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。     

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AnnAGNPS模型的苇子沟流域非点源污染模拟研究

采用连续分布式水文模型Ann AGNPS(Annualized Agricultural Non-Point Source Model),耦合GIS技术,对饮马河下游苇子沟流域2009—2015年非点源污染进行了定量模拟,同时用同步水质监测数据检验了该模型在苇子沟流域的适用性。结果表明,该模型对径流、总氮模拟效果较好,对总磷模拟效果较差。在日尺度上,模型对小型降雨事件径流量模拟值偏低,而对暴雨事件模拟值偏高;月尺度上,总氮、总磷的年内变化与降雨量的年内变化一致,5—8月雨季的非点源污染负荷占全年的80%以上;年尺度上,2009—2015年总氮、总磷污染负荷平均值分别为22 295.28 kg和7 085.00 kg,且年际变化趋势一致。降雨量与总氮负荷的Spearman相关系数为0.93,与总磷负荷的相关系数为0.92,且均达到极显著水平(P0.01),说明年降雨量的变化直接影响流域全年总氮、总磷污染负荷的变化。总氮和总磷负荷的空间分布具有很高的相似性,总体上总氮、总磷单位面积负荷量在流域西北部区域较低,而在流域中下游区域较高。     

珠江三角洲典型流域AnnAGNPS模型模拟研究

针对珠江三角洲地区地表水体日益突出的氮、磷富营养化问题,选择新田小流域为主要研究对象,应用GIS技术和AnnAGNPS模型,对流域出口及重要景观单元出口的径流量、总氮和总磷进行同步观测和模拟估算。结果表明：（1）AnnAGNPS模型具有较好的模拟效果,在径流量、总氮和总磷的模拟估算中,最小模拟偏差为1.4%,最大模拟偏差为34.34%,模拟值与实测值之间具有很好的相关性;（2）在所观测的4场降雨中,模拟效果受雨量的影响较为明显,在一定范围内,雨量越大,模拟效果越好,雨量越小,模拟效果越差;（3）不同景观单元由于下垫面性质及其人类活动强度大小影响的不同,模拟效果也表现出一定的差异,果园＋林地景观单元模拟效果最好,而水田＋旱地景观单元模拟偏差较大;（4）水田＋旱地景观单元总氮、总磷污染负荷比重大,是农业非点源污染来源的主要类型和关键源区,这一结果可为区域非点源污染控制和管理提供决策支持。     

AnnAGNPS模型土壤数据库的建立——以柴河上游小流域为例

AnnAGNPS 模型为针对农业非点源污染的非点源污染负荷估算模型,从方便该模型在中国应用的角度出发,以辽河重要支流柴河上游流域为例建立了适合该流域的AnnAGNPS模型土壤数据库,并着重介绍了土壤数据库中土壤质地的转换及相关参数的获取方法。基于已建立的土壤数据库对AnnAGNPS模型在该流域的适用性进行了检验,结果表明AnnAGNPS模型适用于该流域,即已建立的土壤数据库适合AnnAGNPS模型在该地区使用。

     

AnnAGNPS模型土壤数据库的建立——以柴河上游小流域为例

AnnAGNPS模型为针对农业非点源污染的非点源污染负荷估算模型,从方便该模型在中国应用的角度出发,以辽河重要支流柴河上游流域为例建立了适合该流域的AnnAGNPS模型土壤数据库,并着重介绍了土壤数据库中土壤质地的转换及相关参数的获取方法。基于已建立的土壤数据库对AnnAGNPS模型在该流域的适用性进行了检验,结果表明AnnAGNPS模型适用于该流域,即已建立的土壤数据库适合AnnAGNPS模型在该地区使用。     

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。     

农业非点源污染模型研究与应用进展

在阐述农业非点源污染的概念、危害和特征的基础上,分析了国内外目前农业非点源污染模型研究的特点,指出以元胞自动机为代表的时空动态模拟模型已经在农业非点源污染的研究中展现出强大的生命力,可以认为是农业非点源污染模型研究的第四个阶段.最后总结了现有农业非点源污染模型的不足之处及未来的发展方向.     

暴雨洪水管理模型SWMM的研究及应用进展

SWMM(Storm Water Management Model)是近几年发展迅速、影响较大的水文模型。SWMM主要被用于模型适应性的检验及模型参数的识别、城市暴雨洪水地表径流及其污染过程的模拟、城市低影响开发效果的模拟、与其他模型软件的耦合应用模拟等方面。文章从SWMM的发展历程、模型原理及国内外的最新应用进行了归纳与分析,最后对SWMM在中国应用中存在的问题进行了探讨。     

黄土丘陵沟壑区岔口小流域AnnAGNPS模型数据库建立

AnnAGNPS模型是一个能够连续模拟来自流域的地表径流、沉积物、污染负荷的分布式非点源污染模型。模型具有应用前景广泛、有效、参数数据需要量大、区域差异大、获取难的特征。以黄土高原丘陵沟壑区典型流域为例,建立了基于AnnAGNPS模型的岔口小流域非点源污染基础信息数据库,包括气候、土地利用、土壤和地形数据库。所需的模型参数大多通过实地调查,部分参数来源于文献数据。此数据库为岔口小流域农业非点源污染状况的进一步研究提供基础数据的同时,可供类似研究区域借鉴或为流域其他相关研究提供参考。     

农业非点源污染研究进展

针对点源污染虽已得到有效治理,但农业非点源污染已成为全球突出的环境问题的现状,在分析国内外农业非点源污染的严峻形势的基础上,着重从当前农业非点源污染研究中的农业非点源污染定量模型研究、农业非点源污染的农户经营行为研究、农业非点源污染的环境经济学研究和农业非点源污染的控制与管理战略研究4个方面进行了阐述,并指出当前我国控制农业非点源污染所面临的困境,最后对未来我国农业非点源污染的研究发展前景进行了展望。     

分布式水土流失型面源污染模型初探

为研究丘陵山区水土流失与面源污染协同过程机理对丘陵山区环境改善的作用,本研究研发出一种分布式水土流失型面源污染模型,该模型通过耦合多个水土流失型面源污染关键过程模块,从源、流、汇等角度精准刻画水土流失型面源污染过程机理;进而开发了基于优化算法的汇流模块,解决了分布式模型运算效率低等技术问题。本研究利用新模型评价了三峡库区菁林溪流域水土流失型面源污染时空演变规律,并模拟了退耕还林、化肥减量、坡改梯和滨岸缓冲带对水土流失型面源污染的防治效果。结果表明：菁林溪流域年均泥沙、吸附态磷、溶解态磷的负荷量分别为17.23 t·hm^-2、1.22 kg·hm^-2和0.56 kg·hm^-2,入河量分别为9 032.2 t·a^-1、601.3 kg·a^-1和541.7 kg·a^-1,分别占负荷量的54.32%、50.87%和72.99%。不同土地利用类型的吸附态磷负荷强度为坡耕地>林地>水田,溶解态磷负荷强度为坡耕地>水田>林地,表明水土流失型面源污染优先控制区与传统农业面源有所差异。同时,滨岸缓冲带的防控效果最好,可减少25.01%的泥沙量和26.22%的吸附态磷。本模型较好地模拟了水土流失型面源污染及防控措施效果,可为水土流失型面源污染过程机理精准解析和优化防控提供依据。     

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。     

基于农作物施肥量视角的区域尺度农田面源污染风险评价研究

为揭示区域尺度农田面源污染现状,以农作物及其化肥施用量研究对象,提出了农田面源污染风险等级(包括安全、微风险、低风险、中风险和高风险)与粮食作物当量概念,剖析了近20年主要作物与作物类型的农田面源污染风险及其变化过程,构建了区域尺度农田面源污染风险评价模型,在国家尺度、区域尺度与省域尺度开展了我国农田面源污染风险评价研究。结果表明:1)不同作物类型及作物农田面源污染风险有较大差异。粮食作物属氮低风险和磷微风险,油料作物属氮、磷微风险,棉花属氮高风险和磷低风险,麻类作物属氮高风险和磷微风险,糖料作物属氮、磷高风险,烟叶属氮安全与磷中风险,蔬菜属氮中风险和磷高风险,茶园属氮高风险和磷中风险,果园属氮、磷肥高风险;2)国家尺度农田氮、磷面源污染风险系数分别为1.14和1.45,属氮、磷低风险。区域尺度农田氮面源污染风险系数1.02~1.37,除华南属中风险外,其它区域均为属低风险;农田磷面源污染风险系数1.08~2.20,东北、华北、华中和华东属低风险、西南与西北属中风险,华南属高风险;3)省域尺度农田氮面源污染风险系数0.95~1.41,除广东等7省属中风险外,其它省均属低风险;农田磷面源污染风险系数1.16~2.99,除贵州等8省高风险、云南等4省中风险、以及黑龙江与吉林微风险外,其他17个省均属低风险。综上,作物类型及其种植面积对区域农田面源污染风险有重要影响,粮食作物比例越大,农田面源污染风险越低,如东北、华北、华东和华中地区;果园、蔬菜或茶园比例越大,农田面源污染风险越高,尤其是磷风险,如西南、西北和华南地区。     

流域非点源污染物输移模型研究现状及展望

对非点源污染物模型研制的各个发展阶段和模型的变化情况进行了总结,系统介绍和对比了国内外非点源污染物输移模型的总体结构、特点、适用领域及模型的局限性,尤其对模型方法在非点源污染治理中的应用进行了探讨,进而归纳了以往非点源污染物输移模型和污染负荷定量化方法的发展特点。针对研究中存在的问题,探讨流域非点源污染物输移模型的发展趋势和研究前景,以期为我国非点源污染物输移模型的研究工作提供有益的指导。     

甬江流域土地利用方式对面源磷污染的影响:基于SWAT模型研究

为定量探讨SWAT模型在土地利用方式对面源磷污染影响研究中的适用性,以甬江流域为研究区,构建流域2010年至2014年的SWAT水文水质模型,从水文响应单元的空间尺度上进行了分析研究。结果表明:模型在开展大中流域尺度,长时间序列的土地利用方式对面源磷污染影响的研究中表现良好;流域内林地、建设用地、耕地、园地年均产流深度分别为588.05、729.52、624.26、608.05 mm,产沙年均单位负荷分别为10.09、0.90、44.68、13.29 t·hm-2;总磷年均单位负荷分别为1.42、0.35、9.81、1.82 kg·hm-2。产流深度、产沙单位负荷与总磷单位负荷之间的一元线性回归模型表明:产流、产沙和面源磷之间存在明显的线性关系,且各土地利用方式产沙和磷(R2=0.83～0.88,P0.001)之间的一元线性回归模型预测能力均高于产流和总磷(R2=0.63～0.68,P0.001),表明了面源磷流失的主要载体为泥沙。此外,不同类型土地利用方式下磷输出空间差异性也十分显著,林地在坡度级别为6级时磷流失是2级时的6.90倍;土壤类型RGd(不饱和疏松岩性土)在坡度2级下磷流失是ACu(腐殖质低活性强酸土)的1.15倍,而在6级下是1.42倍。     

AnnAGNPS模型在西南岩溶地区奇峰河流域的参数敏感性及适用性分析

为了探究农业非点源模型(AnnAGNPS)在西南岩溶地区奇峰河小流域地表径流量模拟的适用性,使用差分灵敏度分析(Differential sensitivity analysis,DSA)方法对参数进行敏感性分析,采用敏感指数法评价参数的敏感性等级;利用试错法人工调整模型参数,采用三个评价指标:决定系数(R~2)、纳什系数(ENs)和相对偏差(Re)评估模型的性能,检验其在岩溶地区奇峰河小流域的径流模拟的适用性。结果表明:不同临界源区面积(Critical source area,CSA)与最小源区沟道长度(Minimum source channel length,MSCL)取值下,CSA=20 hm~2,MSCL=200 m时,能够较为全面地描述奇峰河流域的下垫面的情况。参数敏感性分析结果表明,对径流模拟最敏感的参数是径流曲线数(CN),与非岩溶地区相比,影响地表径流的最敏感的参数相同,取值较非岩溶地区流域的大;对泥沙、总氮、总磷模拟最敏感的参数是土壤可侵蚀性因子与径流曲线数。模拟结果表明:AnnAGNPS模型能很好地模拟流域的地表径流,月尺度下模拟的R~2为0.962,ENs为0.831,Re为-14.94%。日尺度下模拟的R2为0.716,ENs为0.946,Re为-13.69%。由于岩溶系统的高渗漏性以及地下水与地表水交换的瞬时性,日尺度下的模拟精度较低。研究表明经过校准与验证的AnnAGNPS模型适用于西南岩溶地区桂林市奇峰河流域的非点源污染负荷模拟。