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。     

最佳管理措施评估方法研究进展

针对流域非点源污染的关键源区,进行最佳管理措施(BMPs)的配置,是非点源污染控制的有效途径.污染削减效率的准确识别对于BMPs在目标流域内的有效实施具有非常重要的意义.通过综合对比和分析实地监测、养分平衡、风险评估以及模型模拟等四类最佳管理措施评估方法的有效性、特点、适用条件及其局限性,得出以下结论:养分平衡法较为简便且易于使用,相较于其他方法,所需时间短且又可以消除评估效果的滞后效应,但对污染物削减的时间效应和传输过程影响考虑较少.风险评估和模型模拟方法可以更好地应对不同时空尺度下削减措施效率的评估,但需要大量实测数据的支持,同时模型模拟中普遍存在的时空不确定性影响很难消除.由于各种评估方法都有一定的适用条件,单一方法难以有效地完成评估目标,需要综合应用各类方法,才能最大程度地发挥这些方法的潜在功能和有效性,进而实现BMPs措施使用的成本-效益目标.     

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。     

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。     

不同气候模式对密云水库流域非点源污染负荷的影响

以密云水库流域内4个气象站1961-2000年40 a的气象特征分析结果为基础,采用统计分析和线性回归的方法,预测流域气候变化趋势,采用任意情景设置法设定25种气候情景(5种温度变化和5种降雨变化的组合情景)和3个水文情景年(丰、平、枯水年)。利用HSPF(hydrologic simulation program-fortran)模型模拟密云水库流域不同气候变化情景下径流量和非点源污染物负荷量的变化情况。结果表明:1)增加20%降雨,能增加73.4%的径流量,而减少20%降雨会减少56.3%的径流,而气温变化对径流和水质负荷影响不是很明显;2)总氮和总磷负荷随径流增加而增大,总磷负荷对径流变化更加敏感,降雨增加20%,总氮和总磷负荷分别增加约70.8%和78.3%;而减少20%降雨,会使得总氮和总磷负荷分别减少约55.3%和57.2%;3)从水文年对比来看,潮河流域丰水年径流量是枯水年的3.1倍,总氮、总磷负荷则分别是枯水年的2.9倍、3.5倍,白河流域丰水年径流量是枯水年的4.6倍,总氮、总磷负荷则分别是枯水年的5.6倍、8.5倍,且年内非点源污染负荷主要集中在汛期,高风险区主要分布在怀柔区、延庆县、滦平县以及密云县,需要对其采取对应的措施来控制非点源污染的影响。     

小流域非点源污染管理措施的多目标优化配置模拟

基于"风险评价—规划分区—分别管理"的非点源污染管理思路,采用非点源污染风险评价模型、最佳管理措施(best management practices,BMPs)评估体系及非支配排序遗传算法相耦合的方式,对北京怀柔区北宅小流域非点源污染进行不同空间尺度下最佳管理措施空间优化配置模拟,为小流域非点源污染最佳管理措施的实施,提供决策支持。研究结果表明:1)非点源污染潜力高风险区为距离河道较近受人为活动影响明显的居民区、养殖场和耕地,为重点管理区;2)根据污染物污染控制功效、成本投入以及景观美学功效3个方面综合评价结果对拟实施的BMPs进行综合评分排序,人工湿地、入渗池、绿屋顶、植物蓄留池等以下渗过程为主要污染控制机制类措施,可作为BMPs情景配置的优选措施;3)不同空间尺度下最佳管理措施空间优化配置模拟表明,流域层面BMPs最优方案为为生物滞留池0,湿式滞留池105 000元,占总成本的8%,入渗沟469 560元,占总成本的92%,总氮、总磷年污染负荷量综合削减率45%;村庄层面BMPs优化配置方案为生物滞留池3 105元,占总成本的0.8%;湿式滞留池21 000元,占总成本的5.6%;绿屋顶216 306元,占总成本的64%;透水性路面11 0736元,占总成本的29.6%。总氮、总磷年污染负荷综合削减率能够达到46%;农户层面BMPs优化配置方案为绿屋顶0元;雨水罐38元,占总成本的2.5%;生物滞留池675元,占总成本的44.5%;透水性路面805元,占总成本的53%。总氮和总磷两种污染物的年污染负荷削减率65%。