堆积物的搬运及产沙影响明显。     

粤西坡耕地区水土流失特征及防治措施——以泗纶小流域为例

选取广东省泗纶小流域为研究区,以GIS技术为支撑,选用通用土壤流失方程(USLE)为数学模型,利用GIS技术的空间分析功能,计算降雨、植被、土壤、地形、土地利用等单因子并叠加分析,生成水土流失现状分布图。通过对区域内的土壤侵蚀强度进行分析、评价,得出影响流域水土流失的关键因子,并根据研究结果对流域内坡耕地水土流失提出相关防治措施,从而为广东省坡耕地区小流域水土流失治理提供理论支撑。     

基于遥感和GIS的密云水库上游土壤侵蚀定量估算

密云水库是当前北京唯一的一个地表饮用水源。其上游地区的水土流失一方面将造成土地退化和农业生态环境恶化，另一方面将导致大量泥沙淤积水库，会使水质受到污染，缩短水库使用期限，所以其上游的水土保持生态环境对于水源涵养和水库水环境具有重要意义。该文利用遥感数据，获取水土流失的植被和土地利用信息，收集降雨资料和土壤数据，在通用土壤流失方程的框架基础上建立区域土壤侵蚀模型，对密云水库上游2001年和2002年土壤侵蚀量进行定量估算，认为利用遥感和降雨数据，实现密云水库上游土壤侵蚀量的年度估算是可行的。