基于SWMM不同气候区城市绿色屋顶径流调控效益研究

对比研究不同气候区城市绿色屋顶径流调控效益,可为不同气候区城市绿色屋顶水文设计和评估提供科学参考。基于北京市试验绿色屋顶2019年降雨-径流过程监测数据率定并检验SWMM,采用该模型模拟分析不同气候区城市(北京、上海、广州)绿色屋顶径流调控效益变化特征。结果表明：(1)种植佛甲草(Sedum lineare)的轻质基绿色屋顶具有较强的径流调控功能,监测期平均径流和峰值流量削减率分别为73.22%,77.63%。(2) SWMM可较精确地模拟绿色屋顶径流量和峰值流量,率定期平均Nse和R²分别为0.64,0.73,检验期平均Nse和R²分别为0.66,0.64。(3)在不同设计暴雨重现期下,三个城市的绿色屋顶径流削减率不同,但均随重现期的增大呈指数衰减趋势。(4)三个城市绿色屋顶径流削减率和峰值流量削减率均随基质层厚度的增加而上升,但达到某一厚度后径流调控效益不再增加,其中北京和上海的临界基质厚度为500 mm,广州为800 mm。综上,气候条件和基质厚度是影响绿色屋顶径流调控效益的主要因素,故在不同气候区城市布设绿色屋顶需综合考虑各因素,以达...     

绿色屋顶降雨径流削减效果监测与过程模拟

选择平面、斜面、绿色、滞蓄4种不同形式屋顶,采用"液位计+三角堰"的径流测量方法,开展降雨径流对比监测。结果表明,相比平面与斜面屋顶平均径流系数(分别为0.68和0.84),绿色与滞蓄屋顶平均径流系数分别为0.41和0.43,均明显有所减小,并且数值相差不大,反映出相近的径流总量削减效应。比较分析绿色与滞蓄屋顶降雨径流过程,2类屋顶径流过程接近,产流后水流运动机制相似,均受上部积水水头作用影响,并以孔流(孔隙、孔口)形式出流,可以采用相似的水库概念模型进行简化模拟。根据土壤水饱和下渗理论,考虑到绿色屋顶基质层厚度有限,推导建立了描述绿色屋顶饱和产流后降雨径流过程的基本方程,并应用于模拟绿色屋顶降雨径流过程。结果表明,径流过程计算值与实测值间决定系数值为0.85、Nash-Sutcliffe效率系数值为0.84,初步验证了模型的合理性。研究成果有助于深入认识绿色屋顶对降雨径流的削减效应与出流机制。     

习惯施肥对菜地氮磷径流流失的影响

对菜地进行连续3年的定位监测试验。结果表明:与不施肥对照相比,菜农习惯施肥处理显著提高降雨径流中的总氮(TN)和硝态氮(NO3--N)流失质量浓度及流失量,3年监测期内总氮(TN)径流流失负荷为321kg/hm2,总磷(TP)流失负荷为134kg/hm2,分别占氮、磷养分投入总量的13.6%和13.2%,氮肥的流失系数约为5.6%。菜地氮素流失以硝态氮(NO3--N)形式为主,磷素流失以颗粒态磷(PP)形式为主。菜地氮、磷养分径流流失与径流量呈显著线性关系,菜地每流失1kg的总磷(TP),可溶性总磷(TDP)、总氮(TN)、硝态氮(NO3--N)、铵态氮(NH4+-N)所需要的径流量分别为77.5,322,52.5,67.5,404m3。     

施肥条件下坡面菜地径流携氮流失模拟降雨试验

借助室内人工模拟降雨试验研究手段,以强降雨过程中红壤丘陵区坡菜地随径流、泥沙迁移的氮流失状况和规律为研究目的,分别在不同坡长(2 m,4 m)、不同植被覆盖度(0,30%,60%)和不同施肥处理(空白(CK),无机复合肥(CF))条件下进行有效模拟降雨试验共计12场次,每场次降雨试验的产流历时设计为30min,固定雨强为120mm/h。试验结果表明:(1)径流中全氮(TN)流失以硝态氮(NO3--N)和铵态氮(NH4+-N)为主要形式,两者(NO3--N、NH4+-N)之和占TN流失量及流失浓度的54.16%~91.41%,其中又以NO3--N流失为主要流失形态。坡长对径流中NO3--N和NH4+-N流失量的影响大于植被覆盖度。(2)通过比较CK和CF两施肥处理条件下全氮(TN)流失量,CF为CK的2.29~2.32倍,说明施肥可明显增加坡面径流和泥沙中各形式氮的流失量,其中径流中坡长的增加可降低氮流失强度。(3)侵蚀泥沙中氮流失主要受到植被覆盖度的影响,土壤侵蚀模数(Ms)与全氮在泥沙富集值(ERTN)可建立对数方程。(4)坡面TN流失主要以径流携带为主,径流是坡面TN流失的主要途径。     

紫色土坡耕地硝酸盐流失过程与特征研究

通过对紫色土坡耕地地表径流、壤中流径流过程及其硝酸盐含量的长期监测,研究紫色土坡耕地硝酸盐流失特征。结果表明,径流过程对紫色土坡耕地硝酸盐流失过程影响明显。地表径流过程中硝酸盐含量随降雨历时表现为先升后降的趋势,而壤中流过程则表现为不断上升、趋于稳定的趋势。紫色土坡耕地硝酸盐流失潜在的环境风险极大,历次降雨产流事件中地表径流和壤中流NO3--N平均含量分别为0.73±0.17 mg L-1、21.72±2.05 mg L-1,其中,75%的地表径流NO3--N含量超过0.5 mg L-1,85%的壤中流NO3--N含量超过10 mg L-1。紫色土坡耕地地表径流NO3--N年流失负荷为0.93±0.05 kg hm-2,壤中流NO3--N年流失负荷为33.51±2.73 kg hm-2,分别占当季施肥量的0.62%、22.34%,随壤中流淋失是紫色土坡耕地硝酸盐流失的主要途径。紫色土坡耕地硝酸盐流失不仅可能造成当地地表水富营养化,而且可能造成当地浅层地下水硝酸盐污染,将加剧长江上游水环境压力。     

模拟降雨下初始含水量对砂黄土硝态氮迁移特征的影响

利用室内人工模拟降雨,研究了不同初始含水量砂黄土在降雨条件下入渗-径流、土壤侵蚀,以及NO3--N随径流流失和土壤深层淋溶特征。结果表明,初始含水量对产流时刻影响在相对含水量为49.4%和76.9%之间存在一个转折点,高初始含水量较低含水量产流提前大约15 min;土壤侵蚀量随着土壤初始含水量的增加而增加,相对含水量为97.1%时,侵蚀泥沙量分别是相对含水量22.9%的2.8倍,49.4%的2.3倍,76.9%的1.5倍。初始含水量高的处理径流初始NO3--N浓度高,随后各处理均衰减很快,10 min左右NO3--N含量趋于雨水本底值;土壤初始含水量越低,NO3--N被淋洗的程度越严重,土壤剖面中NO3--N的浓度峰越深。对于黄土高原坡地砂黄土NO3--N迁移特征来看,按照NO3--N迁移数量,随径流和泥沙流失量比向土壤深层迁移的数量小。说明在降雨条件下,NO3--N主要通过土壤深层淋溶损失,且土壤初始含水量越低其损失越严重。针对黄土高原降水量小,分布集中的特点,采取措施增加入渗,蓄积水分,在一定含水量下施肥,以提高氮肥利用率,降低NO3--N的淋溶。     

人工降雨条件下不同坡长和覆盖度对氮素流失的影响

用植被覆盖度(20%,45%,60%,90%)和坡长(1,2,3,4,5m)作为可变因素,设定固定雨强2.0mm/min进行室内模拟降雨,研究氮素的流失特征,探索坡长、覆盖度和径流对氮素流失的影响。通过对试验数据的分析,结论为:(1)相同覆盖度,不同坡长全氮(TN)流失量随时间延长而逐渐增加,并且随着坡长的增加,流失量逐渐增大,但径流中总氮的浓度变化差异不明显。硝态氮(NO3--N)和铵态氮(NH4+-N)流失量的变化与TN较为相似,流失浓度随着时间变化主要表现为径流前期浓度较高,随着降雨时间的延长,浓度逐步降低并最终趋于稳定。(2)降雨过程中,径流中的氮流失主要以溶解态的氮为主,并以NO3--N比NH4+-N含量高,但是随着降雨时间的延长,不溶性氮的比例也会有所增加。(3)径流量对各形态氮的流失影响十分明显,植被覆盖度和坡长分别与TN、NO3--N的流失量呈显著负相关和显著正相关。     

滇池流域农田土壤氮素流失影响因子研究

本试验采用田间原位模拟降雨并结合多元线性回归(逐步)的统计分析方法,分别在滇池流域的6个点位研究了旱季和雨季农田土壤的理化性质与氮素流失的关系。结果表明:各点位进行的模拟降雨的产流起始时间、产流历时和平均出水速度,在径流和渗漏两种流失方式下差异显著;两次径流试验中,质地为砂质黏壤土的C-2点(大渔乡元宝村)的初始产流强度和平均产流强度均最大。渗漏是氮素流失的主要方式,流失的形态主要是与NO3--N为主。土壤的孔隙度与降雨平均入渗率呈显著正相关,与径流中总氮(TN)和铵态氮(NH4+-N)的流失量呈负相关。0～20 cm的土壤硝态氮含量与地表径流和渗漏中总氮(TN)、硝态氮(NO3--N)的流失量呈极显著的正相关,是影响氮素流失的最重要因子,且0～20 cm土壤有机质含量与氮素的流失量呈正相关,土壤pH、5～20 cm的土壤含水量均与TN及NO3--N的流失量呈负相关。0～5 cm土壤铵态氮与NH4+-N的流失量呈正相关。     

不同NH_4~+/NO_3~-配比对红松幼苗生长的影响

对NH4+-N,NO3--N不同配比盆栽试验条件下红松幼苗生物量,NPK养分的吸收,培养基质中的NH4+-N、NO3--N浓度及pH作了比较研究。结果表明,红松幼苗在以NH4+-N为主的营养液中生长好。营养液中NO3--N比例增加则幼苗生长下降,过量的NO3--N可抑制幼苗根系生长。NH4+-N为主的营养液对红松幼苗NO3--N的供应无明显效果。营养液中NH4+-N比例增加,植株体内P浓度增加,K浓度下降。NH4+-N/NO3--N配比显著影响基质的pH值,NH4+-N比例增加,基质pH下降;NO3--N比例增加,基质pH升高。     

有机肥与氮肥配施对日光温室黄瓜和土壤硝酸盐含量的影响

在保护地栽培条件下,采用裂区设计,研究不同有机肥用量和氮肥用量配施对黄瓜NO3--N含量、不同层次土壤NO3--N含量动态变化的影响。结果表明:增施氮肥显著提升黄瓜果实NO3--N含量,氮肥与有机肥配合能够降低黄瓜NO3--N含量,交互作用极显著。高有机肥用量与高氮肥用量施用及施用氮肥不配合有机肥,保护地黄瓜NO3--N含量达到二级污染程度。黄瓜NO3--N含量、土体NO3--N的供应水平和积累量与有机肥、氮肥的施用密切相关,高量施用有机肥上层土壤NO3--N易积累,高氮肥用量(N3)处理易使土体积累NO3--N,施用有机肥能够减弱土壤中NO3--N的淋失。生产中降低黄瓜NO3--N含量和土体NO3--N淋失、积累量的施肥措施是:施用有机肥量为45~90 thm-2,施用纯氮水平为450~750 kghm-2。     

旱地土壤硝态氮残留淋溶及影响因素研究

在我国北方旱地,施入土壤而未被作物吸收利用的肥料N,主要以NO3--N的形式残留于土壤中。残留的NO3--N如不及时被作物吸收利用,在降水或灌水的作用下,会淋入土壤深层,或随径流进入地表水体,或经反硝化形成N2O进入大气,对土壤、水体和大气环境构成严重威胁。本文分析了旱地农田生态系统中,NO3--N在土壤剖面的残留淋溶与施肥、灌溉/降水、耕作、土壤、植物等因素的关系。提出在今后的研究工作中应特别注意的问题:①建立长期定位试验,确定NO3--N淋溶阈值,评价和预测NO3--N残留和淋失的趋势;②优化作物栽培和养分资源管理措施,提高作物利用土壤NO3--N的能力;③改进N肥施用技术,加强N素管理,防止NO3--N在土壤中大量累积。     

不同有机肥对日光温室黄瓜土壤氮运移影响的研究

研究了两种有机肥(腐熟牛粪和烘干鸡粪)作底肥及其与化学氮肥(尿素)配施对黄瓜(CucumissativusL.)日光温室栽培条件下的土壤NO3--N运移特点。结果表明,烘干鸡粪和腐熟牛粪的矿化均可增加温室内土壤NO3--N积累,黄瓜收获后分别比不施肥(对照)增加了118.2%和118.8%(0~30 cm土层);腐熟牛粪和烘干鸡粪与化学氮肥配施后,可使土壤表层(0~30 cm)NO3--N含量分别增加225.5%和321.9%,而使温室深层土壤(60~90 cm)NO3--N含量分别增加167.6%和184.2%,故本试验条件下无论增施腐熟牛粪还是烘干鸡粪作底肥均可显著提高土壤NO3--N积累,进一步追施化学氮肥则使土壤NO3--N积累相应显著提高,而两种有机肥处理之间对温室土壤NO3--N积累的影响无显著差异。     

不同土地类型氮磷的输出及富营养化风险分析

在自然降雨条件下研究澄江尖山河流域4种不同土地类型输出地表径流的TN、TP、NO3--N、NH4+-N及溶解态磷(DP)的特征,并利用TN/TP和Inorganic-N/DP、NO3-N/DP、NH4+-N/DP等比率对4种土地类型输出径流的养分限制性和富营养化风险进行分析.结果表明,不同土地类型在防治不同土壤养分流失的能力上存在差异,NO3--N、NH4+-N、DP的输出浓度随着径流中TN、TP浓度的增大而增大;人工林和次生林输出的径流对抚仙湖水生自养生物的生长具有磷元素限制性,坡耕地输出径流的限制性不明显或受氮、磷元素共同限制,灌草丛输出的径流表现出氮元素限制性;4种土地类型输出的径流皆存在富营养化风险,且灌草丛输出径流的风险水平最低;次生林及灌草丛输出径流的各种N/P比受降雨量调控,降雨量、产流量及产沙量对人工林输出径流的各种N/P比影响不大,但对坡耕地输出径流的各种N/P比有重要影响.     

施肥对日光温室黄瓜和土壤硝酸盐含量的影响

通过田间试验研究了不同施肥对日光温室黄瓜NO2--N和NO3--N含量和土壤NO3--N以及黄瓜产量的影响。结果表明,在黄土高原黄绵土上,施N400kg.hm2和P2O5250kg.hm2,黄瓜生长期间,NO3--N含量变化与黄瓜的生长发育阶段关系密切,黄瓜结瓜前020和2040cm土层NO3--N含量较高,随黄瓜生长速度加快和结瓜盛期的到来,土壤NO3--N含量降低;黄瓜收获后,NO3--N含量又有增加。不同施肥种类比较,施用化肥40160cm土层NO3--N的累积和淋洗量最大,施用沼肥其累积和淋洗量小于施用化肥,而施用有机肥(牛粪)NO3--N的累积和淋洗量小于施用沼肥。采用叶面喷施尿素和有机钾肥,可以减少化肥和有机肥用量,从而降低土壤剖面0200cmNO3--N的累积。使用沼肥、叶面肥的黄瓜产量都明显高于不施肥和NP化肥处理。     

自然降雨下玉米秸秆堆沤还田对滇中小流域坡耕地氮素流失的影响

为探究自然降雨下不同堆沤方式秸秆还田对小流域坡耕地径流泥沙及氮素流失的影响,以滇中二龙潭流域坡耕地为研究对象,设置9种不同玉米秸秆堆沤方式,分别为CK及8种处理,各处理包括2种秸秆还田量(0.75,1.5 kg/m^2)、2种秸秆粒度(1,5 cm)、2种秸秆堆沤方式(水或水与尿素堆沤),研究烤烟坡耕地产流产沙及氮素流失特征。结果表明:(1)在4场具有典型产流的降雨中,施用较高秸秆还田量(1.5 kg/m^2)和粗颗粒秸秆(5 cm),均可有效减少坡耕地产流产沙量(10.06%~38.60%和10.07%~38.60%);(2)施用较低秸秆还田量(0.75 kg/m^2)、粗颗粒秸秆(5 cm)及未添加尿素堆沤的秸秆径流TN、NO3--N浓度低于施用高秸秆还田量(1.5 kg/m^2)、细颗粒秸秆(1 cm)及添加尿素堆沤的处理(1.96%~32.79%和3.97%~40.89%);(3)各处理下NO3--N/TN、NH4+-N/TN、PN/TN分别为63.64%~86.18%,5.31%~13.86%和5.33%~25.80%,表明坡耕地地表径流氮素主要流失形式为NO3--N,溶解态氮是径流中的主要氮素污染物;(4)施用较低秸秆还田量(0.75 kg/m^2)、粗颗粒(5 cm)秸秆、未加尿素堆沤的秸秆,泥沙TN流失浓度降低(16.87%~48.15%);(5)施用较高秸秆还田量、粗颗粒秸秆及未添加尿素堆沤可有效降低滇中坡耕地氮素的流失风险(0.32%~35.05%和54.52%~77.23%)。TN径流和泥沙流失中,以径流输出为主,占TN流失量的50.09%~71.67%。为了减少该流域氮素流失量,可选择施用较高秸秆还田量(1.5 kg/m^2)和粗颗粒(5 cm)秸秆,并依据烤烟不同生长期的吸收情况和土壤养分情况等选择少量或不添加尿素堆沤进行秸秆还田。     

以聚丁二酸丁二醇酯为碳源去除含盐水体硝酸盐及其动力学模型

以固体碳源反硝化工艺应用于闭合循环养殖废水的脱氮提供理论和技术参数为目的,研究了以一种非水溶性可生物降解多聚物材料（BDPs）聚丁二酸丁二醇酯（PBS）作为反硝化碳源和生物膜载体的填料床反应器对含盐水体硝酸盐的去除效果及动力学特征。结果表明：水力停留时间对NO3--N去除效果影响较大,NO3--N去除率随水力停留时间延长而提高。在温度为(29±1)℃,进水NO3--N质量浓度为25～236 mg/L的条件下,进水NO3--N负荷低于0.32 kg/(m3·d)时,NO3--N体积去除负荷随进水NO3--N负荷的增加呈线性上升;进水NO3--N负荷为0.32 kg/(m3·d)时达到最大NO3--N体积去除负荷为0.21 kg/(m3·d);进一步提高进水NO3--N负荷则NO3--N体积去除负荷开始下降且出水中出现NO2--N积累。动力学研究结果表明以PBS为碳源和生物膜载体的反硝化速率遵循一级反应动力学。用Eckenfelder模型拟合,求出反应速度常数K值和常数n值且相关性良好。采用该动力学模型参数可以预测出水NO3--N浓度并用于实际闭合循环养殖系统的工程设计和优化运行。     

不同潜水埋深再生水灌溉夏玉米土壤氮素运移研究

通过再生水灌溉田间试验,探讨了不同潜水埋深条件下(2 m、3 m、4 m),再生水灌溉对土壤中NO3--N、NH4 -N及地下水中NO3--N的影响。试验结果表明:再生水灌溉后,土壤中NO3--N含量均显著增加;不同潜水埋深再生水灌溉对土壤中NH4 -N含量影响不明显。灌水水平为900 m3·hm-2,不同潜水埋深(2 m、3 m、4 m)地下水NO3--N浓度分别增加34.67%、24.94%、20.88%,灌水水平为1 200 m3·hm-2不同潜水埋深地下水NO3--N浓度分别增加58.42%、38.98%、27.21%,潜水埋深越深地下水硝态氮浓度增加越小。表明潜水埋深越浅因淋溶和硝化作用产生的NO3--N造成浅层地下水污染的风险越大。     

控释尿素减量施用对稻田氮素径流和渗漏损失的影响

通过长期定位试验研究了控释尿素不同施用量对双季稻田氮素的径流和渗漏损失的影响,以期为控释肥的推广和农业面源污染的减少提供科学依据。结果表明,施肥量是决定稻田氮素径流和渗漏损失的主要因子之一,控释尿素减量施用能显著降低稻田氮素径流与渗漏损失。施肥初期稻田氮素流失量最大,是控制双季稻田氮素流失的关键时期。NH4+-N与NO3--N径流损失量占稻田全氮径流损失量的50%左右,稻田渗漏损失以NO3--N为主,占全氮渗漏损失的70%以上。控释尿素各处理中以减氮30%处理效果最好,能显著减少稻田的氮素流失量。其与普通尿素相比,稻田TN、NH4+-N、NO3--N径流损失量分别减少30.56%,23.41%,18.64%;稻田TN、NH4+-N、NO3--N渗漏损失量分别减少28.53%,34.17%,29.51%。研究证明控释氮肥确实能够减缓氮素释放速度,显著降低水稻生长前期氮素流失量,且控释尿素减氮施用能显著减少氮素径流和渗漏损失,对农业面源污染的防控意义重大,适合大面积推广。     

氮肥投入水平对蔬菜地硝态氮淋洗特征的影响

通过3年的田间定位试验研究了不同施N条件下蔬菜地NO3--N淋洗浓度及淋洗量的变化。结果表明:在农民习惯的传统施N处理(花椰菜为450kg/hm2,苋菜为100kg/hm2,菠菜为309kg/hm2)下蔬菜地NO3--N的淋洗浓度明显高于2个优化施N处理下蔬菜地的NO3--N淋洗浓度。在花椰菜、苋菜和菠菜生长期内,2个优化施N处理下蔬菜地NO3--N平均淋洗量分别是传统施N处理下蔬菜地NO3--N平均淋洗量的19%、18%、9%和13%、34%、21%。试验期间传统施N处理下蔬菜地NO3--N年季平均累积淋洗量约占年季平均施N量的一半,其中休闲期NO3--N平均累积淋洗量占年季平均累积施N量的20%;而其他2个优化施N处理NO3--N年季平均累积淋洗量是年季平均累积施N量的27%,休闲期NO3--N平均淋洗量占年季平均累积施N量的6%,而处理间蔬菜产量并未受到明显影响。     

安吉赋石水库板栗林地地表径流污染物特征研究

在浙江省安吉县赋石水库库尾选择有代表性的板栗(Castanea mollissima)林地设置径流小区,对自然降水条件下地表径流中污染物的流失特征进行观测、研究.结果表明:2012年3-10月共观测到10次产生地表径流的降雨事件,降雨量从28.2 mm到303 mm不等;径流水中TN、NH4+-N和COD浓度与降雨量均呈现显著正相关(p=0.05),TP浓度与降雨量则呈现显著负相关(p=0.05),而NO3--N与降雨量之间没有表现显著相关性;污染物浓度COD(6.12～11.14 mg/L)＞TN(2.163～5.371 mg/L)＞NH4+-N(0.733～4.220 mg/L)＞TP(0.276～1.742 mg/L)＞NO3--N(0.035～0.433 mg/L).这些结果表明,单一经营的板栗林地表径流污染物中N、P浓度均超过引起水体富营化的阀值,对水库面源污染和水质变化形成潜在压力.