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。     

基于AnnAGNPS模型的千岛湖流域氮、磷输出总量预测

农业非点源污染目前已成为我国水环境恶化和湖泊富营养化的重要因素。运用AnnAGNPS模型对千岛湖流域农业非点源污染物输出总量及时空分布进行预测分析。研究结果表明预测结果与实测结果在一定误差范围内基本一致，表明该模型应用于农业非点源污染负荷估算及评价是可行的。     

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。     

基于多源数据AnnAGNPS西枝江流域的污染模拟研究

以西枝江流域为研究对象,结合GIS技术,建立了AnnAGNPS模型数据库,对流域内非点源污染主要影响因素的特征以及非点源污染的时空分布特征进行了分析。结果表明:流域内降雨侵蚀力、径流深、土壤侵蚀和沉积负荷的年际间变化很大,降雨侵蚀力月间分布极不均匀,季节变化十分明显,后三者的变化趋势都与平均降水量表现出较好的对应关系,但是又并不完全一致;流域内的径流深空间分布极不均匀,而土壤侵蚀、沉积负荷空间变化相对不是十分明显,三者都有沿河道向两边逐渐递减的趋势,在人口密集地区及河塘密集地区,径流相对其他区域比较大。本文为西枝江流域的非点源污染模拟研究提供了基础数据平台,也为该模型在整个东江流域的合理应用奠定了科学基础。     

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。     

基于小流域划分的拉林河流域农业非点源污染物入河量估算

针对拉林河流域土地利用类型及气候特点,将输出系数模型和GIS技术相结合,以小流域为计算单元,对拉林河流域的非点源污染负荷进行了计算。计算结果表明:流域内COD负荷为16 454.83 t/a、TP负荷为668.80 t/a、TN负荷为1 319.08 t/a;灌区退水对流域内非点源污染负荷的贡献相对较大,由灌区退水导致的COD负荷占总量的69.37%、TP负荷占总量的85.33%;子流域2、5、7、15是流域内水土流失非点源污染整治的重点区域。     

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。     

基于SWAT模型的北京沙河水库流域非点源污染模拟

该文应用分布式水文模型SWAT,以北京昌平沙河水库流域为典型区开展研究,通过对流域非点源污染的调查、监测和模拟,定量计算和分析了非点源污染时空分布规律。结果表明：该模型在研究区适用性较好（月径流率定期R2=0.85,Nash-Sutcliffe效率系数为0.64;验证期R2=0.77,Nash-Sutcliffe效率系数为0.60）,非点源污染占污染负荷总量的30～50%,汛期集中了全年泥沙、总磷流失量的70%和总氮流失量的50%,南沙河子流域是污染负荷的关键区。通过研究不同水文条件、土地利用和管理措施对流域非点源污染的影响,得出结论：非点源污染负荷贡献率随降雨量增加而增加,其偏枯水年贡献率为27.4%,平水年36.7%,丰水年52.3%。若全部排污口实施达标排放、流域内全部农田改为林地,径流量、氮磷负荷量均会减少40%～50%;若实施化肥施用量减半,氮磷负荷可降低20%左右。氮元素不同土地利用单位面积负荷由高到低依次为：果园＞农田＞草地＞林地＞城镇用地,研究成果将为流域水资源保护规划提供科学依据。     

SWAT模型在陕西黑河流域非点源污染模拟中的应用

SWAT模型是最具有活力的非点源污染模型之一,能够与GIS结合模拟复杂大流域不同土地利用条件下的非点源污染情况.本研究在建立流域非点源污染研究基础数据库的基础上,根据实测资料的完整性,运用GIS与分布式参数机理模型SWAT 2000版本的集成,利用1991-1996年的实测水量、泥沙和营养负荷数据进行参数率定,应用1997-1998年的实测数据进行模型验证,从而确定SWAT模型在黑河流域非点源污染模拟中的适用性和可靠性,可为流域非点源污染负荷的估算提供可靠的模型基础.     

松辽流域非点源污染TN时空变化特征研究

非点源污染可以看成由土地利用和非土地利用两者共同作用产生的,分析土地利用和非土地利用能够体现两者对于非点源污染的贡献率,可以更深入的揭示非点源污染的来源及变化规律,从而提出更有针对性的管理措施。利用输出系数模型,结合ArcGIS软件,对松辽流域20世纪80年代至2000年的非点源污染负荷TN进行了空间模拟和变化趋势分析,并揭示了土地利用和非土地利用对松辽流域非点源污染的影响。结果表明:近15 a间,松辽流域农业非点源污染TN负荷呈逐年增长的趋势,从80年代的129.3万t上升到1995年的141.7万t和2000年的约144.5万t。其中,由土地利用所造成的非点源污染占有很大的比例,具体到省份来说,黑龙江省和内蒙古自治区所占的比例最高,两者均为83%;从20世纪80年代至2000年,流域内由非土地利用所造成的非点源污染比例日益增加,其中吉林省年均变化率最大,为4.5%, 这反映了这一地区农业生产方式的转变,在今后,应重点加强这几个地区的管理,完善施肥措施,加强农村生活污水,禽畜养殖粪便等的管理,从而使流域内的非点源污染得到控制。     

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％。     

土地利用和农业管理对丹江流域非点源氮污染的影响

为研究土地利用和农业管理对流域非点源氮污染的影响,选择南水北调中线的重要水源地丹江流域作为研究区,应用SWAT模型模拟了流域地表水硝酸盐氮和氨氮负荷,揭示了土地利用变化和不同施肥灌溉措施对氮污染负荷的贡献。结果表明:(1)流域内全年氮污染分布不均,硝酸盐氮和氨氮污染较为严重的时段集中在每年7—9月,输出量分别为734.32,735.36 t,占全年硝酸盐氮和氨氮输出量的50%以上;(2)硝酸盐氮和氨氮的输出量具有较大的空间差异,自上游至下游逐渐加重,污染较为严重的子流域主要集中在丹凤县和商南县;(3)通过设置情景模拟,当坡度大于15°和25°的耕地退耕还林时,流域硝酸盐氮负荷分别减少59.83%和45.89%,氨氮负荷分别减少48.91%和35.78%。当流域内施肥量和灌溉量分别降低20%时,流域硝酸盐氮负荷分别减少3.63%和13.26%,氨氮负荷分别减少0.12%和15.65%;(4)耕地是流域氮污染的主要来源,降低流域施肥灌溉量和陡坡地退耕还林是控制流域非点源氮污染的关键。     

基于AnnAGNPS模型的陕西黑河流域非点源污染模拟

以陕西黑河流域为研究区,借助GIS和相关资料提取参数,建立AnnAGNPS模型数据库。采用1991-1998年黑峪口断面月径流量、泥沙和无机氮、总磷监测数据率定和验证模型,分析AnnAGNPS模型在西北半干旱地区典型流域的适用性。结果表明,AnnAGNPS可用于该流域非点源污染的长期模拟。在此基础上,对模型主要参数进行了敏感性分析。最后利用校准后的模型进行流域非点源污染管理措施模拟。为了达到同时削减径流、沉积物及总氮、总磷的输出量,在流域应采取退耕还林的措施,治理非点源污染。     

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。     

An assessment of the reference watershed approach for TMDLs with biological impairments

The Reference Watershed Approach (RWA) is used in TMDL development for biological and other impairments with narrative water quality criteria. The questions addressed in this research include: (1) With the RWA, how do land use classifications from different data sources (Digital Ortho-Quarter Quads (DOQQ) and National Land Cover Dataset (NLCD)) impact simulated pollutant loadings? (2) With the RWA, what is the impact of alternative water quality models (GWLF and SWAT) on pollutant loadings? (3) With the RWA, how sensitive are simulated pollutant loadings to the use of different reference watersheds? Various combinations of land use, water quality model, and reference watershed resulted in pollutant reductions that ranged from ?13 to 88%. In a comparison of the use of NLCD versus DOQQ-based land use data with the GWLF model, differences in required reductions ranged from 13 to 74% for three different reference watersheds. Use of alternative water quality models with DOQQ land use data resulted in differences in required sediment reductions from ?43 to 8% for the three reference watersheds. Differences in load reduction requirements were also seen when different reference watersheds were used, regardless of the water quality model or the land use source used. With DOQQ land use, required sediment reductions ranged from 18 to 88% and 37 to 82%, for the SWAT and GWLF models, respectively. These results suggest that explicit margins of safety used to account for modeling uncertainties during TMDL development may need to be substantially greater than 20% when using the reference watershed approach.     

四川紫色土地区典型小流域分布式产汇流模型研究

针对日益加剧的四川紫色土地区水土流失情况，为定量分析紫色土地区小流域水土流失程度，选取四川省南部县鹤鸣观小流域为研究区，在蓄满产流模型的基础上，构建了适合紫色土地区小流域分布式产汇流模型。该模型以地块为计算单元，在每个地块上输入参数，然后依据流域产汇流机制计算每个地块的产汇流量，并用递归算法将计算结果推算到流域出口，得到流域径流总量。该模型能评价流域下垫面各因子空间分布不均匀性和人类活动的影响，模拟每个地块次降雨产汇流过程。在鹤鸣观小流域进行了模型的检验与应用，模拟过程与实测结果符合较好。该研究为四川紫色土地区水土保持治理提供了科学依据。     

北运河下游不同土地利用非点源污染负荷估算

选取我国北方地区以圩区为主要形式的北运河下游农业灌溉区——天津武清区和北辰区作为研究对象,针对不同土地利用类型进行降雨径流污染物浓度监测,采用美国土壤通用流失方程（USLE）、降雨径流模型（SCS-CN）、综合径流系数法等,结合GIS技术,分别估算了透水地面和不透水地面的氮磷负荷量。结果表明,非点源污染总氮、总磷的年负荷量分别为2865.04t.a-1和101.22t.a-1,不透水地面所产生的TN、TP负荷量分别占研究区污染负荷总量的81%和67%,透水地面所产生的TN、TP负荷量分别占研究区污染负荷总量的19%和33%（且污染物形态以溶解态为主,分别达到了81%和74%）。对于不同土地利用类型,总氮流失主要来源于村庄（贡献率为49%）、城镇（贡献率为17%）和耕地（贡献率为16%）,而总磷主要来源于村庄（贡献率为31%）、耕地（贡献率为23%）和城镇（贡献率为19%）。从产污强度来看,城镇用地是最高的,是其他土地利用类型的10倍以上。     

基于输出系数模型的水库汇水区农业面源污染负荷估算

面源污染是导致环境恶化的主要原因之一,由其所引起的水体富营养化现象,已严重威胁着水环境生态安全。该文以长春市水源地新立城水库汇水区为研究对象,选用输出系数模型对其农业非点源污染负荷进行估算,得到结果如下:1)汇水区内农业非点源污染总氮、总磷负荷量分别为2 822.485、471.123 t/a,且二者空间分布较一致;2)总氮负荷量的贡献率大小顺序为:土地利用畜禽养殖农村人口,总磷的污染负荷贡献率大小为:畜禽养殖土地利用农村人口;3)选取水库2004-2013年水质监测数据计算营养盐输出负荷,与模型估算的输出负荷进行对比,得到模型模拟具有较高精度,系数选取合理可靠,可信度高,可在研究区范围内进行推广,能够为长春市水源地综合整治及水利规划提供了数据支撑及科学依据。     

饮用水源区小流域氮素污染负荷估算方法比较

采用输出系数法、通用土壤流失方程估算法、径流试验场法和相关关系法4种方法对密云土门西沟小流域非点源氮污染负荷进行估算。结果表明：输出系数法中的Johnes模型和考虑降雨影响的输出系数模型计算值相对误差比较大,考虑流域损失的输出系数模型计算结果与实测结果相对误差仅为5%;输出系数方法适用于资料比较缺乏的地区,输出系数的确定是提高估算精度的关键。对流域非点源污染发生类型区和类型单元进行详细划分,并将对各类型采用径流试验场法的监测结果推算到小流域就能减小估算相对误差;采用径流试验场法推算密云土门西沟小流域非点源氮污染负荷相对误差仅为8%;相关关系法通过建立降雨和污染负荷的关系,其估算值相对误差达到4%,此方法需要长期的降雨-水质监测数据;通用土壤流失方程估算法主要估算流域土壤侵蚀量,没有考虑径流对污染物输移过程中的沉积、起动和交换等问题,估算值会偏大。     

小流域非点源污染模拟与生态修复影响评价

[目的]基于各流域场次降雨径流过程和非点源污染负荷模拟分析,评价小流域生态建设对密云水库流域水文过程和污染防控效果影响,为水源地保护、流域山水林田湖一体化修复和生态环境建设提供科学依据。[方法]以北京市重要饮用水源地密云水库上游蛇鱼川小流域为研究对象,利用EcoHAT-LCM模型和传统大尺度非点源污染模型相结合的模式进行模拟分析,并设置情景,分析评价小流域生态建设效果。[结果]随着场次雨量的增加,吸附态N,P负荷占污染负荷总量的比重在逐渐增加,溶解态N,P负荷占污染负荷总量的比重在逐渐减少。小流域内居民点具有小城镇级别的垃圾处理率和垃圾入网率时,农村生活N,P污染负荷可以削减28%;减少经济林的现有施肥量,农业生产活动的N,P污染负荷能够削减43.9%和48.9%。[结论]研究区域不同频次暴雨对吸附态N,P负荷的影响大于对溶解态N,P负荷的影响。生态修复措施对N,P污染负荷削减作用显著。