基于流域单元的农业非点源污染负荷估算

农业非点源污染的定量化以及流域中污染关键区的识别工作对于控制农业非点源污染起着重要作用,利用描述产污过程的数学模型,以地理信息系统作为建立数据库的支持,选取辽宁西部的下河套小流域作为案例,给出基于流域单元的农业非点源污染负荷计算过程。结果显示,不同类型、不同空间位置的流域单元对整个流域污染的贡献不同,三级流域单元和直接汇入三级河流的一级流域单元对流域污染的贡献最大,也是更为需要加强管理的区域。该方法可为制定相应的流域管理措施提供依据。     

SWAT模型非点源污染模拟对空间单元划分的响应

流域空间离散化是SWAT等分布式非点源污染模型的基础,不同的空间单元划分方案会对模型模拟结果产生影响。为合理配置SWAT模型非点源污染模拟中的空间单元划分方案,以太湖地区中田舍流域(42km2)为研究区开展研究:根据汇流累积量阈值和土地利用-土壤-坡度分级面积阈值设计25种子流域(SUB)-空间响应单元(HRU)划分方案,其中以真实河网提取阈值、HRU面积阈值为0%-0%-0%作为基准方案进行日尺度模型率定,并利用该套模型率定参数探讨SWAT非点源污染模拟对空间单元划分的响应。结果表明:模型率定期径流、泥沙、总氮和总磷Nash-Sutcliffe效率系数分别为0.575,0.671,0.483和0.758,模型可以较好表达流域过程;不同的空间单元划分通过对土地利用类型的筛选以及流域过程相关参数的改变影响污染物模拟结果,且模拟结果对HRU划分的敏感性高于子流域划分。因此,利用SWAT进行非点源污染模拟时,应在保证径流、泥沙模拟精度的基础上,进行尽可能详尽的HRU划分(如土地利用-土壤-坡度分级面积阈值分别为0%-0%-0%或0-5%-5%),以更好体现流域空间异质性,避免过粗的HRU集总带来模拟结果的失真,而子流域划分则选取能体现真实河网的适中阈值以体现子流域空间异质性即可。     

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.     

巢湖流域农业非点源污染现状及控制策略

农业非点源污染已成为目前巢湖水体富营养化的一大主要威胁,对巢湖流域农业非点源污染结构和现状进行了系统的分析,并针对性地提出了控制农业非点源污染的措施和策略。     

滦河流域承德市非点源污染遥感模型评估分析

本研究采用遥感分布式非点源污染评估模型（DPeRS）,对滦河流域承德市非点源污染负荷的空间分布特征和污染来源进行遥感像元尺度评估分析,进一步识别非点源污染优控单元,并探讨分析了非点源污染贡献率及影响因子。结果表明:污染量上,2019年滦河流域承德市总氮（TN）、总磷（TP）、氨氮（NH₄⁺-N）和化学需氧量（COD_Cr）非点源污染排放负荷分别为0.12、0.014、0.06 t·km^-2和0.05 t·km^-2,入河量分别为119.6、7.8、70.3 t和49.8 t;污染类型上,滦河流域承德市氮型（TN和NH₄⁺-N）非点源污染的主要来源是农田径流,TP主要是来自农田径流和水土流失,COD_Cr主要污染来源是畜禽养殖;空间分布上,滦河流域承德市非点源污染高负荷区主要分布在流域的中部和南部地区,TN和NH₄⁺-N的非点源污染优控单元面积占比均达到65%以上,而TP为整个区域需防控的非点源污染指标。降水量与氮磷非点源污染入河负荷相关性较好,丰水期TN和TP非点源污染对河流中氮磷污染的贡献率分别为33%和50%;控制单元内耕地和林地面积占比与水土流失型氮磷非点源污染排放负荷的决定系数均超过0.5。因此,重点应从源头上防范丰水期非点源污染排放,建议进一步加强水土保持工作,以减少林草天然源水土流失引发的非点源污染排放,同时也应加强农田养分管理以减少养分流失。     

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。     

基于USLE的黑河流域非点源污染定量研究

为有效控制黑河流域因土壤侵蚀而产生的氮、磷非点源污染,改善黑河水库水质,以流域的行政单元作为估算非点源污染的响应单元,利用通用土壤流失方程(USLE)并选取合适的方法进行了参数选取和率定,在 GIS软件辅助下,估算了各单元的土壤侵蚀量,计算了流域吸附态氮磷的污染负荷。结果表明:(1)文中所用估算方法较为合理,全流域的平均侵蚀模数为315．06 t/(km2·年);(2)流域每年由土壤流失所引起的吸附态氮磷总负荷量分别达到15．702和3．866 t,对流域水环境造成了严重的污染和破坏;(3)马召乡、甘浴湾乡、板房子乡、安家岐乡、厚畛子乡以及小王涧乡对流域氮磷污染负荷贡献较高,是流域非点源污染控制的主要源区;(4)退耕还林还草, 增加植被覆盖度,减少农事活动是削减和控制流域非点源污染的主要措施。     

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。     

农业非点源污染国内外研究进展

农业非点源污染正日益成为水体富营养化最主要的污染源,并已成为当前限制我国经济可持续发展的重要因素。笔者从农业非点源污染物迁移转化机制、非点源污染物的防控机制、非点源污染模型模拟、农业非点源污染研究中的尺度问题等方面对国内外研究进展进行了论述。提出我国非点源污染研究需在以下方面有所加强:(1)非点源污染物耦合作用下的运移;(2)转化机理及其界面行为过程机制研究;(3)不同空间尺度和格局农业非点源污染物的迁移转化规律;(4)适合我国不同区域特色的非点源污染机理模型研究。     

我国三个典型流域人类活动净氮输入量估算及其影响因素

目的 人类活动氮素过量投入是引起面源污染的重要原因之一。阐明人类活动净氮输入量的时空分布特征及其影响因素,为解决面源氮素污染问题提供数据支持。方法 利用人类活动净氮输入量（net anthropogenic nitrogen input,NANI）模型,通过统计年鉴和文献综述获得NANI相关数据和参数,对农业化的香溪河流域、城镇化的太湖流域和全面推进农业绿色发展模式的洱海流域的净氮输入量进行评估。结果 从NANI强度上看,3个典型流域NANI平均值按照大小排序为：太湖流域（13 241 kg·km^-2·a^-1）、香溪河流域（2 183 kg·km^-2·a^-1）、洱海流域（1 582 kg·km^-2·a^-1）。从来源上看,氮肥施入（Nfer）和食品/饲料氮（Nim）是NANI最大来源,占比58%—97%,对NANI贡献从大到小排序为：氮肥施入、食品/饲料氮输入、氮沉降输入、作物固氮输入。从时间尺度看,2019年同2010年相比,香溪河流域NANI中食品/饲料氮输入比例下降23个百分点,氮沉降比例上升34个百分点;洱海流域NANI中氮肥施入比例下降86个百分点;太湖流域NANI中食品/饲料氮输入比例上升31个百分点,作物固氮量和氮沉降输入比例下降14个百分点和12个百分点。从影响因素上看,3个典型流域NANI与城镇人口密度均呈现显著相关性（P<0.05）,且随城镇人口密度的增加NANI随之升高;耕地面积占比与NANI的拟合上,香溪河流域有显著影响（P<0.05）,但洱海流域和太湖流域均无显著影响（P>0.05）。结论 香溪河流域中昭君镇、峡口镇和黄粮镇,洱海流域中下关镇、上关镇和凤仪镇,太湖流域中张家港市、嘉兴市秀城区、杭州市拱墅区和上海市南汇区是NANI的关键源区;以农业为主的香溪河流域化肥施入是NANI的主要来源;城镇化程度较高的太湖流域食品/饲料氮和肥料氮投入是NANI主要来源;农业绿色发展措施可显著减少人类活动净氮输入量。因此,在关键源区大力推广农业绿色发展措施,同时有效降低饲料和肥料的投入量,有利于控制农业面源污染。     

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。     

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。     

深溪河流域农业面源污染综合治理措施

根据深溪河流域污染面广、水土流失严重、乡村环境差、水体N、P含量高、水库富营养化的现状,提出以小流域为单元,对农业面源污染实行水污染防治与水土流失治理、生态经济发展兼顾的标本兼治修复技术,包括生态农业技术、人工水塘技术、植被缓冲带技术、湿地生态系统构建技术等,达到控制污染和水土流失,保证流域水质,改善乡村环境的目的,实现流域自然、社会、经济可持续发展的目标。     

非点源污染模型研究进展

水域环境中非点源污染日益严重,其管理和控制越来越受到人们的重视.非点源污染模型作为描述和评价非点源污染的有效工具,是目前研究的热点.本文概述了非点源污染模型的发展过程,介绍了EPIC、SWAT、HSPF、AGNPS、DWSM等常见模型及其应用,并探讨了目前非点源污染模型研究中存在的问题及未来的发展方向.     

基于实测资料的输出系数分析与陕西沣河流域非点源负荷来源探讨

根据2001—2009年秦渡镇水文监测断面的监测数据,应用平均浓度法计算NH+4-N、TP和COD的非点源污染负荷量,并与改进的输出系数法估算结果进行对比分析,确定适合该流域的输出系数。将考虑流域输移损失的输出系数得到的非点源污染负荷与基于实测资料的平均浓度法计算结果进行对比可知,相对误差较小,表明各类营养源的输出系数值与流域损失系数值适合沣河流域。应用考虑流域输移损失的输出系数法的负荷计算结果分析了流域内污染物的来源,结果表明：近十年来,耕地和农业人口的贡献最大,其中耕地对沣河流域TN、NH+4-N和TP非点源负荷的贡献率分别占到37.87%、37.74%、15.56%,且呈现上升趋势;农业人口对TN、NH+4-N、TP和COD非点源负荷的贡献率分别是40.73%、41.06%、61.19%、21.98%,且呈现上升趋势;牲畜（包括牛、驴、猪、羊等）对COD非点源负荷的年均贡献率为73.49%。由此可见,控制耕地、农业人口以及大牲畜所产生的污染负荷可以有效削减非点源污染。     

发展环水有机农业控制农业面源污染的政策与建议

当前农业面源污染问题依旧是水污染控制与水环境改善的重点和难点,通过对发展环水有机农业控制农业面源污染的可行性分析,结合国内外发展环水有机农业控制农业面源污染的实践以及我国有机农业发展现状,提出了发展环水有机农业控制农业面源污染的政策建议,包括:制订环水有机农业发展国家行动计划;建立环水有机农业试点;开展技术研究和推广;提高公众参与度和培育国内有机产品市场等。     

巢湖流域非点源N·P污染控制措施研究

结合巢湖流域非点源污染的实际情况,采用最佳管理措施(BMPs),通过分析流域内非点源污染物的来源及种类,探讨了流域内非点源污染的治理措施,分别从陆域非点源污染治理和水体非点源治理两方面提出了流域非点源污染控制的对策和建议。     

循环型农业清洁流域建设——以柘皋河流域为例

为在流域尺度下构建全面系统的面源污染防控体系,以安徽省巢湖流域内一个典型的农业流域柘皋河流域作为案例,调查该流域种植制度、养殖模式、农村生活等数据,分析其面源污染特征,基于水环境容量计算柘皋河流域种植源氮磷减排潜力,在借鉴生态清洁小流域建设思路的基础上,提出循环型农业清洁流域建设,并从环境效益和技术应用两方面构建评价体系,并在实施减排措施基础上开展初步评价。结果表明:柘皋河流域内氮、磷年排放量分别为1 923和168t;种植源氮减排率为37%,磷水环境容量空间充裕;实施清洁集成技术减排措施能够实现流域减排目标;综合评价指标值为0.684,表明流域的管理状况不佳。最后,提出了构建市场机制、强化基础设施建设、优化种养空间布局和加大政策支持等方面建议,以提升清洁技术效益和改善流域环境管理。