基于SWAT模型的植草河道对非点源污染控制效果的模拟研究

以三峡库区香溪河流域为研究区,基于SWAT模型,通过收集整理香溪河流域2011年DEM、土壤、土地利用数据和1970—2011年的气象数据,在模型得到满意的率定和验证的基础上,模拟分析了流域内农业非点源污染的空间分布特征,评价了植草河道措施对于农业非点源污染的削减效果。模拟结果表明,SWAT模型能够较好地模拟研究区非点源污染,研究区TN和TP污染负荷集中分布在南阳水系,以及古夫、高岚水系的下游区域。全流域TN和TP污染总负荷分别高达1388t和239t。实施植草河道措施之后,TN和TP污染负荷分别降到1120t和157t,共削减了16.7%的TN负荷和34%的TP负荷。因此,从控制效果来看,植草河道能够很好地控制三峡库区香溪河流域的农业非点源污染,尤其是对TP污染控制效果更加明显。     

SWAT模型在新蔡河流域面源污染研究中的应用

[目的]应用SWAT模型对新蔡河流域的径流、泥沙及面源污染负荷的产输出过程进行模拟计算。[方法]首先介绍了SWAT模型的原理,然后对模型径流参数和水质参数进行率定和验证,最后利用SWAT模型研究新蔡河流域的泥沙及面源污染负荷的产输出特性。[结果]SWAT模型基本合理可行,可用于新蔡河流域面源污染的模拟计算。模拟结果表明,丰水年泥沙和各种面源污染物负荷都比较大,平水年次之,枯水年最小,这说明泥沙和面源污染的产输出与当年的降雨径流量有关。[结论]该研究为流域面源污染的防治提供了科学依据。     

松涛水库上游流域土地利用类型变化对氮负荷影响

土地利用类型变化是非点源污染呈现时空分布不均匀性和随机性的重要原因.以松涛水库上游为研究区构建SWAT模型,分析28年来流域内非点源污染氮负荷的时空分布以及不同土地利用类型与氮负荷的关系.结果表明:(1)构建的SWAT模型适用于松涛水库上游地区非点源污染氮负荷的估算;(2)1988—2002年流域全年总氮负荷增加了11...     

基于AnnAGNPS模型的胶东半岛大沽河流域非点源污染模拟研究

在检验了农业非点源污染模型——AnnAGNPS模型在胶东半岛大沽河流域适用性的基础上,估算了1998—2011年大沽河流域的年径流量和可溶性氮负荷,其多年均值分别为3.58×108m3和4.27×103t,其中,受流域年内降水分布和水库、拦河闸(坝)等水利工程、农田灌溉以及排污排废等人类活动的影响,6—9月(汛期)是径流量和可溶性氮负荷入海的主要时段,而非汛期的输出量则较小。空间上,流域南部可溶性氮负荷量明显大于流域北部,这与流域南部以耕地为主的土地利用类型以及工业、生活排污排废等关系密切,耕地施肥是大沽河流域可溶性氮的主要来源,其次为居民地。情景分析表明,减少化肥施用量以及采取保护性耕作措施均能降低大沽河流域非点源污染负荷的输出量,但在不影响作物产量的前提下适当减少施肥量及采取秸秆留茬覆盖是流域非点源污染控制比较有效的措施。     

基于时间序列的农业非点源污染产出预测研究

选取三江平原蛤蟆通河流域作为研究区,利用SWAT模型农业非点源污染模拟结果,建立了农业非点源污染的季节性ARIMA模型,对未来3年农业非点源污染进行了预测,为非点源污染防治提供一定的理论依据。     

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.     

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.     

基于SWAT模型的渭河咸阳-西安段非点源污染削减措施研究

【目的】针对渭河流域咸阳-西安段的非点源污染状况,模拟分析不同管理措施下非点源污染负荷的削减效果,为渭河流域的非点源污染控制与治理提供科学依据。【方法】构建渭河流域咸阳-西安段的非点源污染SWAT模型,利用2008-2016年逐月径流、水质及CMADS气象数据集等资料,对SWAT模型进行率定及验证,分析研究区内非点源污染特征;针对2016年研究区内非点源污染状况,设定4种管理措施,模拟验证不同管理措施在渭河流域咸阳-西安段对非点源污染负荷的削减效果。【结果】构建了渭河流域咸阳-西安段的非点源污染SWAT模型,该模型对研究区域具有较好的适用性和可靠性;2016年研究区域非点源总氮(TN)和总磷(TP)负荷的入河量分别为7 654.0和626.5 t,主要集中在蓝田县、长安区、临潼区、鄠邑区、旬邑县以及彬县部分子流域;通过实施化肥减量、集中设置沼气池和加强水土保持等3项措施,可分别削减7.57%～29.11%、0.54%～32.85%和0.4%～23.12%的非点源TN负荷以及2.59%～15.99%、0.45%～28.65%和0%～39.79%的非点源TP负荷;将上述3种管理措施整合在一起的综合管理措施的削减效果较单一措施明显提高,其可削减9.98%～50.68%的非点源TN负荷和5.25%～52.84%的非点源TP负荷。【结论】渭河流域咸阳-西安段非点源污染的重点控制时段在汛期(6-10月),重点控制区域是蓝田县、长安区、临潼区、鄠邑区、旬邑县以及彬县部分子流域;加强水土保持和化肥减量是有效控制该研究区域非点源污染的重要措施。     

基于SWAT的汾河运城段非点源污染模拟与研究

【目的】对汾河运城段非点源污染进行模拟与分析,为该流域非点源污染控制提供依据。【方法】构建汾河运城段的非点源污染SWAT(Soil and water assessment tool)模型,根据河津水文站2005-2010年的实测逐月径流、泥沙和水质数据对模型进行率定和验证,并利用率定好的模型对研究区域的非点源污染进行模拟研究与分析。【结果】建立了包括土壤侵蚀、水文过程和污染负荷子模型的汾河运城段非点源污染模型,该模型对研究区域的适应性较好,可用于流域非点源污染的模拟研究;对非点源污染负荷时间分布规律的分析表明,研究区域各水文年的非点源污染负荷为丰水年平水年枯水年,而且发生在汛期(7-10月)的TN、TP流失量分别在60%和70%以上;对非点源污染空间分布特征的分析发现,研究区域内污染的关键区域主要为万荣与新绛县部分子流域,该部分区域降雨量、土壤侵蚀性均较大,并且坡度也相较其他区域大,因而产沙量相对较大,再加上农业活动的影响最终导致非点源污染相对较大,由此可见控制非点源负荷产出的关键在于减少流域的水土流失;对研究区域内TN、TP各类污染源贡献率进行分析可知,研究区域的非点源TN、TP负荷中分别有46.3%和53.5%为土壤养分流失所产生。【结论】汾河运城段非点源污染的控制重点在汛期(7-10月),采取相应措施减少水土流失、降低土壤养分流失、减少农业用肥量可以有效地控制研究区域的非点源污染。     

石头口门水库双阳河流域农业非点源污染发生潜力评价

以资料收集、实地调查结合GIS技术为主要手段,采用农业非点源污染发生潜力(APPI)模型,对石头口门水库双阳河流域9个行政区的农业非点源污染发生潜力进行预测和评价,并通过对该流域的农业非点源污染负荷量的估箅进行验证.结果表明,流域9个行政区中农业非点源污染发生潜力最大的是平湖区,齐家和太平次之,结果与污染负荷量的估算结果基本一致.流域内化肥氮磷排放量为9512t·a-1,畜禽氮磷排放量为30 731t·a-1,居民氮磷排放量为1 645t·a-1,可见畜禽氮磷排放造成的非点源污染最为严重,占整个非点源污染负荷的73%,需作为优先控制的对象引起足够的重视.     

第二松花江流域非点源污染输出负荷研究

根据第二松花江流域水文具有明显季节变化和非点源污染主要发生在汛期,点源排放鼍年内相对稳定的特点,利用第二松花江流域出口控制水文站和水质控制断面监测数据,分别计算了第二松花江流域COD和NH厂N的非点源输出负荷.结果表明.流域多年平均输出的非点源COD负荷为99930t·a-1,点源COD负荷为174 743 t·a-1,分别占流域总输出COD负衙的36%和64%,点源COD污染仍是第二松花江流域的主要污染源;非点源NH-4LN输出负荷为9888 t·a-1,占总NH3-N负荷的44%,并呈增长趋势;非点源污染输出负荷有明显的时空分布特征,并与流量呈显著正相关.夏汛期非点源COD输出负荷(y)与同期流量(x)有y=44849+161·682x.因此可利用气象、水文动态预报数据进行流域非点源污染输出负荷的预报,为非点源污染预防和控制提供科学基础.建议在继续加大流域内工业废水和生活污水处理力度的基础上,对非点源污染防治也要进行更多关注.     

小流域非点源污染模拟与仿真研究——以HSPF模型在西丽水库流域应用为例

流域范围非点源污染的环境影响评价是流域水环境管理的基础，模拟仿真研究可为削减非点源污染负荷提供必要的政策依据。在简要介绍了HSPF模型的基本结构的基础上，应用HSPF模型模拟了2000年、2004年7月至2005年6月深圳西丽水库流域水量和水质的连续动态变化。采用ArcGIS软件进行流域划分，通过野外监测完成数据采集，根据河流出口断面流量和污染物浓度校准与验证模型，最终输出流入水库的SS、TN和TP的总负荷量与非点源负荷量，并通过判决系数、Nash-Sutcliffe系数等考察模拟值与实测值的吻合程度。研究结果表明，非点源污染是造成水库水质污染的主要原因，果树施肥是水库N、P污染的主要来源，减少化肥使用量可以使非点源污染负荷明显降低。     

应用AnnAGNPS模型模拟柴河上游农业非点源污染

运用AnnAGNPS模型(Annualized Agricultural Non-Point Source Model)对柴河上游小流域农业非点源污染负荷进行模拟估算,并通过实地监测对模型模拟结果进行适用性检验。结果表明,该模型能够模拟流域上下游水质污染负荷总量及浓度变化,适合在该流域使用。运行结果显示模型模拟对总氮效果较好,对总磷的模拟结果较差。同时模型能够较好地模拟该地区8月份农业非点源污染负荷浓度及负荷总量均达到最大值的特点,与实测值相符,但对该地区春季农业非点源污染负荷突然增高的特点在模拟值中没有得以体现。年际变化的模拟结果表明该地区农业非点源污染负荷与当地降雨量有关,这说明气象因素在模型运行过程中起着至关重要的作用。同时也发现模型自带的气象发生器不适合在该地区使用。     

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。     

基于GIS与SWAT的洱海流域农业非点源污染模拟研究

农业非点源污染是造成我国流域污染的主要原因之一,而数学模型是研究流域污染、水质分析与预测的主要技术手段。在综合分析目前非点源污染模型的优缺点后,选取当前较为先进和完善的分布式水文模型——SWAT模型,借助GIS、RS技术,开展洱海流域农业非点源污染模拟研究,了解洱海流域农业非点源污染状况,为洱海流域的综合治理和规划提供合理的参考和依据。     

资江尾闾集水区景观格局与非点源污染过程关系研究

为识别资江尾闾集水区非点源污染的关键源区并探究非点源污染过程与景观格局之间的关系,利用SWAT模型模拟非点源污染总氮、总磷的时空输出特征,选取景观格局指数定量描述景观格局特征,通过冗余分析(RDA)方法分别从景观、类型两个层次分析子流域尺度上非点源污染过程与景观格局的关系。结果表明:在率定期与验证期径流量、总氮、总磷的R2与ENS均大于0.66,表明SWAT模型在研究区的适用性较好;总氮、总磷的关键源区空间分布上不完全一致,在非点源污染输出的关键时期,关键源区分别贡献了研究区非点源总污染的31.64%、43.73%。景观格局与非点源污染过程的联系密切,景观水平上,流域内景观越破碎、景观类型越复杂、人类活动对其影响越大,非点源污染负荷输出值越高;类型水平上,聚集度指数(AI)、最大斑块指数(LPI)、斑块平均面积(AREA-MN)、斑块边缘密度(ED)是对"源""汇"景观具有显著影响的共性指标,其中"源"景观破碎度越大、斑块面积越大、聚集度越高越会加剧非点源污染负荷的输出,而破碎度小、景观形状复杂、斑块连通度高的"汇"景观则有利于阻截非点源污染物。研究表明,非点源污染过程与"源""汇"景观格局存在明显的内在联系,合理布设"源""汇"景观可以降低非点源污染风险,从土地利用角度为非点源污染防治提供了借鉴。     

AnnAGNPS和SWAT模型对非点源污染的适用性研究——以中国科学院盐亭紫色土生态试验站为例

为了选取适合于紫色土流域的机理模型。同时为控制紫色土丘陵区的农业非点源污染。以及为三峡库区内非点源污染物输出与控制提供科学依据,本文将2种机理参数模型AnnAGNPS与SWAT运用到不同土地利用方式下的紫色土小流域,对地表径流和非点源污染物的输出模拟进行研究。通过适用性研究发现：2种模型对紫色土流域的径流量模拟效果最为理想,平均误差为-7.5％和2.9％;而模型对流域的泥沙模拟效果均不理想,误差较大;对于养分迁移的模拟,AnnAGNPS模型的模拟效果要好于SWAT模型。平均误差控制在10％左右。因此,AnnAGNPS模型更适合在紫色土典型流域进行模拟运用,可获得可信度较高的模拟结果。     

基于SWAT模型的水库型水源地非点源污染模拟分析

月塘水库为仪征市应急备用水源地,流域内农业为主要产业,由农业活动产生的非点源污染也成为该水库污染物的主要来源。选择总氮(TN)、总磷(TP)作为污染物代表指标,构建SWAT模型,模拟月塘水库流域2008—2018年月尺度下径流、TN、TP的入库量,以及年尺度下TN、TP负荷的空间分布,结合区域农业管理分析,结果表明：入库径流量与TN、TP峰值出现在汛期;流域上游氮、磷负荷弱于下游,关键污染源区主要为集中于水库周边以耕地为主的区域;水量调度会影响模拟精度,自然-人工水循环耦合是该模型的改进方向。     

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。