三峡库区湖北段非点源污染氮磷排放时空分布特征

[目的]了解三峡库区湖北段非点源污染情况,找到主要污染源和重点控制区,为该区生态环境的建设和治理提供科学支持。[方法]运用输出系数模型结合降雨侵蚀力影响系数和入河系数模拟计算研究区1990,2000,2005和2010年的非点源污染氮磷排放总量、各污染源氮磷污染排放量及贡献率以及各地区氮磷排放的时空分布特征。[结果]三峡库区湖北段1990,2000,2005和2010年的TN排放量在2 500t以上、TP排放量在250t以上,2000年达到最高,TN,TP年均排放量分别为3 612.78和393.75t/a,年均排放强度为3.10和0.34kg/(hm~2·a),研究区非点源污染以氮污染为主。水田和旱地是造成氮污染的主要原因,其次是农村人口;水田和旱地也是磷污染排放的主要贡献源,其次是猪的养殖。[结论]研究区非点源污染总体呈现两侧高中间低的区域性分布。巴东县为氮磷排放的重点控制区域。     

北京市农业面源污染负荷及入河系数估算

采用考虑降雨影响因子的输出系数模型,以实测数据为基础,结合水文资料和GIS技术,估算北京市2013年农业面源污染物总氮、总磷负荷。根据农业面源污染物总氮、总磷负荷与年径流模数的相关关系,计算北京市2013年五大水系农业面源污染物总氮、总磷入河系数。结果表明:2013年北京市农业面源污染物总氮负荷为17 859.586 0 t,总磷负荷为3 089.559 0 t;从污染源类型来看,2013年农业面源污染物总氮、总磷负荷较高的均为农村生活和畜禽养殖,分别占污染物负荷总量的45.9%、27.7%和83.5%、15.4%;2013年潮白河农业面源污染物总氮入河系数最高,永定河农业面源污染物总磷入河系数最高,北运河农业面源总氮和总磷污染负荷最高,分别为12 859.577 5和2 291.547 1 t,其次为潮白河及永定河。     

基于分布式水文模型的嘉陵江流域氮磷非点源污染负荷预测

为研究在大尺度流域上以降雨径流为载体的非点源污染,以基于土地利用的分布式水文模型(SLURP Hydrological model)为基础,提出氮磷负荷预测模型及未来气象参数和土地利用分布图的构建方法.就嘉陵江流域土地利用、畜禽养殖和农业人口未来变化产生的总氮与总磷的月负荷量进行模拟和预测分析.结果表明,预测年降雨径流...     

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。     

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。     

汉江流域荆门段面源污染负荷时空分布与污染现状评价

[目的]对汉江流域荆门段面源污染负荷时空分布与污染现状进行分析和评价,为汉江水污染的治理提供科学依据。[方法]利用输出系数模型和等标负荷估算法,对汉江流域荆门段的面源污染负荷进行了空间分析和负荷估算,包括总氮(TN)、总磷(TP)、化学需氧量(COD)和氨氮(NH3-N),得出了汉江流域荆门段面源污染负荷及其空间分布状况。[结果]在所有污染源中,农村生活、畜禽养殖、降雨、土地利用和城镇径流是5个主要的面源污染源;该地区各市县总氮和总磷污染负荷与COD和氨氮污染负荷的输出量的排序均表现为:钟祥市沙洋县东宝区掇刀区;各类污染源总氮贡献率排序为:农村生活农业用地畜禽养殖降雨非农业用地;各类污染物总磷贡献率排序为:畜禽养殖农村生活农业用地非农业用地降雨。[结论]总体来说,河流富营养化主要是由于农村污染物未经处理排放或处理措施不当引起的。     

基于SWAT模型对非点源污染分布特征的研究——以汾河上游为例

为了加快汾河流域水污染源治理，本文基于数字高程模型（DEM）、土壤类型、土地利用、气象、水文、农作物管理数据，构建了汾河上游SWAT模型，并对该地区非点源污染分布特征进行研究。研究结果显示：（1）汾河上游流域泥沙及总氮输出系数较大的区域集中于海拔较高、坡度较陡、耕地较多的中部、东部及东南部；总磷输出系数较大的区域集中于中部及中东部城镇、村庄等人类聚集地集中的地区；（2）汾河源头区，虽然海拔较高、坡度陡，但泥沙、总氮、总磷输出系数均较小，没有明显的非点源污染；（3）草地为泥沙和总磷的主要贡献来源，耕地输出系数对总氮的贡献比很大，林地对总氮和总磷的贡献较低，城镇的总氮和总磷输出系数较大，但是由于面积占比小，整体贡献较低。     

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。     

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。     

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。     

四川山区农村面源污染负荷估算与评价

对农村面源污染物负荷的估算、来源分析及控制措施制定是当前研究的热点之一。利用输出系数模型和生态系统服务与权衡综合评价模型(Integrate valuation of ecosystem services and tradeoffs tool,In VEST模型)估算宝兴县面源污染物总氮(TN)、总磷(TP)负荷,并结合水环境功能分区标准,分析面源污染物的超标情况。旨在揭示山区农村面源污染治理的空间异质性,为农村面源污染防治规划、山区水环境治理效率的提升提供科学依据。结果表明,1)2010年宝兴县面源污染物TN、TP负荷分别为1 156.44、81.41 t/a,TN、TP负荷的空间格局整体上呈现出分布不均,局部集中,靠近水体的规律;2)不同污染源对TN、TP负荷的贡献率大小顺序均为:畜禽养殖农业用地农村生活;3)从流域尺度看,宝兴县TN、TP负荷没有超过III类水质标准规定的污染物负荷阈值;而从30 m×30 m栅格尺度看,宝兴县TN、TP超标量分别为763.63、51.16 t/a,其超标区域主要集中在耕地、草地、居民地以及靠近水体的地方,以上超标区域即为面源污染控制和治理的关键区域。     

灞河流域产流产污的时空特征模拟研究

[目的]探究灞河流域非点源污染物总氮(TN)和总磷(TP)时空演变特征及其与年径流量的负荷关系,提出污染负荷的空间分布规律,为流域规划治理提供思路。[方法]以1996年和2017年两期土地利用数据和2001-2017年灞河流域降雨数据为基准,基于GIS技术和AnnAGNPS模型开展现状模拟与情景设计。[结果]①相比1996年,2017年林地和耕地的面积减少,建设用地、水域等面积增多;模拟结果显示建设用地产流定额增加,TN负荷定额增加,TP负荷定额增加;林地产流减少,TN负荷减少,TP负荷减少;水域的产流、TN和TP负荷基本无变化。②2017年建设用地TN污染负荷相比1996年(5.24 kg/hm²)增加到16.13 kg/hm²,一定程度上反映了灞河流域近20 a城市非点源污染的严重性。③径流最大的区域是清峪河、灞河上游、清河以及辋川河这4个子流域。当径流值大于4.00×10⁸t时,TN和TP污染物负荷处于高负荷状态。④辋川河、库峪、岱峪以及清峪这4个子流域的TP,TN负荷分布占到了灞河整个流域的50.32%,56.09%。[结论]目前非点源污染是灞河流域的主要污染源,尤其要重视城市非点源污染。     

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。     

考虑降水和地形的京津冀水库流域非点源污染负荷估算

为了研究京津冀地区水库流域非点源污染现状,该文选取京津冀地区17座重要的水源地水库,运用修正的输出系数模型对水库流域非点源总氮(TN,total nitrogen)、总磷(TP,total phosphorus)输出负荷进行估算,结果表明:1)TN与TP负荷量空间分布具有一致性,TN负荷量较大的水库流域,TP负荷量也较大。TN与TP负荷量的平均比值为6.73。2)TN、TP负荷强度具有空间异质性。TN负荷强度为1.04~24.91 t/km~2·a,TP负荷强度为0.11~3.89 t/km~2·a。唐山、秦皇岛地区水库面临着更大的氮磷污染风险。3)不同污染源对TN负荷贡献率的顺序是土地利用农村生活牲畜养殖,对TP负荷贡献率的顺序是农村生活土地利用牲畜养殖。4)运用水库营养状态指数(EI,eutrophication index)对模拟结果进行验证。EI指数分别与TN、TP负荷强度呈显著相关关系(r=0.562,P0.05;r=0.558,P0.05),表明模拟出的TN、TP负荷与实际情况较符合,模型具有应用潜力。     

流域面源污染负荷差异性及不确定性的尺度特性分析

针对流域面源污染负荷差异性及其不确定性的尺度特性问题,于2013-2015年在釜溪河流域测定了不同尺度汇流区的面源污染负荷和污染物转化动力学参数。分别采用动态时间弯曲距离DTW(dynamic time warping distance)和信息测度度量了不同尺度汇流区面源污染的负荷差异性和不确定性。结果表明:不同的汇流区尺度上,降雨量小于临界值(40 mm)的情况下,氨氮(NH_3)、总氮(TN)、总磷(TP),和高锰酸盐指数(I_(Mn))负荷均随降雨量的增加而非线性增大,降雨量超过临界值后,流域面源污染出现最大负荷。降雨量超过临界值后,由于尺度增加后下垫面对径流过程调蓄能力的增大,相比子流域尺度,流域尺度上NH3、TN、TP和I_(Mn)负荷的变异系数分别增加了69.1%、47.0%、14.2%和85.8%。枯水期和汛期面源污染负荷主要受到污染源流域分布特性和下垫面径流条件的影响,不同尺度汇流区的NH3、TN、TP和I_(Mn)负荷在枯水期的差异性均显著小于汛期的差异性,子流域之间、以及子流域与流域之间4种污染负荷的差异性平均增大了3.18倍和2.44倍。相比子流域尺度,在流域尺度上单位面积流量、TN、TP和I_(Mn)负荷基质熵分别减小了4.8%、9.3%、31.9%和10.7%,而NH3增加了15.3%;有效测定复杂度分别增加了4.6%、15.4%、17.4%、49.5%和19.8%。不同尺度汇流区的面源污染负荷过程与流量过程不具有完全同步性。随着汇流区尺度的增大,面源污染负荷不确定性减小;有效测量复杂度随尺度增大表明在更大的尺度上对于面源污染负荷有效预测的参数数量显著增加;涨落复杂度和平均信息增量关系表明随着尺度的增加,面源污染负荷对降雨量的敏感性降低,而对下垫面条件的敏感性增加。不同尺度条件下,面源污染对降雨和下垫面的敏感性变化规律、以及面源污染负荷变异性机理等方面的研究将有助于提升分布式水文及面源污染模型理论。     

红枫湖流域非点源污染控制区划

非点源污染发生的广域性、分散性、随机性等特征使得对其进行效管控难度较大。以非点源污染关键源区识别为基础，对流域进行分区管控是实现非点源污染控制的有效途径。基于源头削减和过程管控协同管理的思路，将GIS技术、ArcSWAT模型、非参数检验和因子分析技术相结合，以农耕养殖程度较高的贵州红枫湖上游羊昌河流域为研究区，通过对流域近5 a非点源污染负荷特征进行模拟，识别影响非点源污染流失的关键因素，在此基础进行污染控制区划。结果表明：1）总氮和总磷负荷高风险区主要集中于地势较高且农业耕作活动频繁区域，刘官乡、黄腊乡、旧州镇及白云镇是非点源污染控制的重点乡镇；2）采用多因素方差分析7种不同因素对流域非点源污染负荷的影响程度表明，施肥量是影响总氮、总磷输出的最主要的因子，坡长、坡度及土地利用方式是次重要因子。针对羊昌河流域长期传统耕作以及化肥过量施用的现实特征来看，土壤有机磷的含量也会对总磷的输出产生一定的影响；3）羊昌河流域可划分为3个污染控制区，第1类：生态农业综合整治区（以近河道耕种区为主，面积254.4 km2）；第2类：污染治理区（农村生活及畜禽养殖区为主，面积405.74 km2）；第3类：生态修复区（高坡度强降雨区为主，面积464.47 km2）。研究结果可有效提升羊昌河流域非点源污染治理的效率，为水源地环境保护提供参考。