基于HSPF模型的东江流域氮磷污染研究

东江流域是广东、香港的水资源供应地,确定其氮、磷等污染物的确切来源以及其时空分布特征,是有效地达成东江流域污染控制目标和保持水质的关键所在。开发了一个基于HSPF的分布式模型来研究东江流域点源及非点源氮、磷污染。HSPF模型在12个水文站上的校准达到了良好标准。校准后的模型用来分析了东江水量和水质在时间和空间上的变化。分析结果表明东江干流上游龙川站氨氮浓度最低,河源站最高,但总氮浓度上下游变化不大;总磷浓度和氨氮呈现相似的趋势,从河源到岭下再到博罗浓度递次降低。增江河、公庄河、新丰江水库和西枝江四条支流对东江的负荷总贡献为71.9%的氨氮,61.6%的总氮和73.8%的总磷。因此东江负荷控制的重点应该放在这几条支流。     

清水河流域农业非点源污染模拟及特征分析

为探讨冬奥核心区所在的清水河流域农业非点源污染特征,利用SWAT模型对清水河流域进行污染模拟及特征分析。通过前期对流域内河流水质监测和评价分析可知,该流域农业非点源是重要污染来源,且降雨和径流会对水质影响较大。借助ArcGIS平台构建清水河流域SWAT非点源污染模型,并利用实测径流数据对模型进行了率定和验证,结果表明SWAT模型在清水河流域的适用性较好。利用模型模拟结果对流域内TN、TP污染负荷进行统计,并对其时空分布特征展开分析。非点源污染的时间分布特征:2011、2013、2015和2016年的年均非点源污染输出负荷表现为TN>TP,并且具有明显的季节性,夏季和冬季分别是非点源污染产生的高峰期和低谷期,各子流域的累积负荷量也呈现出汛期大于非汛期的特点;空间分布特征:污染负荷流失强度较高的关键源区为2、3、5、6、7、10、12、14号子流域,集中分布在东沟和西沟水系两侧,主要土地利用类型为耕地和草地。各子流域的非点源污染输出负荷与降雨量均呈正相关关系,输出负荷与降水相关性较强的区域集中分布在正沟、西沟两侧和东沟上游,该区域内非点源污染物的流失与降水密切相关,高降雨量及强降水都会引起污染物的大量流失。     

改进的输出系数模型在缺资料地区面源综合评价

【目的】解决缺资料地区面源污染精确定量评估问题,以期为缺资料地区水环境治理提供理论依据。【方法】提出了一个综合考虑降雨和地形影响的改进的输出系数模型,并通过借助ArcGIS和等标污染负荷法,选取农村生活污水、农田地表径流、畜禽养殖、城镇地表径流、城镇生活污水和工业污染6大污染源和TN、TP 2大污染物对渠县境内流域农业面源污染进行了估算。【结果】研究区主要污染为面源污染;其TN、TP输出负荷分别为503.84、53.85 t/a,且空间分布基本一致;居民生活污水为主要污染来源占总污染的49.39%;涌兴镇、三汇镇为研究区重点治理乡镇。改进后的输出系数模型验证结果显示TN、TP的相对误差分别为10.87%和13.86%,模型结果验证良好。【结论】改进后的模型适用于缺资料地区面源综合评价。     

河南省农业非点源污染负荷估算及空间分布研究

为揭示河南省农业非点源污染负荷及其空间分布特征,采用Johns输出系数模型,对河南省18个地级市的总氮(TN)、总磷(TP)污染负荷进行估算,运用等标污染负荷法计算各地市污染物的等标污染负荷、污染源的等标负荷比,确定主要污染源,再运用Arc GIS分析其空间分布特征及成因。结果表明,河南省农业非点源TN、TP等标污染负荷最多的是南阳市、周口市、驻马店市、商丘市及信阳市,最少的是济源市、鹤壁市和漯河市;河南省农业非点源TN、TP污染主要来源是耕地、畜禽养殖和农村人口;TN、TP的空间分布有很强的一致性,且同一污染物不同区域的空间分布差异性也较小。     

基于输出系数模型的西充河流域（西充县境内）面源污染综合评价

在国内外研究成果基础上,总结了长江流域等重点区域的污染物输出系数,修正估算出西充河流域西充县境内的TN、TP的污染负荷。【方法】运用输出系数区域非点源污染TN负荷为926.87 t?a-1 ,TP为89.15 t?a-1 ,其中农业人口污染、畜禽养殖污染和农田土地径流污染对非点源TN、TP贡献率较大,其中农业人口污染是TN和TP的主要污染源,且TN负荷量远大于TP负荷量。【结论】西充河流域西充县境内非点源污染要得到相应的重视,并加以治理。     

北京市北运河流域农业非点源污染类型及贡献率分析

以北京市北运河流域为研究目标,对流域内各类非点源的污染负荷及其贡献率进行了系统的分析研究,并针对北运河流域内非点源污染的结构和空间分布特征提出了相应防治对策。结果表明:北运河流域农业非点源污染中CODcr的主要来源是生活污水,贡献率达到38%;氨氮的主要来源是种植业,贡献率达到43%;TN的主要来源是畜禽养殖,贡献率达到53%;TP的主要来源是畜禽养殖,贡献率达到74%。从污染负荷的空间分布看,流域内污染物排放量呈现出两头高中部低的空间分布特征,即下游通州区和上游昌平区非点源污染物排量明显高于其他区。     

水肥耦合模式下沙颍河农业非点源污染模拟研究

【目的】通过研究不同水肥组合对农田氮磷污染负荷输出量的影响,确定最佳水肥耦合方案。【方法】使用验证后的SWAT模型,以2008—2015年为例,模拟计算了沙颍河流域农田非点源污染TN和TP负荷的时空分布特征,并综合考虑不同灌水和施肥量情景下污染物输出负荷的变化规律。【结果】通过对设置的16种情景下的氮磷负荷变化进行比较得出:污染负荷的削减率与施肥量的减少量呈正相关,且在S4模式下,污染负荷削减效果最佳;污染负荷的削减率与灌水的减少量呈负相关,且在S8模式下,污染负荷削减效果最佳;当同时耦合灌水和施肥时,总氮的削减趋势随着灌水施肥的降低有所减缓,总磷的削减趋势在不同情景下变化不同。【结论】施肥量和灌水量各减少30%或40%时,农业污染削减效果最好。     

基于SWAT模型的复新河流域非点源污染研究

【目的】研究复新河流域氮磷营养物流失及入河负荷与用地类型的关系。【方法】利用1996—2009年河道径流、水质资料,率定和验证SWAT模型在复新河流域应用的适用性,研究了用地类型变化对流域氮、磷流失和入河负荷的影响。【结果】(1)复新河流域TN单位流失量是水浇地旱地养殖场,范围在13.8~15.1 kg/(hm2·a);TP单位流失量是城市水浇地旱地,范围在0.32~0.51 kg/(hm2·a);(2)养殖场的面积仅为水浇地的1/33,对流域TN、TP流失的贡献率却与水浇地相当;(3)复新河流域TN、TP的入河系数为3%和19%,天然林的存在可使氮、磷入河系数减少16.9%和0.59%,与旱地和水浇地的氮、磷入河系数相比,减少有限。【结论】单纯从景观格局控制流域非点源污染的效果是有限的,严格的氮、磷输入控制才是改善流域水环境的关键。     

基于输出系数模型的赤峰农业非点源污染分析

为了给赤峰市农业结构调整和流域面源污染生态工程防治提供科学的决策依据,并填补当地非点源污染研究空白,采用输出系数模型(ECM),研究了赤峰市农业非点源污染负荷量。结果表明:赤峰市2011年农业非点源污染物TN和TP负荷量分别为21 176.9 t/a和3 024.0 t/a;不同类型的污染源对研究区TN污染负荷贡献率的高低顺序为:大牲口养殖牧草地耕地羊养殖猪养殖农村生活或林地园地,而对TP污染负荷贡献率的高低顺序为:大牲口养殖牧草地或羊养殖猪养殖耕地农村生活林地园地。元宝山区农业非点源污染物TN和TP的负荷强度最高,且TN负荷强度比TP负荷强度高很多,前者是后者的7倍左右;红山区、宁城县、松山区、敖汉旗和林西县的农业非点源污染物的TN和TP负荷强度较小;其次是喀喇沁旗,巴林左旗、翁牛特旗、阿鲁科尔沁旗、巴林右旗和克什克腾旗。牲畜养殖业是农业非点源污染物TN和TP负荷的显著影响因素;各区县的农业非点源污染物TN与TP的负荷量和负荷强度空间分布不均匀。     

海河流域农田氮磷面源污染的空间分布特征及关键源区识别

【目的】分析海河流域农田氮磷面源污染及对水质影响的空间分布特征,并识别关键源区,以期为该流域面源污染治理提供参考依据。【方法】基于InVEST营养物传输率模型和产水量模型,估算了海河流域农田氮磷入河负荷、河流断面氮磷入河通量和潜在氮磷径流质量浓度,结合GIS空间热点分析、水文网络分析识别面源污染关键源区。【结果】海河流域2015年氮磷入河负荷分别为2.41 kg/hm²和0.56 kg/hm²,入河总量达3.4934万t和0.8077万t,潜在氮、磷径流质量浓度分别为5.97、1.47 mg/L,约55%的河段超过地表V类水质TN、TP标准。农田氮磷污染呈明显的沿西北部山区向中南部平原方向上升的分布特征;农田氮磷入河负荷和潜在氮磷径流质量浓度的空间分布差异明显,前者高值分布在徒骇马颊河水系、漳卫河水系、子牙河水系,后者高值分布在徒骇马颊河全线、黑龙港运东河中下游、大清河支流和子牙河上游部分河段;流域水系上游或支流的潜在氮磷径流质量浓度普遍高于干流。热点区面积分别占14.45%、16.02%,贡献入河总量的23.39%、27.71%。【结论】海河流域农田氮磷面源污染较严重,西北部山区地区的污染程度低于中南部平原地区,以流域中南部、石家庄和秦皇岛的周边地区为关键源区。     

汾河水库流域非点源污染模拟与研究

以汾河水库流域为研究对象,采用实测数据对SWAT模型进行参数率定与验证,进而定量估算了该流域2000—2010年径流、泥沙、氮、磷负荷,以揭示流域非点源污染负荷时空分布规律,识别污染关键区。结果表明,模型对研究区具有较好的适用性;丰水年氮、磷负荷量分别为139.34、0.92 kg/hm~2,是平水年的1.2、1.5倍,是枯水年的1.3、2.0倍;氮、磷负荷量主要集中在汛期(6—10月),分别占全年的68.81%、68.53%,非点源污染的时间变化与降雨发生的规律有很高的相关性;有机氮、硝酸氮、有机磷、溶解态磷排放强度分别为0.25~10.00、1~270、0.03~1.50、0.002~0.25 kg/hm~2,非点源污染的空间变化因降水分布、地形坡度、土地利用及土壤类型等的差异性呈现较强的区域性分布。岚县、静乐县是非点源N、P污染负荷控制的关键区。     

改进的输出系数模型在射洪县的非点源污染应用研究

为更精确的研究射洪县非点源污染现状,采用考虑降雨和地形影响改进后的输出系数模型(IECM),通过Arc GIS软件计算射洪县2016年非点源污染负荷量,计算结果为:TN、TP负荷量分别为2 854.32、256.42 t,TN、TP负荷量空间分布格局一致、具有较大的空间异质性,局部集中、靠近河流水域。TN负荷量中土地利用类型、农村生活污染、畜禽养殖3种污染源的贡献率依次为65.57%、29.22%、5.21%,TP负荷量中土地利用类型、农村生活污染、畜禽养殖3种污染源贡献率依次为57.57%、38.80%、3.63%。将模拟计算结果和未改进的模型计算结果与监测值进行对比,改进后的模型能够提高模型模拟的精度,提高模型在降雨不均匀的丘陵地区的适用性。     

林芝市农业面源污染排放特征解析

【目的】揭示林芝市农业面源污染分布特征,探明其主要污染源和重点污染区。【方法】以林芝市7县为研究区域,以总氮(TN)、总磷(TP)、化学需氧量(COD)等3类污染物为研究对象,针对农村生活、农田化肥、畜禽养殖等主要污染源,采用输出系数模型估算了该地区的农业面源污染负荷。【结果】2014年林芝市农业面源污染物COD、TN、TP负荷量分别为72 053.57、4 864.50、765.56 t;高污染负荷区集中在工布江达县、波密县和米林县;不同的污染源类型对面源污染负荷贡献率的大小顺序为:畜禽养殖、农田化肥、农村生活。【结论】畜禽养殖是林芝市的主要污染源;工布江达县和米林县是该地区面源污染的重点防控区域。     

黑龙江省地表水灌溉水质评价分析

【目的】合理制定管理策略改善灌溉水质。【方法】以黑龙江省2017年5—8月295个测点的16项水质监测指标为基础,以《地表水水质评价标准》(GB 3838—2002)和《农田灌溉水质标准》(GB5084—2005)为依据进行等级分类,采用Office以及ArcGIS软件分析了黑龙江省灌溉水质(主要指地表水)指标时空变化特征。【结果】①黑龙江省灌溉用水的主要污染物为有机污染物类(BOD5、COD和高锰酸盐指数)和面源污染类(氨氮、TN和TP)指标,其中仅有60.9%～76.7%和68.6%～78.3%测点的灌溉水质中COD和高锰酸盐指数能够达到III类标准以上;而面源污染类指标的表现较差,且TN和TP指标的超标问题较为严重;②时间变化方面,随着生育季的进行,有机物和面源污染类指标的劣类水测点均呈现逐渐增多趋势,且这一现象在TN和TP指标上表现更为明显;③空间变化方面,农业面源污染类指标的高风险区主要集中在佳木斯和七台河市,涉及的灌区主要包括鹤立河灌区、金沙灌区、三合灌区、孟家岗灌区和万家灌区。【结论】黑龙江省灌溉水质主要受农业面源污染类指标影响,且以TN、TP为主。制定合理的水肥管理策略是改善黑龙江省灌溉水质的重要手段。     

乌梁素海冰封期冰-水中污染物空间分布特征及污染评价

【目的】了解乌梁素海冰封期污染物的分布特征及污染水平。【方法】于2017年2月初冰封期采集冰样和冰下水样,测试样品的TN、TP以及可溶态重金属Cd、Cr、Cu、Mn、Ni和Zn的质量浓度及分布特征,用单因子指数法和综合污染指数法对乌梁素海冰封期不同相态水体进行了环境质量评价。【结果】乌梁素海在冰封期结冰过程中,污染物由冰体向水体迁移;TP和TN是最主要的污染物因素;重金属分布高值区域出现在湖区南部、湖区出口处,低值区位于湖区中部与东北部;Cu元素和Zn元素个别点位达到《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)Ⅱ类标准限值,应引起重视。【结论】结冰会使乌梁素海冰下水体污染加剧,利用该特殊效应,实现湖泊污染治理。     

基于SWAT模型的古蔺河流域面源污染模拟研究

近年来古蔺河水质日益变差,为了解古蔺河流域面源污染的时空分布特征与关键污染源区(CSAs),首先运用分形理论确定流域最佳集水面积阈值,然后基于SWAT模型进行子流域划分,在此基础上研究古蔺河流域农村面源污染的迁移转化及污染负荷,结果表明:流域最佳集水面积阈值为1 500 hm~2,此时子流域划分为37个;模型月平均径流与氮、磷负荷模拟评价指标Nash系数大于0.5,决定系数R2大于0.6,SWAT模型在研究区有较好的可适用性;古蔺河流域2013年TN输出量为2 761.72 t,TP输出量为338.27 t,古蔺镇、德跃镇、石屏乡污染负荷占比较大,各子流域污染源贡献率排序均为化肥畜禽养殖居民生活,因此农业化肥和古蔺镇、德跃镇、石屏乡是流域面源污染防治的重点。     

基于GIS的尼洋河流域农业面源污染负荷分布特征

【目的】揭示尼洋河流域农业面源污染的现状特征,探明其首要污染源和关键污染区。【方法】采用输出系数模型中农村生活污水、农田化肥流失、畜禽养殖流失污染模型3个模块,基于林芝市2014年的农业统计资料,从水文、地形和行政区划3个角度,对尼洋河流域农业面源污染强度进行了估算和空间分析,并分析了COD、总磷、总氮、氨氮的污染负荷空间分布特征。【结果】4类污染物输出负荷量最大的区域为中游左控制单元;4类污染物负荷强度最大为下游左、右控制单元;畜禽养殖流失污染源是尼洋河流域首要污染源。【结论】尼洋河流域中游左岸是今后流域防治的主要对象,畜禽养殖流失污染源是主要的控制对象。     

基于SWAT模型的龙溪河泸县境内面源污染特征分析

应用分布式水文模型SWAT,首次以龙溪河泸县境内的面源污染为研究对象,通过对该流域的面源污染进行调查、监测和模拟,定量计算和分析该流域面源污染的时空分布规律以及识别关键污染源和污染关键区。结果表明:①SWAT模型在该研究区具有较好适用性,径流、氮磷负荷的纳什效率系数Ens在0.6~0.75,决定系数R^2在0.75~0.85,相对误差Re在10%~30%;②年产水量、TN产量、TP产量丰水期显著多于平水期,丰水期比重大约为70%~80%,平水期多于枯水期,枯水期产量比重在5%以内;③面源污染是各个子流域最主要的污染类型,农业化肥污染与农村生活污染在面源污染中所占比重最大;④农村生活污染对TN产量影响最大,农业化肥污染对TP产量影响最大;⑤11、13号子流域是非点源污染的关键区,选定云锦镇为重点防治区。     

陕西沣河水环境特征及污染构成解析

通过资料收集和现场监测,对沣河2001-2011年水污染时空变化特征和成因进行了分析;在沣河秦渡镇水文站断面进行了洪水期与非洪水期水质水量同步监测,分析比较了洪水期和非洪水期水质特征;分别采用构建的水文分割法和通用的平均浓度法对沣河非点源污染负荷及其比重进行了计算。结果表明：（1）沣河2001～2006年污染较严重,2007～2011年水质逐年好转;2001～2006年从上游到下游沣河水质沿程逐渐恶化,2007～2011年沣河流域水质污染情况为上游<下游<中游;沣河2001～2006年NH3-N平均浓度基本处于Ⅲ类水质以内,2007～2011年基本处于II类水质以内;沣河2005~2006年COD平均浓度处于IV类水质以内,2007～2011年处于II类水质以内;洪水期水质好于非洪水期水质。（2）水文分割法和平均浓度法计算结果符合良好,该法可用于有限资料条件下非点源污染负荷的估算。沣河非点源污染影响在2007年后明显增大,2009年（P=45%）沣河秦渡镇水文站以上流域NH3-N和TN非点源污染负荷在总负荷中所占比例分别为47.40%和50.78%。NH3-N和TN年内非点源污染负荷所占比重从枯水期到丰水期呈明显递增趋势。     

塔里木河流域产水量时空分布及驱动因素分析

【目的】研究区域产水量时空变化及其驱动因素,为区域水资源的调配与管理提供理论支撑。【方法】利用In VEST模型模拟了2000―2015年和田河流域、开都-孔雀河流域和叶尔羌河流域产水量的时空分布并对驱动因素进行了分析。【结果】空间上,各流域多年平均产水量均集中分布在流域上游地区,平均产水量多在30 mm以上。2000―2015年和田河流域和开都-孔雀河流域产水量以下降趋势为主,而叶尔羌河流域则相反。降水对流域产水功能起着关键作用,和田河流域、开都-孔雀河流域和叶尔羌河流域产水量与降水呈显著相关性的面积占比较大,分别为73.99%、88.49%和71.11%。气温和降水是影响各流域产水量空间分布的主导因素,其q值都在0.4380以上;各流域两两因子之间的交互作用都存在着非线性增强;和田河流域人口密度与GDP、开都-孔雀河流域相对湿度与太阳辐射和风速、叶尔羌河流域GDP、人口密度与相对湿度之间差异显著。【结论】西北干旱区内陆河典型流域产水量主要受气温和降水的影响。