洋河水库流域非点源污染迁移特性及流域数学模型的构建

【目的】分析河北秦皇岛市洋河水库流域N、P等主要污染元素的迁移特性,为洋河水库流域非点源污染入库前的治理提供参考。【方法】采用SWAT(soil and water assessment tool)模型,对秦皇岛市洋河水库流域内2008－2014年的径流及污染物迁移情况进行模拟,同时借助SWAT中的部分模块功能,应用Fortran语言建立流域污染物迁移扩散数学模型,模拟计算2015年流域污染状况并验证模型精确度。【结果】在2008－2014年,洋河水库流域年均非点源污染流失总量中,TN负荷总量为845.96 t,流失率为10.6%,其中有机氮负荷总量占91%;TP负荷总量为240.56 t,流失率为6.4%,其中有机磷负荷总量占40%,有机态污染物负荷量的空间分布与产沙量基本保持一致。数学模型计算结果表明,东洋河入口处2015年TN、TP质量浓度计算值分别为11.62,0.032 mg/L,TN、TP质量浓度实测值分别为10.80,0.024 mg/L,其中TN质量浓度模拟的相对误差为7.59%,TP质量浓度的绝对误差仅为0.008 mg/L。【结论】洋河水库流域内的有机态污染源是主要流失源,其中有机氮、有机磷主要通过土壤流失入河;经验模型模拟对洋河水库流域径流及污染状况的模拟精度较高,可以满足区域非点源污染的治理需求。     

基于输出系数模型的呼兰河流域非点源污染输出风险分析

非点源污染控制是实现流域水质改善的重要途径,通过风险评估识别重点污染区域并进行分区管理是流域非点源污染治理的最有效手段。以呼兰河流域为研究对象,收集国内外文献输出系数,利用随机模拟的方法,结合GIS技术估算了流域非点源污染输出风险。结果表明,呼兰河流域非点源污染发生率较高,氮平均输出风险达到40.48%,磷平均输出风险达到17.11%,氮为流域内主要非点源污染物质。流域的非点源污染呈现支流重于干流的现状。结合县级行政区划对估算结果进行分析发现,望奎县污染最为严重,绥化市和海伦市次之,庆安县与绥棱县相对风险较小。根据输出风险估算结果,对呼兰河流域进行管理分区,解析得到30.27%的区域属于高风险区,7.27%的区域属于极高风险区,非点源污染对流域的潜在威胁较大,有必要对高风险区域进行优先控制,并对不同等级的风险区制定相应管理措施,为流域非点源控制以及水质改善提供理论支持。     

西安市供水水源非点源磷污染控制研究

磷是淡水生态系统中最重要的限制因素,要防治水体的富营养化,最关键的是要对磷的来源加以控制。以西安市主要供水水源黑河流域为例,分别选取适当的算法对USLE方程及SCS径流模型中各个参数进行了率定,利用SWAT分布式模型中对磷负荷的估算方法,对非点源磷负荷进行了定量研究。结果表明,文中所采用的估算方法较为合理,适合黑河流域非点源污染磷负荷的计算;全流域每年因降雨径流所产生的非点源磷污染总量为13.451t,对流域水环境及金盆水库的水质产生了不良影响;马召乡四村、厚畛子乡、甘浴湾乡、安家岐以及沙梁子乡对流域非点源磷污染贡献较高,是非点源污染控制的关键源区;退耕还林还草,增加植被覆盖度,减少农事活动和营养物累积量是削减和控制流域非点源磷污染的主要措施。     

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.     

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。     

巢湖流域县河污染物来源特征分析

基于对巢湖流域县河小流域主要污染物来源构成和污染特征的分析,对污染物入河量进行了计算。结果表明,县河的COD_(Cr)、氨氮和总磷的入河总量分别为6 607.3、421.0和76.3 t/a,主要来源于城镇生活污染;总氮入河总量为753.6 t/a,主要来源于城镇生活污染和污水处理厂的尾水排放。同时,针对流域错综复杂的排水系统,将中塘河+苏家河片区的雨污分流改造工作纳入区域水环境治理的重点,为有效改善河流水环境质量提供了依据。     

基于多耦合模型的盛桥河流域水环境模拟研究

【目的】对流域水环境污染进行解析、评估和预测,为流域水环境综合治理决策提供参考。【方法】以合肥市庐江县盛桥河流域为例,搭建流域水文、水动力与水质多耦合水环境模型,通过陆域-水体全过程模拟,解析污染负荷分布与河道水质响应规律,预测城镇截污纳管、农村污水处理、畜禽水产养殖整治、非点源污染管理措施及其组合情景下水环境治理效果。【结果】模拟可知,盛桥河流域典型丰、平、枯水年非点源NH_3-N入河污染负荷分别为88.23,42.81与35.45 t/年,TP入河污染负荷分别为7.53,3.65与3.24 t/年。最不利水文年(枯水年)汛期和非汛期河道水质均有超标现象,NH_3-N和TP最大超标倍数分别为1.42和0.90。河道流量与水质有较强的相关性,在低流量区间内,随着流量的增大水质有所好转;当流量大于0.52 m~3/s时,TP的质量浓度趋于稳定,NH_3-N的质量浓度有所升高。多措施综合治理后,盛桥河水质可达到地表Ⅲ类水标准,流域出口NH_3-N的月平均质量浓度低于0.91 mg/L,TP低于0.18 mg/L。【结论】所构建的流域水文、水动力与水质多耦合水环境模型在流域水环境污染解析、评估与预测应用中具有较好的可靠性和普适性。盛桥河流域汛期与非汛期河道水质的主导因素分别是非点源和点源污染,流域水-陆统筹、点-面兼治是解决流域水环境问题的根本原则。     

流域非点源污染物输出的环境因子分析

通过流域断面水质监测和GIS的流域空间分析等手段建立石头口门水库流域基础数据库,运用多元统计分析和偏冗余度分析对枯水期和丰水期影响流域非点源污染物输出空间分异的自然环境、人为干扰、尺度因素及其交互作用等环境因子进行了定量分解,运用冗余分析方法探讨了两个时期不同环境因子对流域非点源污染物输出种类及其形态的影响。结果表明,所选环境因子在枯水期和丰水期分别解释了流域非点源污染水质空间变异的64.5%和68.2%;两个时期纯自然环境对非点源污染的影响均最为显著,分别解释了水质空间变异的43.7%和59.5%,其次是纯人为干扰,均超过了20%。自然环境-人为干扰的组合在枯水期较为强烈地影响非点源污染的产出,占到水质空间变异的20%以上,而在丰水期这一作用不明显。枯水期,以居民用地为主的人为干扰控制着流域内以氨氮和颗粒有机氮为主的氮的输出以及有机物质的输出,而以流域面积为主的尺度因素则主要影响可溶性磷和有机物质的输出。对于丰水期而言,非点源污染物输出的种类和形态受到不同类型环境因子组合的控制。     

四川凯江流域农村非点源污染特征分析

为探讨凯江流域农村非点源污染状况,防止区域非点源污染进一步加剧,本文选取农村生活源、畜禽养殖源、农田径流源3大污染源,以2015年为基准年,利用排污系数法估算了COD、NH₃-N和TP的污染入河负荷。结果表明,2015年凯江流域农村非点源污染入河COD、NH₃-N和TP总量分别为4 906.71、1 074.02、203.50 t;农村生活源对COD和NH₃-N的入河贡献率最大,畜禽养殖源对TP的入河贡献率最大;凯江流域入河污染物主要分布在中江县、三台县和罗江县,COD、NH₃-N和TP入河量之和分别占凯江流域该类污染物入河总量的84.52%、84.28%和89.72%,其中中江县的污染负荷入河量最大。研究表明,中江县、三台县和罗江县是凯江流域农村非点源污染产生的关键区域,需重点关注。     

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。     

典型农业小流域面源污染源解析与控制策略——以丹江口水源涵养区为例

【目的】对丹江口库区典型小流域农业面源污染现状进行调查分析,解析该地区农业面源污染负荷和污染源,以期为制定针对性防控策略及促进农业绿色发展提供参考依据。【方法】通过问卷调查形式对谭家湾流域进行实地走访调研,对两个村域内的种植、养殖和人居生活等污染源进行分类调查,应用输出系数法和等标污染负荷法对污染负荷进行估算。【结果】谭家湾流域农业面源污染实际产生量由2015年的162.32 t降低至2020年的27.79 t,等标污染负荷总量由62.44 m³下降至21.14 m³,主导污染源由土地利用转变为畜禽养殖。流域内总氮（TN）、总磷（TP）和化学需氧量（COD）的年负荷总量分别为5.56、0.86和21.37 t。各类污染源的贡献率表现为：畜禽养殖>土地利用>农村生活,其中生猪养殖的TN、TP和COD负荷量分别占流域负荷总量的50.91%、64.20%和46.66%,是该地区最重要的污染源。TN是流域内最主要的农业面源物,其污染等标负荷占负荷总量的52.6%,其次为TP,污染负荷率为40.7%,COD的等标污染负荷率最小为6.7%。环境污染风险评价结果显示,流域内畜禽粪便耕地负荷警报值为0.489,分级级数为Ⅱ,对环境构成污染的威胁为“稍有”,流域养殖总量在现有基础上还有10 815头猪当量的扩增空间。【结论】2015年以来,流域农业面源污染强度显著降低,保持合理的禽养殖规模,同时做好污染物消减措施,对促进丹江口库区典型流域农业面源污染持续减排具有重要意义。     

气候和土地利用变化对松华坝流域水资源的相对作用研究

以云南省滇池松华坝流域为研究对象,利用分布式水文模型(SWAT)探讨了气候和土地利用变化对河道径流和总氮的影响及对水资源变化的相对作用,模拟分析了气候变化背景下两者相对作用程度的变化。结果表明:气候是流域内河道径流变化的主要原因,贡献率为63.1%～96.6%。土地利用对河道径流变化的影响整体上偏小,但是差异较大;在降雨减少或不变时土地利用的贡献率为12.2%～36.9%,在降雨增加时贡献率为3.4%～5.2%。从土地利用类型的变化来看,耕地减少和草地增加可增加河道径流量,反之则减少。气候和土地利用变化都是影响水体总氮变化的主要原因,贡献率分别为68.2%和68.5%,而两者对水体总氮的影响在不同时期差异较大。当总氮数量变化较大,或者减少量超过40%时,土地利用的贡献率比较大,而当总氮负荷增加或者减少幅度较小时,气候的贡献率比较大。土地利用类型和总氮变化量之间的相关性分析表明,耕地面积与总氮变化显著正相关(r=0.814),草地面积与总氮变化显著负相关(r=-0.895),而林地面积与总氮变化相关性不显著。     

基于InVEST模型的生境质量评估--以横断山小江流域为例

[目的]评估横断山小江流域生境质量,为改善流域生态环境和优化土地利用现状提供理论支持。[方法]采用In VEST模型,利用道路、农田、城市、乡镇及土地利用等数据,从生物多样性的角度,对横断山区小江流域的生境质量进行了量化评估,并分析其空间分布特征和区域差异。[结果]1受人类活动的影响,小江流域生境质量普遍偏低,流域中部区域退化严重。2土地利用类型和覆被对生境质量有很大的影响作用,还林还草政策可有效的缓解流域生境恶化现象。3小江流域生境质量具有明显的垂直空间异质性,生态环境的保护和社会经济的发展要因地制宜。[结论]该研究可为小江流域的生态保护和可持续发展提供科学依据和规划指南。     

基于SWAT模型的三峡库区大流域不同土地利用情景对非点源污染的影响研究

非点源污染对三峡库区流域的水环境污染起到主导作用。本文将SWAT(Soil and Water Assessment Tool)模型应用于库区大尺度流域的污染模拟研究中,以2005年土地利用现状为基准设定了6种土地利用情景,定量分析了不同土地利用措施对非点源污染的控制效果。首先采用三峡库区流域2002—2008年的水文、水质实测数据对建立的SWAT模型进行率定与验证,径流、泥沙、营养盐的评价指标ENS均达到令人满意的效果,表明SWAT模型应用于三峡库区流域是可行的。不同土地利用情景的非点源影响模拟结果表明,通过退耕还林措施将25°、15°、6°以上的耕地转化为林地可达到较好的非点源污染消减效果,考虑库区地处贫困山区,25°以上耕地退耕还林更为经济、可行;相同区域的草地转化为林地所产生的非点源污染要远远小于转化为耕地而产生的污染物,因此应严格控制自然植被退化为耕地的现象发生,否则会严重加剧库区污染状况;库区扩大林地范围的方案要有计划性、针对性,可在减少坡耕地的基础上进行,该措施能最大限度地减少库区非点源污染。本研究所得结论为政府科学合理的制定三峡库区流域非点源污染控制方案提供了重要科技支撑。     

抚仙湖流域土地利用变化及驱动机制研究

以2001—2013年玉溪市抚仙湖流域的土地利用数据作为研究基础,分析各类用地的变动幅度以及土地利用的总体格局变化,利用SPSS软件进行主成分分析,找出多年间影响该流域土地利用空间格局变化的主要驱动因素,根据分析结果,给出合理化的对策建议,对于进一步加强抚仙湖流域土地的集约和可持续利用提供帮助。     

大港河小流域土地利用方式对土壤肥力影响的研究

采用野外调查、取样和实验分析相结合的方法对江苏省宜兴市大港河小流域内4种主要土地利用方式(林地、水田、茶园、灌丛)的土壤理化性质进行对比研究,讨论不同土地利用方式对土壤肥力的影响,结果表明:不同土地利用方式对土壤肥力的影响不同,土壤有机质和全氮质量分数变化依次为灌丛＞林地＞茶园＞水田;农业耕作活动对表层土壤物理性质影响...     

基于GIS技术的黄前水库流域水土流失评价

在GIS技术基础上采用修正的通用土壤流失方程RUSLE作为评价模型,计算了黄前水库流域土壤侵蚀量,并结合土壤侵蚀强度分级标准,对流域土壤侵蚀强度进行了分级。利用GIS的叠置分析功能,定量分析了土壤侵蚀与坡度和土地利用类型之间的关系,并提出了相关的水土流失治理措施。结果表明:黄前水库流域土壤侵蚀模数为41.03 t/(hm2.a),属中度侵蚀区,年水土流失量1.33万t。流域土壤侵蚀模数与坡度呈显著正相关,不同土地利用类型的土壤侵蚀模数由大到小依次为:园地、草地、耕地、建设用地和林地。     

岔口小流域不同耕地类型破碎化差异性分析

以岔口小流域为研究对象,基于耕地现状和权属数据,借助GIS技术与FRAGSTATS4.0软件,分析不同耕地类型破碎化的内部差异性,为未来的土地整治及农业规模化经营服务。结果显示,耕地的权属破碎化大于自然破碎化,总体破碎化程度表现为沟坝地坡耕地沟川地梯田;空间分布上呈现为:梯田大面积集中于北部村庄,沟坝地、沟川地沿沟河呈条带状延伸,坡耕地则呈小片状分散布局;耕地适度破碎化益于水土保持,辩证地分析各耕地类型破碎化的影响效应利于土地整治的开展;4种耕地类型的边界褶皱度低。该区应因地制宜地开展土地整治及规模化经营。     

喀斯特小流域不同土地利用方式下土壤容重分析

以贵州毕节撒拉溪镇下小寨小流域为研究单元,分析了土壤中砾石含量以及不同土地利用方式对土壤容重的影响。结果表明,土壤中砾石含量与土壤总容重、细土容重之间均呈显著负相关关系。不同土地利用方式下,0～100 cm不同土层土壤总容重、细土容重未表现出一致的大小顺序。不同土层林地细土容重、总容重与菜地、玉米地、人工草地三者之间均存在显著性的差异,退耕地40～100 cm各土层细土容重、总容重与林地细土容重、总容重均无显著差异,说明减少人为干扰,采取休耕措施可以改善土壤物理性状。     

基于GIS-BPNN的喀斯特小流域土地利用变化模拟——以都安澄江小流域为例

以都安县1988～2007年的历史资料为基础,运用GIS技术,利用CA模型,并采用标准的3层BP神经网络来获取模型中各空间变量的作用参数,对都安澄江小流域未来的土地利用/覆盖变化的空间格局进行模拟。结果表明,从1999～2015年,都安澄江小流域城建用地、耕地、尤其是未利用地呈扩展趋势,草地、林地呈减少趋势,水体变化不大。