基于SWAT模型的小流域非点源氮磷迁移规律研究

非点源污染是影响农业水土环境的重要因素。在GIS平台的支持下,运用SWAT模型,以长江下游岔河小流域为研究对象,分析了氮磷流失时空分布规律,并模拟不同灌溉方式下非点源氮磷流失变化。结果表明:率定后的模型适用于小流域非点源污染的模拟;降雨量与径流及有机氮磷流失具有明显的相关关系,汛期(6-9月)的径流量占全年径流量的56.40%,有机氮磷流失量分别占到64.89%和59.70%;在空间尺度上,有机氮与有机磷负荷空间分布相似,呈现出随地表径流向岔河主河道逐渐汇聚的分布特征,大豆和水稻田是非点源污染的主要贡献地区;通过情景模拟发现,不同灌溉方式对小流域氮磷流失影响显著,对水稻田实行优化灌溉,采取浅灌高蓄的控制方法,可以有效改善小流域农业水土环境。     

昆明市云龙水库径流区氮磷非点源污染负荷分析

云龙水库是昆明市最大的城市集中式饮用水源地。水源区农业非点源污染是影响水库水质的主要来源,因此分析水库径流区氮磷非点源污染负荷与来源构成,可为饮用水源区水质保护提供科学依据。采用输出系数模型法,对昆明市云龙水库径流区氮、磷负荷的产生量与入库量进行了估算。结果表明:(1)云龙水库径流区氮、磷非点源污染负荷产生量分别为2079.8和454.32t/a,入库量分别为207.98和24.73t/a。(2)从不同乡镇分析,撒营盘镇的氮、磷负荷产生量最高,云龙乡和茂山镇产出量较低,其余乡镇产生量相近。(3)从不同污染源类型分析,该区非点源污染的主要污染源为农村生活污染和畜禽粪便污染。     

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。     

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。     

赣江上游小流域农业非点源污染生态防治技术研究

水土流失所导致的农业非点源污染已经成为赣江上游水污染的主要原因之一。以赣江上游的左马小流域为研究区,采用野外试验与问卷调查相结合的方法,进行了以小流域为单元的农业非点源污染源调查。在此基础上,针对赣江上游地区水土流失所导致的农业非点源污染的特征,结合当地实际情况,讨论了小流域农业非点源污染的生态防治措施,主要包括村落非点源污染生态控制技术、坡耕地非点源污染生态控制技术以及水系径流生态处理与生态修复技术等,这些技术的有机结合可形成赣江流域农业非点源污染控制与管理措施体系。     

紫色土区不同植物篱模式控制坡耕地氮素流失效应

为优选紫色土区控制农田氮磷等养分流失的复合农林模式,利用野外径流小区试验,结合室内分析与数理统计法研究了植物篱模式控制紫色土区坡耕地氮素流失效应。结果表明,植物篱模式减少了坡耕地总氮及各形态氮流失负荷,就总氮而言,20°坡耕地紫穗槐与香根草模式下年均总氮流失负荷分别比横坡农作模式降低92.4%、90.0%;13°坡耕地紫花苜蓿与蓑草模式的年均总氮流失负荷分别比横坡农作模式降低88.7%、83.9%。径流与泥沙流失量的减少与径流氮浓度的降低是植物篱控制坡耕地氮素流失的主要机制。紫穗槐、香根草、紫花苜蓿与蓑草植物篱模式可作为西南紫色丘陵区农业非点源氮素污染的源头控制技术,特别是20°以上坡耕地推广与实施灌木类植物篱模式,能长期有效地控制农田盈余氮素流失。     

三峡库区坡耕地免耕秸秆覆盖下氮磷流失特征

为有效防治三峡库区坡耕地氮磷流失,在三峡库区长坪小流域连续进行两年野外径流小区监测试验。在自然降雨条件下进行免耕秸秆覆盖(SM)和对照(CK)两个处理的田间试验,研究了免耕秸秆覆盖措施对地表径流和氮磷养分流失的影响。结果表明：(1)降雨量与径流量极显著正相关,径流主要由几次暴雨事件造成,需要重点防范玉米季暴雨造成的水土流失。免耕秸秆覆盖能减少地表产流产沙,相比对照处理,免耕秸秆覆盖减少19.1%的径流流失,减少63.6%的泥沙流失。(2)免耕秸秆覆盖分别降低了21.3%,25.8%的总氮和总磷流失量,径流量和氮磷流失量呈极显著正相关,免耕秸秆覆盖主要通过减少径流量来减少氮磷流失。(3)坡耕地油菜—玉米种植制的氮磷流失风险期为6—7月初,该时期CK处理41.3%的径流量贡献了81.4%,52.1%的总氮和总磷流失,SM处理38.4%的径流量贡献了75.2%,48.2%的总氮和总磷流失,在该时期通过免耕秸秆覆盖可分别减少17.5%,31.7%的总氮和总磷流失。研究表明,免耕秸秆覆盖是控制三峡库区坡耕地氮磷养分流失的良好水土保持措施。     

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。     

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。     

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。     

灰色关联度法在农业非点源污染土壤影响因子分析中的应用

农业非点源污染主要是农业活动中引入的外源物质超过土壤环境容量,营养物质大于作物生长所需,过剩物质积累于土壤中形成的污染.在对不同利用类型农耕地土壤理化性质测定的基础上,以林地土壤为参照,选取黏粒含量、pH值、有机质、全N、全P、水解性N、速效P作为研究指标,运用灰关联度的原理及方法,分析了不同土地利用类型、不同耕作制度以及与居民点不同距离所引起的土壤环境污染的差异.结果表明,农耕地土壤污染发生机率水田＞菜地＞旱地,春秋两季耕作土壤＞单季耕作土壤,距居民点越近,土壤污染越严重.     

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。     

安徽省兆河流域非点源污染模拟及最佳管理措施

[目的] 识别兆河流域非点源污染分布特征及其关键源区,为流域污染控制和清洁小流域建设提供科学参考。[方法] 通过建立流域非点源污染控制模型,模拟研究该流域在现状年和规划年的非点源污染分布特征。采用单元负荷指数法识别流域的关键污染源区,预测不同非点源污染控制措施对流域污染负荷量的削减效果。[结果] 兆河流域规划年的氮磷负荷量比现状年分别增加45.3%和8.0%;县河、失曹河、裴河、盛桥河及环圩河子流域为流域非点源污染关键区;通过设置合理的工程措施和耕种管理措施可有效控制流域非点源污染。[结论] 合适的非点源管控措施有助于削减流域氮磷污染负荷量。耕种管理措施加工程措施为最佳管理措施,可以有效控制流域总氮和总磷的非点源污染。     

三峡库区坡耕地植物篱对土壤特性的影响研究

植物篱在减少坡耕地径流、控制土壤侵蚀和降低非点源污染方面具有重要的作用。采用中国科学院万州典型区生态环境监测重点站监测的三峡库区坡耕地皇竹草植物篱小区和对照小区连续6年的监测资料,研究了坡耕地皇竹草植物篱对土壤特性的影响,结果表明植物篱能有效地改善坡耕地土壤结构、提高土壤养分含量。植物篱的实施有利于三峡库区坡耕地的可持续利用。     

植被缓冲带在水源地面源污染治理中的作用

在山地丘陵区遭遇高强度降雨时,常常发生水土流失;水流携带泥沙下泄,过量施入农田的肥料、农药等化学物质随之进入河流、水库、湖泊等地表水和地下水水体,进而造成水体富营养化等面源污染,危害水源地安全。为梳理植被缓冲带能够控制水土流失、阻控污染物移动、解决水源地面源污染问题,明确该项技术措施减少和治理水源地面源污染的机制,为水源地面源污染防治和水环境改善提供参考。在概括介绍植被缓冲带的类型、功能的基础上,对该项技术措施减少和治理水源地面源污染的机制进行讨论。植被缓冲带治理水源地面源污染的机制主要有:①植物在生长过程中自身对氮磷等物质的吸收;②利用植被固结土壤,减少水土流失;③植被覆盖、拦蓄能够延长径流在地面的停留时间而增加水分入渗、减少氮磷等物质随地表径流流失;④植物根系参与土壤中多种物理、化学和生物过程,加速碳、氮、磷等物质的形态转化。针对水源地面源污染特点和植被缓冲带的建设技术及其应用要点,提出相关建议,并对今后该技术的发展进行了展望。     

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。     

澄江尖山河小流域不同土地利用类型面源污染输出特征

研究了自然降雨条件下澄江尖山河小流域4种不同土地利用类型径流小区中面源污染输出特征。结果表明,不同土地利用类型径流小区中面源污染物输出量不同,农地的全磷输出量最大,其次是人工林,次生林和灌草丛较小;氨氮和COD输出量表现出农地和人工林大于次生林和灌草丛。不同土地利用类型径流中面源污染物输出浓度没有显著差异,但从总体上来看,植被覆盖度越高,径流水中的氮、磷浓度越高,而COD、氨氮浓度越低,硝态氮浓度是亚硝态氮浓度的8.5~111倍,可溶态氮以硝态氮形式流失为主;侵蚀泥沙有富集养分的特征,且次生林和灌草丛的富集率高于农地。不同土地利用类型侵蚀泥沙中全氮和全磷的输出量依次为:农地>人工林>灌草丛>次生林,速效氮和速效磷则为:农地>人工林>次生林>灌草丛。与氮相比,表层土壤中的磷更容易随径流流失,磷的输出以泥沙结合态为主,特别是速效磷。     

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。