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念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.鉴丁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SWAT模型的流域非点源污染模拟——以密云水库北部流域为例

本文利用SWAT(Soil and Water Assessment Tools)模型,在GIS技术和流域数字高程模型的支持下,对北京密云水库北部区域进行了流域非点源污染模拟研究,建立了一套适用于SWAT模型的研究区非点源污染基础信息库;根据2000-2002年的气象、水文、水质等监测数据,对研究区非点源污染负荷的时空变化进行模拟.结果表明,在空间尺度上,白河流域产流(占总流域的47.75%)、产沙(占总流域的53.65%)最大,但潮河水系含沙量(占总流域的62.55%)最大;单位面积氮磷流失量最高区域在潮河水系的东部丘陵区安达木河控制流域,其次为西部山地区的白河水系控制流域, 流失量最低的区域出现在潮河水系中部冲积扇区主河道控制流域.在时间尺度上,8月份流量最大,占雨季总流量的51.48%;而硝态氮和矿物质磷在9月份输出最大, 分别占雨季总输出83.64%和50.55%.不同土地利用类型非点源污染流失负荷不同,不同土地利用类型非点源污染流失负荷不同,耕地负荷贡献最大,其次是农村居民点,林地的污染负荷贡献最小.     

基于GIS的溶解态氮磷负荷模型研究

为了研究妫水河流域的氮磷非点源污染来源,在官厅水库周围进行了野外人工降雨实验,结果表明,氮磷输移率与径流量具有很好的相关性,溶解态氮、磷的平均相关系数分别是0.997 8和0.988 9,因此提出了新的溶解态氮磷负荷模型.从妫水河流域的土壤图、土地利用图中提取地理信息,以数字高程模型为依据,应用新模型研究了妫水河流域溶解态氮污染负荷的空间分布。结果表明,溶解态氮主要来自水浇平地,其次是低山和丘陵.     

松涛水库上游流域土地利用类型变化对氮负荷影响

土地利用类型变化是非点源污染呈现时空分布不均匀性和随机性的重要原因.以松涛水库上游为研究区构建SWAT模型,分析28年来流域内非点源污染氮负荷的时空分布以及不同土地利用类型与氮负荷的关系.结果表明:(1)构建的SWAT模型适用于松涛水库上游地区非点源污染氮负荷的估算;(2)1988—2002年流域全年总氮负荷增加了11...     

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1.39 t·a-1上升到3.81 t·a-1),有机磷流失也有所加重(0.17 t·a-1上升到0.48 t·a-1),而安图等地区则有所减轻.     

基于AnnAGNPS模型的苇子沟流域非点源污染模拟研究

采用连续分布式水文模型Ann AGNPS(Annualized Agricultural Non-Point Source Model),耦合GIS技术,对饮马河下游苇子沟流域2009—2015年非点源污染进行了定量模拟,同时用同步水质监测数据检验了该模型在苇子沟流域的适用性。结果表明,该模型对径流、总氮模拟效果较好,对总磷模拟效果较差。在日尺度上,模型对小型降雨事件径流量模拟值偏低,而对暴雨事件模拟值偏高;月尺度上,总氮、总磷的年内变化与降雨量的年内变化一致,5—8月雨季的非点源污染负荷占全年的80%以上;年尺度上,2009—2015年总氮、总磷污染负荷平均值分别为22 295.28 kg和7 085.00 kg,且年际变化趋势一致。降雨量与总氮负荷的Spearman相关系数为0.93,与总磷负荷的相关系数为0.92,且均达到极显著水平(P0.01),说明年降雨量的变化直接影响流域全年总氮、总磷污染负荷的变化。总氮和总磷负荷的空间分布具有很高的相似性,总体上总氮、总磷单位面积负荷量在流域西北部区域较低,而在流域中下游区域较高。     

基于SWAT模型的植草河道对非点源污染控制效果的模拟研究

以三峡库区香溪河流域为研究区,基于SWAT模型,通过收集整理香溪河流域2011年DEM、土壤、土地利用数据和1970—2011年的气象数据,在模型得到满意的率定和验证的基础上,模拟分析了流域内农业非点源污染的空间分布特征,评价了植草河道措施对于农业非点源污染的削减效果。模拟结果表明,SWAT模型能够较好地模拟研究区非点源污染,研究区TN和TP污染负荷集中分布在南阳水系,以及古夫、高岚水系的下游区域。全流域TN和TP污染总负荷分别高达1388t和239t。实施植草河道措施之后,TN和TP污染负荷分别降到1120t和157t,共削减了16.7%的TN负荷和34%的TP负荷。因此,从控制效果来看,植草河道能够很好地控制三峡库区香溪河流域的农业非点源污染,尤其是对TP污染控制效果更加明显。     

基于SWAT的汾河运城段非点源污染模拟与研究

【目的】对汾河运城段非点源污染进行模拟与分析,为该流域非点源污染控制提供依据。【方法】构建汾河运城段的非点源污染SWAT(Soil and water assessment tool)模型,根据河津水文站2005-2010年的实测逐月径流、泥沙和水质数据对模型进行率定和验证,并利用率定好的模型对研究区域的非点源污染进行模拟研究与分析。【结果】建立了包括土壤侵蚀、水文过程和污染负荷子模型的汾河运城段非点源污染模型,该模型对研究区域的适应性较好,可用于流域非点源污染的模拟研究;对非点源污染负荷时间分布规律的分析表明,研究区域各水文年的非点源污染负荷为丰水年平水年枯水年,而且发生在汛期(7-10月)的TN、TP流失量分别在60%和70%以上;对非点源污染空间分布特征的分析发现,研究区域内污染的关键区域主要为万荣与新绛县部分子流域,该部分区域降雨量、土壤侵蚀性均较大,并且坡度也相较其他区域大,因而产沙量相对较大,再加上农业活动的影响最终导致非点源污染相对较大,由此可见控制非点源负荷产出的关键在于减少流域的水土流失;对研究区域内TN、TP各类污染源贡献率进行分析可知,研究区域的非点源TN、TP负荷中分别有46.3%和53.5%为土壤养分流失所产生。【结论】汾河运城段非点源污染的控制重点在汛期(7-10月),采取相应措施减少水土流失、降低土壤养分流失、减少农业用肥量可以有效地控制研究区域的非点源污染。     

基于GIS的九龙江流域农业非点源氮磷负荷估算研究

以实测资料和相关研究资料为基础,分别选取适当的算法对 USLE方程和 SCS模型中的各个参数进行了率定,并借助 ARC/INFO的 GRID模块使各参数分别以栅格图层存储.利用 GIS的空间运算分析能力,估算了九龙江流域土壤侵蚀量和年径流量,并进一步计算了流域的溶解态氮磷负荷和固态氮磷负荷.以 100 m× 100 m的网格为基本计算单元,以污染源输出经验模型进行了氮磷负荷的估算,实现了模型在空间上的分布式模拟,对九龙江流域农业非点源进行了定位、定量研究.     

基于AnnAGNPS模型的胶东半岛大沽河流域非点源污染模拟研究

在检验了农业非点源污染模型——AnnAGNPS模型在胶东半岛大沽河流域适用性的基础上,估算了1998—2011年大沽河流域的年径流量和可溶性氮负荷,其多年均值分别为3.58×108m3和4.27×103t,其中,受流域年内降水分布和水库、拦河闸(坝)等水利工程、农田灌溉以及排污排废等人类活动的影响,6—9月(汛期)是径流量和可溶性氮负荷入海的主要时段,而非汛期的输出量则较小。空间上,流域南部可溶性氮负荷量明显大于流域北部,这与流域南部以耕地为主的土地利用类型以及工业、生活排污排废等关系密切,耕地施肥是大沽河流域可溶性氮的主要来源,其次为居民地。情景分析表明,减少化肥施用量以及采取保护性耕作措施均能降低大沽河流域非点源污染负荷的输出量,但在不影响作物产量的前提下适当减少施肥量及采取秸秆留茬覆盖是流域非点源污染控制比较有效的措施。     

珠江三角洲典型流域AnnAGNPS模型模拟研究

针对珠江三角洲地区地表水体日益突出的氮、磷富营养化问题，选择新田小流域为主要研究对象，应用GIS技术和AnnAGNPS模型，对流域出口及重要景观单元出口的径流量、总氮和总磷进行同步观测和模拟估算。结果表明：（1）AnnAGNPS模型具有较好的模拟效果，在径流量、总氮和总磷的模拟估算中，最小模拟偏差为1.4%，最大模拟偏差为34.34%，模拟值与实测值之间具有很好的相关性;（2）在所观测的4场降雨中，模拟效果受雨量的影响较为明显，在一定范围内，雨量越大，模拟效果越好，雨量越小，模拟效果越差;（3）不同景观单元由于下垫面性质及其人类活动强度大小影响的不同，模拟效果也表现出一定的差异，果园＋林地景观单元模拟效果最好，而水田＋旱地景观单元模拟偏差较大;（4）水田＋旱地景观单元总氮、总磷污染负荷比重大，是农业非点源污染来源的主要类型和关键源区，这一结果可为区域非点源污染控制和管理提供决策支持。     

无锡市不同土地利用类型非点源污染负荷变化分析

以非点源污染严重的无锡市为研究区,在RS和GIS技术的支持下,采用SCS曲线方程和USLE方程估算了不同土地利用类型的非点源污染负荷,进而分析不同土地利用类型变化带来的非点源污染负荷贡献率的变化.结果表明:①无锡市2000 ～2008年总氮(TN)负荷增幅为4.75％,总磷(TP)负荷增幅为3.28％.②不同土地利用类型对非点源污染负荷总量和单位面积的贡献率存在差异,农用地和建设用地对污染负荷贡献率均在90％以上;从单位面积污染贡献上看,对TN贡献率较大的土地利用类型依次为农村建设用地、农用地及城镇建设用地,对TP贡献率较大的土地利用类型依次为农村建设用地、农用地和林地.③不同土地利用类型对非点源污染负荷的贡献率也在发生变化,城镇建设用地对TN和TP的贡献率变化最为突出,分别上升了21％和17.4％;农村建设用地的TN和TP贡献率分别下降了22.3％和19.9％;农用地贡献略为减少;林地、荒地和水域贡献率略为上升.     

复杂流域氮磷污染物输出特征及模拟——以南京市云台山河流域为例

为定量分析复杂流域下垫面氮磷面源污染对流域水环境的影响,研究以南京市云台山河流域为研究对象,结合原位观测,并构建降雨-径流水文模型以及面源污染负荷模型,对云台山河总氮(TN)、总磷(TP)浓度的时空变化特征以及流域不同下垫面TN面源污染产生及入河特征进行分析。水质监测结果表明:云台山河TN平均浓度为5.1 mg·L^-1,各河段TN均超Ⅳ类水质标准。TP平均浓度为0.14 mg·L^-1,仅阳山河支流超Ⅳ类水质标准。TN浓度整体表现为下游高于上游,旱季高于雨季。TP浓度空间变化不明显,年内变化缓慢,表现为逐渐下降的趋势。水文模型及面源污染负荷模型对TN的模拟效果较好,模拟结果表明云台山河流域TN年产生量为581.1 t,主要来自农田径流与农村生活源,胜利河片区和主干流片区是TN污染物的主要来源区域。流域TN年入河量为187.8 t,占面源产生量的32%。受土地利用方式及城镇化程度影响,不同片区TN面源污染入河量呈现明显的空间差异性。为达到目标水质,流域TN需削减量为137.3 t·a^-1,其中农田径流与农村生活污染需削减量分别为55.5 t·a^-1和39.7 t·a^-1。研究表明在流域水文资料较缺乏的情况下,结合原位观测与模型构建,可实现流域面源污染物负荷的定量估算。     

国家尺度种植业面源污染负荷估算方法研究

空间尺度上,种植业面源污染负荷估算可用分为田块尺度、流域尺度和区域尺度。国家尺度属于区域尺度范畴,是掌握整个国家种植业源污染负荷概况、检验种植业面源污染防治措施成效、预测面源污染发展趋势的重要尺度。本文综述了国家尺度上种植业面源污染负荷估算的研究方法,主要包括输出系数法、改进输出系数法、多元回归法、贝叶斯递归回归树模型、过程模型模拟法等,并利用以上方法对我国种植业面源污染负荷进行估算。其中氮素径流损失估算结果在0.30～2.40 Tg之间,氮素淋洗损失为0.36～2.03 Tg,磷素径流损失为3.5～6.37 Mg。指出了我国国家尺度种植业面源污染流失量估算方法存在以下主要问题:源头排放未区分背景排放和肥料排放,也未考虑南方一年多熟制排放差异,过程削减未充分考虑沿程消纳。为此,提出我国国家尺度种植业面源污染负荷估算方法应进一步明细各土地利用输出系数、区分背景排放和肥料排放,考虑我国熟制的区域差异、考虑田块到流域出口的沿程削减。     

适用于中大尺度流域的非点源污染模型

从非点源污染发生机理和当前水文水质资料实际情况出发,考虑污染物运移规律,采用广泛应用的降雨径流和土壤侵蚀模型,结合河道断面监测资料推算的非点源污染物平均浓度,提出了一种保守性物质非点源污染负荷估算方法。在山东省小清河流域进行应用的结果表明该模型可行。     

哈尔滨松北湿地对农业非点源污染截留和去除效应研究

哈尔滨松北湿地位于松花江北岸,属于典型的农田与地表水体中间缓冲地带,通过选取有代表性的地点进行监测试验,运用SCS模型和溶解态氮磷污染负荷模型进行径流量和污染负荷估算,并进行相关数据的实验和分析,结果表明:(1)哈尔滨松北湿地地表径流中非点源污染负荷:TN的平均浓度11.56 mg/L、NO3--N平均浓度3.68 mg/L、NH4--N平均浓度2.02 mg/L、TP平均浓度0.99 mg/L;(2)降雨径流形成初期,TN、硝态氮、氨氮的浓度较高,1个小时后,浓度开始下降。TN峰值出现在径流形成后55 min,TP峰值出现在径流形成25 min,呈波浪型下降;(3)降雨两日后湿地水体中的TN、NO3--N、NH4+-N、TP浓度均有大幅度的下降,且浓度均低于农田径流中污染物的浓度,其中,TN减少了74.22%、NO3--N减少了50.38%、NH4+-N减少了77.94%、TP减少了17.91%。说明松北湿地对农业非点源污染物有很好的截留和去除效果。     

小清河流域无机氮非点源污染的量化研究

利用数学模型对小清河流域无机氮次暴雨径流污染和非点源污染年负荷进行量化分析。结果表明,流域次暴雨径流污染主要由农田非点源污染造成,而非点源污染年负荷不仅包括暴雨径流污染负荷,还包括非暴雨径流污染如水产养殖业和农村生活废水不定期排放造成的污染负荷;利用几场实测次暴雨径流污染物浓度加权平均值计算流域非点源污染年负荷会使计算结果偏小。此外,SCS和USLE模型在应用到下垫面复杂的流域时,其参数可通过数学率定确定,模拟结果表明可行。     

基于人为氮净输入及入河系数的流域河流氮输出负荷估算

构建基于流域人为氮净输入及其入河系数的河流总氮(TN)负荷模型,以探索解决由于面源污染传输空间异质性、传统入河系数核算不确定性较大等问题所导致的典型流域基本测算单元精细化模拟结果难以向大尺度扩展的问题。以面源污染转化较复杂的亚热带南方丘陵区源头流域为研究区,通过建立流域人为氮净输入模型(NANI)和TN入河系数关键影响因子(水文、地形地貌、土地利用等)回归模型,对河流TN负荷通量进行估算。同时将基于小尺度流域(金井河)构建的相关模型向下游大尺度流域(捞刀河)进行应用。结果表明:金井河流域8个集水区(面积2.6~204.1 km^2)NANI从2012年到2017年呈现显著降低趋势,变化范围为(81.7±7.0)~(198.2±32.5)kg·hm^-2·a^-1,其中氮沉降、化肥净输入为主要输入源;构建了基于径流系数和高程为变量的NANI入河系数回归模型,并结合NANI模型对河流TN负荷进行模拟,模型决定系数(R2)、纳什效率系数(NSE)分别为0.729、0.714;将基于金井河流域构建的河流氮负荷模型应用于捞刀河流域(2543 km^2),4个监测断面模拟值与实测值误差范围为10.3%~17.2%。研究表明,基于流域人为氮净输入及其入河系数的河流TN负荷模型在一定程度上满足科学、便捷、适用性,可用于南方丘陵区农业面源污染负荷的估算。     

亚热带区域农业面源污染流域源头防控机理与技术示范

日益剧增的农业面源污染使得亚热带流域环境可持续管理面临巨大挑战。亚热带红壤丘陵地区的丰富降水、复杂多样土地利用方式和高强度氮磷投入,导致了该地区水文过程、氮磷元素生物地球化学过程、以及氮磷污染物迁移转化规律的复杂性。从"十一五"至今,我们以亚热带丘陵区典型金井小流域为对象,研究建立流域多尺度环境监测系统,准确定量流域氮磷平衡特征,精确解析流域氮磷迁移规律与输出通量;构建以水文和氮磷过程为主要对象的分布式栅格流域生源要素管理模型(CNMM),制定流域氮磷环境安全控制标准,开发流域环境安全评价和污染源头防控决策支持系统;研发针对农田养分流失、分散型农村生活污水和养殖业废水的绿狐尾藻生态湿地消纳技术,探索农业氮磷减控关键途径,构建流域面源污染源头防控技术体系,并进行了大规模的推广应用与示范。这些结果将巩固和加强亚热带区域农业面源污染流域源头防控的应用基础研究,为实现流域环境的生态管理、质量恢复和生态系统服务功能提升提供理论依据。     

长兴县北部地区的土地利用与水质响应研究

以长兴县北部地区为例,以氨氮作为污染评价指标,分别利用改进后的输出系数法和研究区社会污染普查资料合理估算了研究区全流域和各乡镇的非点源污染量及点源污染排放量。通过对比污染输出总量和国家地表水环境质量标准发现,研究区全流域整体达到二级水质标准,但夹浦镇水质严重超标,且主要贡献来自于点源污染,其余乡镇水质良好。进一步分析发现,长兴县北部地区不同的土地利用组合类型和比例对非点源污染输出有着重要影响,总体规律是耕地对非点源污染输出贡献比例最大,其次是居民地和裸地,并且随着林地比例的增加和耕地、居民地的减少,污染逐渐降低。