香溪河流域非点源污染负荷分析及治理措施探究

随着三峡水库的蓄水运行和流域的经济发展,三峡库区香溪河水环境呈现恶化趋势。本文选取总氮、总磷为指标,采用SWAT模型对香溪河流域的水环境现状进行了分析并对不同治理情景下污染负荷的削减情况进行了模拟,在此基础上提出了相应的治理措施建议。结果表明:(1)径流是流域N、P流失的直接载体,径流与泥沙、总氮、总磷的相关系数分别为0.87、0.98、0.89,均高于降雨。(2)香溪河污染负荷输出有较强的季节性,主要集中在丰水期,贡献率均在80%以上。(3)不同土地利用类型下污染负荷的输出差异较大,强度依次为农用地(水田)草地林地。(4)情景分析法下5种最佳管理措施显示,退耕还林和过滤带的设置都能有效削减非点源污染负荷。     

水肥耦合模式下沙颍河农业非点源污染模拟研究

【目的】通过研究不同水肥组合对农田氮磷污染负荷输出量的影响,确定最佳水肥耦合方案。【方法】使用验证后的SWAT模型,以2008—2015年为例,模拟计算了沙颍河流域农田非点源污染TN和TP负荷的时空分布特征,并综合考虑不同灌水和施肥量情景下污染物输出负荷的变化规律。【结果】通过对设置的16种情景下的氮磷负荷变化进行比较得出:污染负荷的削减率与施肥量的减少量呈正相关,且在S4模式下,污染负荷削减效果最佳;污染负荷的削减率与灌水的减少量呈负相关,且在S8模式下,污染负荷削减效果最佳;当同时耦合灌水和施肥时,总氮的削减趋势随着灌水施肥的降低有所减缓,总磷的削减趋势在不同情景下变化不同。【结论】施肥量和灌水量各减少30%或40%时,农业污染削减效果最好。     

基于SWAT模型的古蔺河流域面源污染模拟研究

近年来古蔺河水质日益变差,为了解古蔺河流域面源污染的时空分布特征与关键污染源区(CSAs),首先运用分形理论确定流域最佳集水面积阈值,然后基于SWAT模型进行子流域划分,在此基础上研究古蔺河流域农村面源污染的迁移转化及污染负荷,结果表明:流域最佳集水面积阈值为1 500 hm~2,此时子流域划分为37个;模型月平均径流与氮、磷负荷模拟评价指标Nash系数大于0.5,决定系数R2大于0.6,SWAT模型在研究区有较好的可适用性;古蔺河流域2013年TN输出量为2 761.72 t,TP输出量为338.27 t,古蔺镇、德跃镇、石屏乡污染负荷占比较大,各子流域污染源贡献率排序均为化肥畜禽养殖居民生活,因此农业化肥和古蔺镇、德跃镇、石屏乡是流域面源污染防治的重点。     

SWAT水文模型在灌区水文和物质模拟中的研究进展

SWAT模型是当前世界广泛被使用的流域分布式水文模型,主要在大尺度上对流域不同的水文物理化学过程进行模拟。近年来,随着灌区水文过程的深入研究,SWAT模型逐渐由单一的流域水文模拟扩展到灌区水文、农业非点源污染的模拟,然而在灌区模拟的过程中存在一系列问题。系统地介绍了SWAT模型的特点,并对国内外学者应用SWAT模型在灌区水文、污染物模拟中的改进,与其他模型联合应用,灌区非点源污染等方面进行了总结和评述,并对SWAT模型在灌区模拟中仍然存在的问题进行了分析和总结,探讨了SWAT模型在平原型灌区的应用前景并进行了展望。     

基于分布式模型的濑溪河流域(泸县境内)农村面源污染模拟

随着点源污染的有效管理和控制,面源污染已成为水环境污染的主要因素。在GIS平台的支持下,将分布式模型SWAT模型应用于濑溪河流域(泸县境内)农村面源污染模拟研究,进行适用性评价及模拟应用分析。径流和氨氮负荷月模拟结果良好,评价指标R2、Ens(Nash-Sutcliffe Efficiency)均在0.8以上,表明SWAT模型应用于研究区农村面源污染模拟的可适用性。结果分析表明氮磷流失受土地利用方式影响显著,营养物流失关键区分布在耕地比重高的地区;农村面源污染是导致水体富营养化的绝对因素,其贡献率高达90%;由人类生产和生活所产生的TN和TP污染负荷,以农业化肥所占比重最大,约为1/2,其次为畜禽养殖,约为1/3,因此农业化肥和畜禽养殖是农村面源污染控制的重点。     

清水河流域农业非点源污染模拟及特征分析

为探讨冬奥核心区所在的清水河流域农业非点源污染特征,利用SWAT模型对清水河流域进行污染模拟及特征分析.通过前期对流域内河流水质监测和评价分析可知,该流域农业非点源是重要污染来源,且降雨和径流会对水质影响较大.借助ArcGIS平台构建清水河流域SWAT非点源污染模型,并利用实测径流数据对模型进行了率定和验证,结果表明S...     

基于SWAT模型的龙溪河泸县境内面源污染特征分析

应用分布式水文模型SWAT,首次以龙溪河泸县境内的面源污染为研究对象,通过对该流域的面源污染进行调查、监测和模拟,定量计算和分析该流域面源污染的时空分布规律以及识别关键污染源和污染关键区。结果表明:①SWAT模型在该研究区具有较好适用性,径流、氮磷负荷的纳什效率系数Ens在0.6~0.75,决定系数R^2在0.75~0.85,相对误差Re在10%~30%;②年产水量、TN产量、TP产量丰水期显著多于平水期,丰水期比重大约为70%~80%,平水期多于枯水期,枯水期产量比重在5%以内;③面源污染是各个子流域最主要的污染类型,农业化肥污染与农村生活污染在面源污染中所占比重最大;④农村生活污染对TN产量影响最大,农业化肥污染对TP产量影响最大;⑤11、13号子流域是非点源污染的关键区,选定云锦镇为重点防治区。     

潜在蒸散量对SWAT模型寒区典型流域径流模拟的影响

以目前广泛应用的SWAT模型为例,利用对比研究方法,以欧根河流域作为典型研究区域,采用PenmanMonteith模型、Priestley-Taylor模型、Hargreaves模型、Shuttleworth-Wallace模型及修正的20 cm蒸发皿观测数据计算潜在蒸散量(PET)。研究不同PET驱动的SWAT模型对模拟结果的影响,研究结果表明:SWAT模型以子流域为尺度对PET计算结果进行插值的方式较粗略,不能较好反映PET的空间分布情况,在大面积森林覆盖的不同子流域,月平均PET值随不同子流域内森林物种的种类和分布不同数值变化较小,并非在考虑地形影响下SWAT模型模拟的日径流量结果均好,在未考虑地形影响下Penman-Monteith模型与考虑地形影响下的Hargreaves模型、Shuttleworth-Wallace模型模拟结果较好,其中Penman-Monteith模型拟合的效果最好,率定期与验证期的Ens值分别为0.651、0.686,说明Penman-Monteith模型更适合用于高寒森林地区的潜在蒸散量计算。     

基于低影响开发的校园雨水控制及效益分析

以安徽理工大学为研究对象,应用4种低影响开发(LID)方案(植草沟、下沉式绿地、雨水罐和植草沟-下沉式绿地-雨水罐组合)构建雨洪管理模型(SWMM),模拟不同雨水重现期下各种LID方案的水文和水质性能,并评价了经济效益.结果表明:植草沟的径流削减效率最好,可延迟流量峰现时间,且能有效地削减污染负荷;除雨水罐外,另外3种LID实践方案具有良好的环境效益;从成本效益上分析,下沉式绿地和组合LID实践方案的污染物控制效果较好,但其单位削减率成本高,植草沟对污染物控制效果不理想,但其具有最低的单位削减率;若想取得较好的污染物控制效果,则需要投入更大的成本,可以采用下沉式绿地或组合LID实践方案,下沉式绿地或组合LID实践方案不仅能有效削减峰值流量,缓解城市排水管网负荷,且对污染物的削减效果较好.可为中国校园中LID实践的应用决策提供理论支持.     

湟水流域绿水管理模拟与水-沙-质协同调控效果评价

在黄河流域生态保护和高质量发展战略背景下,流域上游实施绿水管理对于涵养水源、保护脆弱生态,以及缓解流域缺水形势具有重要意义。选取黄河流域上游的湟水流域构建SWAT水文模型,模拟等高耕作、残茬覆盖、石线、梯田和15°以上坡地退耕还林等5种绿水管理措施,分析水量、水沙和水质的变化;结合水-沙-质管理协同水平,探究不同措施的效果与适用性。结果表明,15°以上坡地退耕还林在增加产水量和地下水补给方面效果最优,分别为1.77×10⁷ m³和1.72×10⁷ m³;等高耕作和石线能有效调节年内径流分配、削减汛期径流量。5种措施均能削减产沙负荷,其中梯田和石线的效果较显著,削减率分别为13.5%和13.0%。5种措施均能减少总氮(TN)和总磷(TP)负荷量,且干旱年削减率高于湿润年;梯田和等高耕作削减效果较好,削减率分别为24.6%、14.7%(TN)和45.3%、21.9%(TP)。通过水-沙-质管理协同分析,除残茬覆盖为高等耦合外,其他4种情景下均能达到优等耦合;耦合协调度由大到小依次为梯田、15°以上坡地退...     

DEM分辨率对SWAT模型水文模拟的影响研究

以灞河流域为研究区,以DEM的分辨率(30~500 m)作为变量,进行了DEM空间分辨率对SWAT模型水文模拟的敏感性研究。首先,不同分辨率DEM作为输入数据构建SWAT模型并进行模拟,其后将模拟结果与灞河流域马渡王、罗李村水文站的实测流量比对进行相对偏差计算,最终采用均值变点统计方法,以模拟结果的相对偏差为研究对象,探讨分析了DEM尺度效应的最佳尺度拐点。结果表明,DEM分辨率的变化深刻影响着水文模型流域特征的提取,其分辨率的降低会导致流域的最大坡度、平均坡度、河道长度均发生衰减,同时流域形状、子流域数量也会发生不同程度的改变;随着DEM分辨率的逐渐降低(30~150 m),径流模拟的结果与实际流量的相对偏差逐渐增大,但增长幅度不超过11%。当DEM空间分辨率低于150 m时,相对偏差变化并不显著。均值变点法能够很好地识别拟合曲线发生明显变化的拐点,通过统计分析发现DEM分辨率为150 m时即为模拟结果相对偏差变化趋势逐渐由陡变缓的变化最佳拐点。     

龙岗河流域SWAT模型构建及与WebGIS平台耦合研究

通过对龙岗河流域进行现场调研和资料收集,获取SWAT流域水文模型所需输入数据,利用空间分析计算划分子流域边界,使用降雨、气温等气象输入条件驱动算例模拟。在服务器后端搭建流域数据库,通过发布GIS服务提供GIS资源,在浏览器前端进行Web GIS平台开发。编译SWAT模型源文件生成执行文件,通过PHP进行输入文件及参数修改、模型运行计算和结果提取传输,实现SWAT模型和Web GIS平台之间的耦合,增强模型输入条件和模拟结果的展示效果。     

基于SWAT模型的典型区域高标准农田综合管理方案模拟与优化

为研究不同高标准农田管理措施对流域排水影响,以芳溪湖流域为研究对象,以2019-2020年连续2年的径流和水质（总氮、总磷和产沙）监测数据为基础,率定并验证了SWAT模型的适用性,并基于率定后SWAT模型对典型区域高标准农田综合管理方案进行了模拟和优化。结果表明：(1)率定的SWAT模型模拟效果总体较好,构建的灌区分布式水文及面源污染模型适用于芳溪湖流域;(2)高标准农田建设可以实现流域节水减排,最大径流排放减少可达6.93%,最大总氮、总磷、泥沙排放减小均可达7.81%以上,适当提高塘堰汇流面积比例,增加生态沟的建设密度和长度,能有效减少地表径流及总氮、总磷负荷,最大径流排放减小可达18.92%,最大总氮、总磷、泥沙排放减小均可达20.37%以上;(3)不同轮作模式中,水作模式与现状条件相比能有效减少流域径流、总氮、总磷和泥沙的排放;(4)高标准农田建设综合管理优化方案下,流域排水总量减少可达24.59%,总氮、总磷和泥沙减少均可达36.36%以上。合理的沟塘系统设计和种植结构调整能有效减少流域面源污染排放。     

基于TMDL计划的榆溪河流域水污染治理方案研究

针对榆溪河水质污染严重的问题,有效治理榆溪河流域污染的现状。以榆溪河流域(榆林市境内)为研究对象,采用TMDL模型,结合单因子评价指标模型、简单负荷估值模型,在此基础上引入离差和均方差法,进行水污染负荷分配,根据污染负荷分配结果提出了基于TMDL值的污染控制措施。对榆溪河流域水污染防治规划结果表明,榆溪河流域COD和氨氮污染物均主要来自于非点源污染,需大量削减分散畜禽养殖的污染排放量。更有效更具针对性地改善榆溪河水污染现状,明晰防治不足和改善重点,并提出合理建议。     

基于SWAT模型的合理亚流域划分和径流模拟

以葫芦河流域为研究对象,建立2006-2012年流域月尺度SWAT模型,探究不同亚流域划分下模型对流域径流、泥沙、营养物的响应情况,确定流域亚流域划分水平,并在此基础上进行月尺度的径流模拟,验证其适用性。结果表明:(1)径流与硝氮的变化幅度相差不大,7个亚流域划分后相对误差均小于10%,泥沙与有机氮、有机磷、氨氮、总氮、总磷的变化趋势基本一致,通过分析确定葫芦河流域合理的亚流域划分水平为37个左右;(2)通过PSO算法得到合理亚流域划分下模型的月径流模型可以用于葫芦河流域的SWAT模型径流模拟,其率定期和验证期的R~2值依次为0.84和0.81,Ens值依次为0.76和0.62,模拟效果理想。研究结果可为葫芦河流域进一步的水文模拟研究提供有效的参考依据。     

CMADS与传统气象站数据驱动下的SWAT模型模拟效果评价——以苦水河流域为例

为探究传统气象站数据和中国大气同化数据集(CMADS)驱动下的SWAT模型在气象站稀缺的干旱流域径流模拟效果,分别利用上述两种气象数据驱动宁夏苦水河流域SWAT模型,并以水文站实测月径流资料对模型进行了参数率定及验证。结果表明:率定期(2008-2012年)CMADS和常规气象数据支撑下的模型纳什系数分别为0.846和0.642,决定系数分别为0.741和0.597;验证期(2013-2016年)模型纳什系数分别为0.816和0.619,决定系数分别为0.752和0.628,即CMADS驱动的模拟精度高于传统气象站数据的模拟精度,CMADS可为缺少气象数据的区域建立SWAT模型提供数据支撑和精度保证。     

SWAT模型在青铜峡灌区的应用研究

由于青铜峡灌区退水量大,对退水量的预测较难。本文结合青铜峡灌区引黄水循环特点,在对自然流域水文模型SWAT完善的基础上,设置不同情景模式(不同节水方案),基于SWAT模型对不同节水模式下灌区水文过程进行模拟,分析不同水管理措施对灌区水循环转化的定量影响。研究结果表明:模型基本概化了研究区的参数,基本能够模拟青铜峡灌区的排水沟流量变化过程。利用校准后的模型初步定量模拟出如下结果:灌区实际多年平均蒸散量约为16.7亿m~3,地表径流汇入黄河的多年平均水量约为8.1亿m~3,地下水补给黄河的多年平均水量约为11亿m~3,地表水入渗补给地下多年平均水量约为19亿m~3。这可以为灌区进一步的节水灌溉发展提供科技支撑。     

清江宜都段不同水文及土地利用情景下非点源污染研究

运用美国农业部开发的分布式水文模型SWAT,分析研究了清江宜都段在不同水文年、现状和2020年规划两种土地利用情景下的径流量和污染负荷。结果表明:1研究区域产水量由上游向下游递减,污染负荷产量的分布同产水量分布类似;2径流、总氮、总磷和降雨量有着直接的关系,随着降雨量的减少而减少;3在以退耕还林和城镇扩张为主要特点的2020年规划土地利用情景下,各乡镇所在子流域的产水量、有机氮、有机磷平均分别减少了2.5%、9.1%和20.3%;4对降雨和土地利用变化引起的流域水文变化进行对比,发现不论在年尺度还是月尺度下,降雨量变化对径流量、总磷、总氮的贡献率要比土地利用的变化大得多。     

不同气候稻作区径流及面源污染排放模拟分析

在全球气候变暖背景下,开展稻田排水其水文水质对气候变化的响应研究,减少气候变化对农业面源污染及水环境的不利影响,从而为流域水分管理及农业面源污染防控提供依据。以江西省赣抚平原灌区芳溪湖小流域为研究对象,基于构建的灌区水量转化及农业面源污染分布式模拟模型(SWAT模型),对气温升高和降雨增加等气候因子变化下的芳溪湖流域径流及农业面源污染负荷进行模拟,分析气候变化对芳溪湖入湖径流及氮磷排放负荷的影响,结果表明:温度升高,芳溪湖流域径流量减少,稻田氮磷排放减少,但流域出口氮磷排放有增加趋势;降水量增加,芳溪湖流域出口径流量及氮磷排放负荷均呈明显增加趋势;到2050年,芳溪湖流域稻田排水量将增加8.01%,总氮排放将增加8.56%,总磷排放将增加7.30%;流域出口径流量将增加8.14%,总氮排放将增加10.08%,总磷排放将增加9.98%,因农业生产造成的面源污染问题将越来越突出。     

降雨输入不确定性对SWAT模型径流模拟的影响研究

降雨输入是水文模型不确定性的主要来源之一,开展降雨输入不确定性对分布式水文模拟影响的相关研究具有重要意义。基于SWAT分布式水文模型,将最邻近法、泰森多边形法、距离平方倒数法和克里金法引入子流域的面雨量计算,模拟淮河流域息县水文站1985-2000年的径流系列,并在改变站网密度及空间分布的条件下进一步研究了不同降雨输入模式对径流模拟精度的影响。结果表明:总体而言,四种插值方法的径流模拟精度较高,说明SWAT模型在息县流域具有较好的适用性;在息县流域现有雨量站数目下,距离平方倒数法的整体模拟效果最佳;当雨量站密度变化时,最邻近法的模拟精度更加稳定,说明在雨量资料不充足的地区该方法可能更具有优势。