SWAT模型在陕西黑河流域非点源污染模拟中的应用

SWAT模型是最具有活力的非点源污染模型之一,能够与GIS结合模拟复杂大流域不同土地利用条件下的非点源污染情况.本研究在建立流域非点源污染研究基础数据库的基础上,根据实测资料的完整性,运用GIS与分布式参数机理模型SWAT 2000版本的集成,利用1991-1996年的实测水量、泥沙和营养负荷数据进行参数率定,应用1997-1998年的实测数据进行模型验证,从而确定SWAT模型在黑河流域非点源污染模拟中的适用性和可靠性,可为流域非点源污染负荷的估算提供可靠的模型基础.     

基于SWAT模型的根河流域蒸散量时空分布特征

为了研究根河流域38年间蒸散(ET)、潜在蒸散(PET)的年际、年内变化过程及空间分布格局,基于SWAT模型分析了各气象要素与蒸散的相互关系。结果表明:(1)根河流域1980—2017年ET值、PET值整体呈增加趋势。(2)根河流域ET与PET的年内变化总体上均呈先增大后减小的单峰型分布。(3)根河流域的ET值在空间上呈现流域上游高,中下游低的分布格局; PET值在空间上呈现西南>东北>东南的分布规律。(4)根河流域的生长期、完全冻结期、融冻期ET值均呈现增加趋势,始冻期ET值呈降低趋势,4个时期平均ET值差异性表现为生长期>融冻期>始冻期>完全冻结期。(5)根河流域多年ET值在不同土地覆被类型的大小为林地>草地>耕地>建设用地>沼泽地; 而PET的排序为耕地>建设用地>林地>草地>沼泽地。(6)根河流域蒸散量与降水量和气温呈显著正相关。研究结果对根河流域的蒸散量变化及其冻融作用对当地的影响有着重要的参考意义。     

巢湖流域土地整治与面源污染时空过程及关系

为了保障农田安全和生态型土地整治的顺利进行,以巢湖为研究对象,运用SWAT模型模拟巢湖流域2000—2010年面源污染(总氮、总磷)的空间分布,采用地理加权回归(GWR)模型评估2000—2010年实施的2609个土地整治项目对面源污染的影响.结果表明:(1)巢湖流域面源污染恢复与恶化情况并存,总体偏向改善.(2)20...     

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。     

基于SWAT模型的大宁河流域非点源污染空间特性研究

以三峡库区大宁河流域为研究区域,应用SWAT模型进行了流域农业非点源污染负荷的模拟计算。利用巫溪水文站2000-2004年的实测日径流和泥沙数据进行了模型的率定与验证。验证结果表明,SWAT模型适用于大宁河流域。利用验证后的模型分析了大宁河流域2003年的非点源污染空间分布特征,结果发现,大宁河流域西部地区是土壤侵蚀发生相对严重的地区,有机氮产小的地区和高泥沙量产出的地区大致相同。总体上,大宁河流域非点源污染的产生量西部高于东部,南部高于北部,中部地区最小。针对SWAT模型的空间分析结果提出了该区非点源污染的防治措施。     

三峡库区非点源污染负荷时空分布模型的构建及应用

为研究三峡库区非点源污染负荷的分布特性,定义降雨侵蚀力影响系数,并将其引入John提出的年均输出系数模型,形成改进的年输出系数模型;针对不同的土地利用类型,基于表征水力联通性的地形指数和植被覆盖度,提出了入河系数的空间分布式;将年输出系数模型与入河系数结合,构建非点源污染负荷的时空分布模型,并对模型进行了验证。应用所构建的模型,对三峡库区2002-2012年总磷总氮负荷进行了模拟。结果表明,库区总磷总氮负荷的时空变化明显,且降雨侵蚀力是影响其年际变化的主要因素;年均总氮负荷在2.6~4.2 kg/hm~2,总磷负荷在0.432~3.186 kg/hm~2;在土地利用、农村人口和畜禽养殖产生的负荷中,畜禽养殖对氮的贡献最大、约占总量的45%,而土地利用对磷的贡献最大、约占总量的57%。该研究成果可为三峡库区非点源污染的控制与治理提供参考,该文所构建的模型也可用于其他大中型区域非点源污染的模拟。     

黑河水库非点源污染时空分布研究

[目的]对黑河水库上游流域进行非点源污染模拟与分析,为水库水环境质量改善提供科学支撑。[方法]采用非点源污染—SWAT模型对流域内水文站2002—2008年的实测降雨、逐月径流以及泥沙及水质数据进行率定与验证,并对流域的非点源污染进行分析。[结果](1)非点源污染的产出主要集中在汛期(6—10月)且与降雨成正相关关系;(2)流域内降雨量分布从南向北、从山区向平原递减,径流深与降雨量成正相关,泥沙、非点源负荷的空间分布与降雨量相反;(3)不同土地利用类型单位面积的非点源污染产出不同,耕地最大,草地次之,林地最小;(4)面积耕地减少,污染负荷显著减少,耕地转换为林地的效果优于耕地转换为灌木林,退耕还林还草可有效减少流域内非点源污染负荷。[结论]黑河水库非点源污染主要发生在下游汛期6—10月,退耕还林、减少施肥可有效控制区域非点源污染。     

汉江流域荆门段面源污染负荷时空分布与污染现状评价

[目的]对汉江流域荆门段面源污染负荷时空分布与污染现状进行分析和评价,为汉江水污染的治理提供科学依据。[方法]利用输出系数模型和等标负荷估算法,对汉江流域荆门段的面源污染负荷进行了空间分析和负荷估算,包括总氮(TN)、总磷(TP)、化学需氧量(COD)和氨氮(NH3-N),得出了汉江流域荆门段面源污染负荷及其空间分布状况。[结果]在所有污染源中,农村生活、畜禽养殖、降雨、土地利用和城镇径流是5个主要的面源污染源;该地区各市县总氮和总磷污染负荷与COD和氨氮污染负荷的输出量的排序均表现为:钟祥市沙洋县东宝区掇刀区;各类污染源总氮贡献率排序为:农村生活农业用地畜禽养殖降雨非农业用地;各类污染物总磷贡献率排序为:畜禽养殖农村生活农业用地非农业用地降雨。[结论]总体来说,河流富营养化主要是由于农村污染物未经处理排放或处理措施不当引起的。     

蒲河流域生物完整性健康评价

结合辽中区蒲河流域实际情况和特点,选择鱼类生物损失指数及底栖动物完整性指数这2项指标反映河流水生态和水环境,通过制定点位调查监测方案及评价标准评定蒲河流域生物完整性健康状况。然后考虑调查监测数据,全面探讨生物完整性指数的影响因素、赋分空间分布等,针对蒲河流域提出切实可行的保护对策,可以为流域水环境与水生态治理提供参考。     

基于SWAT模型的石汶河流域农业非点源氮污染时空分布特征研究

农业非点源污染是影响水资源质量的重要原因之一。基于SWAT模型,结合野外实地调查,选取总氮作为污染物指标,构建了黄前水库上游石汶河流域农业非点源污染基础数据库,并根据实测值对模型参数进行了率定和验证,在确定模型适用性的基础上分析了流域内农业非点源污染负荷的时空分布特征,并基于对山区实施的退耕还林还草措施,采用3种退耕情景对黄前水库上游石汶河流域的农业非点源污染进行了情景模拟计算。结果表明:①经过参数率定后的SWAT模型对研究区径流和总氮的模拟效果较好;②典型农业非点源污染物负荷在时间分布上多集中在雨季4—9月份,流域汛期集中了全年80%以上的污染负荷,在空间分布上表现出明显的区域性,流域中上游产生的负荷较小,下游较大,靠近流域主河道区域的污染负荷高于远离主河道区域;③3种退耕情景均可消减农业非点源污染物(以氮的输出为标准)的输出总量,最高可消减近50%,因此在流域内实施一定强度的退耕还林措施可有效降低典型农业非点源污染物的输出量。     

嘉陵江流域非点源溶解态氮污染负荷模拟研究

嘉陵江流域是乏峡水库最大的支流,为研究嘉陵江流域非点源溶解态氮污染负荷的年际变化规律及其来源的空间分布情况,以流域土地利用类型为研究单元,通过引入具有物理机制的半分布式水文模型——sLuRP水文模型,并推导溶解态氮的流域输移损失系数,建立了流域非点源溶解态氮污染年负荷模型。借助GIS技术,应用所建模型,对嘉陵江流域各土地利用类型L的年地表径流量和溶解态氮污染负荷进行了模拟。模拟结果表明,以旱地和水田为主的涪江流域的溶解态氮流失情况最为严重,其次是渠江下游流域和西汉水流域,1990---2005年嘉陵江流域各土地利用类型上产生的非点源溶解态氮年均负荷为35726t·a^-1,约占流域出口总氮负荷的32％。     

基于物理化学调控方法的水分时空分布试验

利用室内人工降雨试验,采用3因素3水平正交试验设计方案,研究物理化学调控方法实施情况下坡面土体中水分的时空分布状况。结果表明,物理调控方法可以调节降雨在坡面上的空间分布状况,在同一坡度条件下,面积比为1:2和1:1的处理的湿润锋尾部变化梯度及湿润锋深度均大于面积比为0:3的处理,且湿润锋分布的均匀程度较高。文中使用的入渗率计算公式可真实反映沿坡面各点的入渗率变化过程,入渗量计算公式可计算出降雨入渗量,且精度较高。化学调控方法由于能够维持土壤的物理结构,可以提高土壤的早期降雨入渗率,并增加入渗区上部的降雨入渗量,进而缩小坡面各点的水分分布差异。物理化学调控方法在坡面上配合使用可以提高降雨利用率,但其实际应用效果仍需进一步研究。     

蒲河流域退耕前后降水和植被对土壤侵蚀变化的影响

为了定量评价退耕还林还草前后蒲河流域土壤侵蚀变化特征及降水和植被对土壤侵蚀的影响,运用修正后的通用土壤流失方程(RUSLE模型)探讨1990—2019年流域土壤侵蚀变化,结合LMDI模型评估了1990—2000年、2000—2010年、2010—2019年3个时间段植被和降水对流域土壤侵蚀变化的影响。结果表明：30年来,流域侵蚀强度以微度和轻度侵蚀为主,而中度及以上等级的土壤侵蚀面积有逐渐减小的趋势;流域侵蚀情况总体持续向好,植被覆盖度与降雨侵蚀力相互作用驱动了研究区土壤侵蚀的动态发展;2000年以前,降水是影响土壤侵蚀变化的主导因素,随着退耕还林还草工程的实施,植被作用逐渐凸显。蒲河流域的退耕还林还草成效显著,是流域侵蚀防治的有效措施,应在侵蚀较强的流域中上游地区继续加强植被恢复措施。     

基于SWAT模型的延河流域径流侵蚀能量空间分布

降雨侵蚀力是通用土壤流失方程(universal soil loss equation,USLE)等流域土壤侵蚀模型中应用最广泛的侵蚀动力因子,但仍具有一定的局限性,相比之下,径流侵蚀功率可以更充分地反映地表水力侵蚀动力的综合作用。分析径流侵蚀功率的空间分布,以期从能量的角度阐明流域侵蚀的分布情况,研究流域空间侵蚀的特征。该研究运用SWAT模型在延河流域的模拟结果,将次暴雨径流侵蚀功率推广到年尺度,提出年径流侵蚀功率的概念,并研究年径流侵蚀功率的空间分布规律及尺度效应。研究结果表明:在延河流域年径流侵蚀功率的空间分布具有"支流大、干流小;上游大、下游小"的特点;将子流域出口断面控制面积作为空间尺度因子,与径流侵蚀功率拟合,呈幂函数关系,空间尺度效应阈值在155 km2;将子流域出口断面以上河长作为空间尺度因子,与径流侵蚀功率拟合,呈指数函数关系,且干、支流的空间尺度效应不同。研究结果从能量角度阐明了延河流域水力侵蚀动力的空间分布,为在延河流域不同地区进行针对性的水土资源管理、水土保持工程建设提供理论支持。     

畦灌撒施与液施硫酸铵地表水流和土壤中氮素时空分布特征

分析不同灌溉施肥方式下氮素时空分布特征可为改进畦灌施肥技术与方法提供科学依据。该研究基于冬小麦返青灌溉开展的不同入畦流量下撒施和液施硫酸铵时获得的畦灌试验观测结果,分析2种不同施肥方式下地表水流和土壤中氮素时空分布规律,讨论不同施肥方式下影响灌后土壤氮素空间分布均匀性的要素。结果表明,施肥方式对地表水流和土壤中氮素分布影响显著,入畦流量对其影响不显著。液施下地表水流中氮素时空分布差异不显著,撒施下具有明显时空变异性;液施能明显改善灌后土壤氮素空间分布均匀性,灌后1 d 1m土层内氮素空间变异系数为0.07,明显小于撒施。土壤氮素增量分布均匀性在液施下主要与灌水量分布有关,撒施下则与地表水流中氮素分布和灌水量分布有关。液施在提高施肥均匀性和减小灌溉期间肥的损失方面优于撒施,且更易于水肥联合管理。     

陕西省养殖业畜禽粪便氮磷耕地负荷的时空分布

[目的]探明畜禽粪便资源对耕地土壤和环境造成的潜在污染风险,为评价和防治畜禽养殖业造成的面源污染提供科学依据。[方法]以陕西省为研究区,通过计算陕西省畜禽粪便中氮磷耕地负荷,分析了其时空变化特征。[结果](1)陕西省各市区畜禽粪便氮磷耕地负荷从2006—2007年达到最大,到2008年急剧下降为最低,之后逐年增加。2008—2010年,氮负荷平均值增加了73.0%,磷负荷增加了59.4%;2008—2010年,延安、渭南两市畜禽粪便氮磷耕地负荷虽然居于全省最后,但增长率最快。(2)对比2008年和2010年的畜禽粪便氮磷耕地负荷空间分布变化,汉中市氮磷耕地负荷最大,延安市和渭南市最小。2010年各市畜禽粪便氮负荷平均值依次为:汉中安康榆林宝鸡咸阳商洛铜川西安延安渭南;磷耕地负荷平均值依次为:汉中商洛宝鸡榆林咸阳西安安康铜川延安渭南。[结论]针对陕西省畜禽粪便氮磷耕地负荷的时间、空间分布变化,应加大汉中、安康、商洛、宝鸡、榆林等区域畜禽粪便的处理力度,降低畜禽粪便造成水土资源污染的风险。     

基于SWAT模型的小流域非点源氮磷迁移规律研究

非点源污染是影响农业水土环境的重要因素。在GIS平台的支持下,运用SWAT模型,以长江下游岔河小流域为研究对象,分析了氮磷流失时空分布规律,并模拟不同灌溉方式下非点源氮磷流失变化。结果表明:率定后的模型适用于小流域非点源污染的模拟;降雨量与径流及有机氮磷流失具有明显的相关关系,汛期(6-9月)的径流量占全年径流量的56.40%,有机氮磷流失量分别占到64.89%和59.70%;在空间尺度上,有机氮与有机磷负荷空间分布相似,呈现出随地表径流向岔河主河道逐渐汇聚的分布特征,大豆和水稻田是非点源污染的主要贡献地区;通过情景模拟发现,不同灌溉方式对小流域氮磷流失影响显著,对水稻田实行优化灌溉,采取浅灌高蓄的控制方法,可以有效改善小流域农业水土环境。     

我国玉米霜冻害的时空分布

根据我国玉米霜冻害的资料进行分析,阐述了其发生频率的地区分布、年际变化趋势、秋霜冻害占的百分数,讨论了霜冻害防御的若干问题。     

超高产夏玉米根系时空分布特性

比较不同产量水平夏玉米品种根系时空分布的差异,探讨超高产夏玉米品种的根系时空分布特性,为制定高产栽培管理措施提供依据。以超高产夏玉米品种登海661（DH661）为试材,普通品种郑单958（ZD958）为对照,在大田条件下采用土壤剖面取样方法研究了超高产夏玉米DH661与ZD958根系时空分布的差异。在整个生育时期,超高产夏玉米DH661根系干重、根系TTC还原强度、根系TTC还原总量、根系总吸收面积及活跃吸收面积均显著高于ZD958（P0.05）,且抽雄后DH661根系干重、吸收面积及活跃吸收面积在60200 cm土壤深层中所占比例显著高于ZD958（P0.05）,表明DH661的根系在土壤深层分布多,与土壤接触的有效面积大,生育后期仍保持较高的根系活力,对养分的吸收转运能力强。超高产夏玉米DH661具有发达的根系,且土壤深层根系数量多,根系活力高,有利于吸收深层土壤中较多的水分和养分。与土壤接触的有效面积大,对养分吸收转运能力强,有利于根系获得较多的营养物质,促进地上部光合性能的提高,为地上部籽粒的充实提供保障。