漓江上游灌区小流域不同尺度氮磷污染排放负荷研究

【目的】开展野外原位监测试验,揭示漓江上游灌区小流域不同尺度氮磷污染排放规律,为面源污染控制和治理提供参考。【方法】利用Arc GIS软件和SWAT模型,基于DEM数据对漓江流域青狮潭灌区金龟河试区进行子流域划分,考虑水系和渠系分布,从试区上游至下游选择具有水力联系且从小到大逐级嵌套的5个尺度,于2016年5—12月对试区各尺度出水口进行了监测,研究了氮磷质量浓度和排放负荷变化。【结果】从空间尺度1(面积335.41 hm~2)增大到尺度5(面积2 798.15 hm~2),质量浓度总氮沿程呈上升趋势,由尺度1出水口的0.95 mg/L增加到了到尺度5出水口的2.42 mg/L;氨氮与总磷沿程呈现波动性变化,在尺度3(面积1 135.36 hm~2)与尺度5中呈现急剧增加的特点。灌溉季节的氮磷排放负荷大于非灌溉季节,灌溉季节总氮、氨氮、总磷排放负荷由尺度1到尺度5分别下降了54.60%、41.46%、55.77%。非灌溉季节总氮排放负荷随尺度增大而增大,从试区尺度1单位面积总排放负荷0.67 kg/hm~2增加到尺度5单位面积总排放负荷2.76 kg/hm~2,氨氮与总磷排放负荷则表现为波动性变化。在灌溉季节,沟渠、塘堰对氮磷的去除以及排水的重复利用,减少了污染物的排放;而在非灌溉季节,沟渠、塘堰面积由原来的55.91 hm~2减少为13.92 hm~2,减少了75.10%,导致去除效果下降,且随尺度增大养殖场污染物排放量大量增加。【结论】漓江流域水稻灌区氮磷排放控制和污染物消减,应考虑不同时间和空间尺度下氮磷污染物运移的特点。     

城市河流水体污染变化特征及其对降雨的响应关系——以新凤河流域为例

降雨径流携带的非点源污染是驱动河流水体污染变化的主要自然要素,其中降雨对河流水污染的非线性影响机制一直是水文与环境交叉学科研究的难点,降雨强度的大小对污染物排放的影响存在显著差异。新凤河是中国首都北京市的重要生态廊道之一,河道水质受降雨影响剧烈,为了探索降雨对城市河流水体污染变化特征的影响,本研究基于北京市典型黑臭水体新凤河出口断面2015-2019年长序列水质和降雨资料,分析了水质变化及其对降雨的响应关系和不同降雨强度下的污染输出特征,科学阐明了不同降雨强度下的河流污染非线性响应规律。结果表明：(1)流域出口水质由劣Ⅴ类改善到Ⅲ～Ⅳ类,拐点出现在2017-2018年,其与降雨的相关关系直接反映了流域污染由点源主控变为非点源主控;(2)COD、氨氮和TP平均浓度在中雨和大雨强度下较高,暴雨和特大暴雨中较低,随着降雨强度的增大,组分浓度先上升后下降;(3)不同降雨强度下的降雨量与水质浓度呈现显著的二次函数关系,水质变化取决于降雨起稀释作用或冲刷作用。研究旨在从学术上揭示城市型河流污染物与流域气象要素的响应关系,为其他城市河流的非点源污染防治提出科学参考。     

海河流域农田氮磷面源污染的空间分布特征及关键源区识别

【目的】分析海河流域农田氮磷面源污染及对水质影响的空间分布特征,并识别关键源区,以期为该流域面源污染治理提供参考依据。【方法】基于InVEST营养物传输率模型和产水量模型,估算了海河流域农田氮磷入河负荷、河流断面氮磷入河通量和潜在氮磷径流质量浓度,结合GIS空间热点分析、水文网络分析识别面源污染关键源区。【结果】海河流域2015年氮磷入河负荷分别为2.41 kg/hm²和0.56 kg/hm²,入河总量达3.4934万t和0.8077万t,潜在氮、磷径流质量浓度分别为5.97、1.47 mg/L,约55%的河段超过地表V类水质TN、TP标准。农田氮磷污染呈明显的沿西北部山区向中南部平原方向上升的分布特征;农田氮磷入河负荷和潜在氮磷径流质量浓度的空间分布差异明显,前者高值分布在徒骇马颊河水系、漳卫河水系、子牙河水系,后者高值分布在徒骇马颊河全线、黑龙港运东河中下游、大清河支流和子牙河上游部分河段;流域水系上游或支流的潜在氮磷径流质量浓度普遍高于干流。热点区面积分别占14.45%、16.02%,贡献入河总量的23.39%、27.71%。【结论】海河流域农田氮磷面源污染较严重,西北部山区地区的污染程度低于中南部平原地区,以流域中南部、石家庄和秦皇岛的周边地区为关键源区。     

基于Mann-Kendall检验的尼洋河流域水文变量演变趋势分析

在介绍尼洋河流域自然地理、气象水文及自然灾害情况的基础上,基于Mann-Kendall检验方法,对尼洋河流域气象水文数据进行分析得出其水文变量演变趋势。结果显示尼洋河流域降水量近30年年际变化不大,但降雨的年内分配极不均匀,汛期降雨量大而集中、非汛期雨水少而不稳,且冬季降雨整体表现出减少趋势;气温较为一致,呈上升趋势;出口断面流量在夏季和全年尺度上有上升的趋势,秋季、冬季的长期变化趋势较弱。研究结果可为该流域的洪涝灾害防治工作和水资源优化配置提供参考。     

龙岗河氨氮生态风险及水生态功能评价研究

以龙岗河为研究对象,采用暴露生态风险评价和水生态功能评价两种方法分别对龙岗河夏季和非夏季的氨氮生态风险和水生生物完整性进行了评估。研究结果表明:不同季节龙岗河流域氨氮基准值(CMC和CCC)差异较大,非夏季约为夏季的1.6倍。流域上游氨氮水生态风险商值低于下游,而大型底栖动物群落结构更加稳定,上游河道水质和生态条件均较好。2015-2018年的评估结果显示龙岗河流域水生态功能与氨氮生态风险值存在显著的响应趋势,两者相互结合可为雨源型河流水生态功能评价提供更可靠的依据。     

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。     

小洪河流域生态水污染状况时空趋势分析

为了探求流域生态流量与水质之间的关系,并分析流域生态水污染状况的时空趋势,采用Lyon法量化河流生态流量,通过分析3种主要污染物与生态流量关联的优序度,筛选出与河流生态流量关系最为密切的典型污染物,进而利用九点二次平滑趋势法评估典型污染物时空变化趋势,并分析其与生态流量之间的影响效应。以小洪河流域为实例研究,结果表明,由于流域各县工农养殖业的大力发展,小洪河流域典型污染物为氨氮,此污染物对流域生态流量的影响最大,是流域水生态环境恶化的最主要因素,随着流域生态水污染治理工作不断开展,氨氮的浓度有所下降,流域生态流量得到改善,但水生态状况仍不容乐观。其研究成果可为小洪河流域水环境污染治理和生态文明建设提供参考。     

下垫面对漓江上游小流域氮磷污染排放的影响

以漓江流域上游青狮潭灌区金龟河试区为研究对象,开展野外原位试验,在研究区域内选取农田、鱼塘、果树、养殖业等4种典型的下垫面,在这些下垫面处选取支渠(河流)断面,对支渠断面的水质进行监测。利用主成分分析法确定出氨氮、总氮、总磷为灌区小流域影响河流水质的显著污染指标,应用单因素方差分析法(ANOVA)及其最小显著性差异(LSD)多重比较法,对4种下垫面间的污染物排放差异进行分析。单因素方差分析结果表明,氨氮和总氮在这4种下垫面组间差异最大;而总磷相对小一点,氨氮和总氮显著性水平分别为0和0.145。多重比较的结果表明这4种下垫面之间的均值差异均不同,不同的下垫面对污染指标的贡献率也不同,其中,养殖业下垫面与其他下垫面差异较大,其污染物贡献量最高,造成的水环境影响最大。     

博斯腾湖流域典型农田与排渠氮磷的变化特征分析

为研究博斯腾湖流域农田非点源污染问题,选取流域典型农田作为研究对象,通过野外实地调查、现场监测与实验室分析相结合的方法,研究农田与排渠氮磷营养物的变化特征。结果表明,在当地典型农田灌排条件下,田间施肥利用率较低,对土壤中氮、磷浓度影响较大,以硝态氮(NO-3-N)为主的氮、磷流失较严重,沿程浓度累积明显;在排渠中,总氮(TN)浓度变化较为明显,氨态氮(NH+4-N)、NO-3-N、总磷(TP)沿程浓度变化呈微弱上升趋势。大量污染物随排水汇入博斯腾湖,导致博斯腾湖水质日益恶化。     

发展保护性耕作前景广阔

河业是农业大省,也是典型的干旱缺水及旱作农业省份之一,长期以来,农业生产以灌溉农业和旱作农业为主。全省年平均降雨量为522mm,仅占全国平均降水量的80．6％,并且受季风气候影响,降雨时间集中、地域分布不均,造成地上河流干枯、地下水位下降。水资源的严重匮乏已成为制约全省农业和农村经济发展的突出矛盾。     

玛河灌区参考作物蒸发蒸腾量时空分布特征与成因分析

根据玛纳斯河流域中游平原灌区(玛河灌区)24个标准气象站逐日气象资料,采用Penman-Monteith公式计算了各站逐日ET0,利用经验贝叶斯Kriging插值法、距平分析及偏相关分析等方法分析了玛河灌区ET0时空变化特征及其影响因素。结果表明:玛河灌区年ET0均值为972 mm,呈现东北高、西南低的分布规律;近56年ET0呈增加趋势(0.51 mm/a),通过第一主震荡周期预测2014年后玛河灌区ET0值将会是偏高期;偏相关分析表明风速是影响该灌区ET0的主要原因。     

泾惠渠灌区冬小麦夏玉米灌溉制度优化研究

为了提高农业生产用水效率,降低农业灌溉水资源的浪费,2013-2016年,在陕西省泾惠渠灌区进行了连续3年的冬小麦夏玉米连作非充分灌溉制度试验,研究其灌溉制度优化。试验设置8个非充分灌水处理,每个处理重复2次。通过分析3年冬小麦夏玉米生育期的降雨量、灌水量,及其在产量、水分利用效率、益损比方面的影响,进而确定不同降雨频率年型下的冬小麦、夏玉米合理灌溉制度。试验结果表明:冬小麦、夏玉米生长发育阶段不同灌水期和灌水量对其产量影响显著。产量和水分利用效率两者相协调的最优灌溉制度是T4(冬灌+返青灌)与H4(压茬灌+抽雄灌),全年四次灌水,灌溉定额为4800 m~3/hm~2。     

喀斯特山区河流水环境容量核算与污染控制的单元化研究——以清水江流域鱼梁江河段为例

以喀斯特山区清水江流域鱼梁江河段为研究对象,在查明地下水排泄与河流环境容量及其水质之间关系的基础上,采用Daniel趋势检验法和水量—水质同步估测模型等分析了流域水质变化及其污染负荷和核算了多水文情势下的水环境容量等。结果表明,流域污染负荷为:氨氮(NH_3-N)312.85 t/a,总磷(TP)274.91 t/a,氟化物(F~-)311.82 t/a,主要为城镇生活和工业污染排放且具明显空间分布特征。控制单元Ⅰ的F~-浓度显著下降,水环境容量未超载;控制单元Ⅱ和Ⅲ的TP、F~-和NH_3-N浓度均显著下降,前者水环境容量均超载,后者TP为过载状态;控制单元Ⅳ主要污染物浓度无明显升降趋势,但TP和F~-出现超载,TP严重超载为枯竭状态;控制单元Ⅴ的TP和F~-浓度显著下降,水环境容量均为超载状态,亟待实施NH_3-N、TP和F~-污染物总量控制和精准削减措施。     

尼洋河水质沿程变化特征多元统计分析

【目的】了解尼洋河沿程水质状况,分析丰水期干流水体的主要污染指标,科学合理的说明尼洋河流域饮用水源地的水质对人体健康危害程度。【方法】基于2018年丰水期水质监测数据,运用多元统计方法分析了尼洋河干流上10个断面的水质监测指标,同时依据干流各个监测断面的水体指标检测结果,利用系统聚类分析方法将断面所在河流分为3组,监测断面分组结果与尼洋河流域上、中、下游分布基本一致。【结果】第1组水体以有机污染为主,TP与TN的质量浓度较高,水体污染程度较轻,污染源单一;第2组水体受有机污染与重金属多个指标的污染,水体水质较第1组差,污染来源相对复杂;第3组水体水质污染最为严重且污染指标最多。【结论】分析结果与单因子水质评价结果基本一致,尼洋河干流水质随河流方向有改善的趋势。     

松花江流域极端降雨变化对流域输沙量的影响

基于松花江流域及其周边共43个气象站点1960—2014年逐日降雨数据及佳木斯水文站输沙量数据,采用Mann-Kendall非参数趋势分析方法、小波周期性分析和双累积曲线法,分析了流域内7个极端降雨指数和输沙量的动态变化趋势,在此基础上定量评估了流域极端降雨变化对输沙量的影响。结果表明:1960—2014年间,松花江流域7个极端降雨指数(最大1 d降雨量(RX1day)、连续5 d最大降雨量(RX5day)、降雨强度指数(SDII)、大于95%分位值强降雨量(P95pTOT)、大雨量(HP)、暴雨量(RSP)和汛期降雨量(FSPTOT))皆呈阶段性波动变化,存在16~20 a的大周期和5~6 a的小周期变化特征,但近55 a各极端降雨指数整体上呈不显著的变化趋势;期间佳木斯水文站输沙量的变化趋势与7个极端降雨指数的变化趋势类似。松花江流域各极端降雨指数与输沙量均存在极显著相关性(p0.01),其中RX5day、P95pTOT与输沙量的相关性最显著。双累积曲线分析显示,流域输沙量与各极端降雨指数关系的突变点均发生在1977年。与基准期(1960—1977年)相比,1978—2014年松花江流域各极端降雨指数对输沙量变化的影响在3.09%~15.24%之间,其中SDII变化对输沙量的影响最大(15.24%),其次是FSPTOT(14.81%)和RX5day(14.34%)。     

达拉特旗井灌条件下农田水利用及地下水动态分析研究

以达拉特旗壕庆河流域为研究对象,通过对该区地下水位和水质的监测及农田水利用状况的调查,摸清地下水的年动态变化规律及水质分布,初步估算该研究区农田灌溉地下水年开采量,从而为本流域的地下水资源评价及合理开发,高效利用提供一定的依据。根据数据分析结果,地下水是从西南流向东北方向,补给黄河南岸引黄灌区。观测期间地下水位年际变化受降雨的影响较大,总体呈上升趋势,变化幅度为0.5～1.5m。pH值超过8.5,呈碱性水,部分区域地下水矿化度为0.5～0.9g/L,可用于农业灌溉,随着地下水流动的方向,水质逐渐变差,下游的盐分浓度最大到2.6g/L,需要合理进行灌溉防止土壤盐碱化。通过遥感图片识别分析计算出该区农田面积为1 398hm2,农业灌溉年开采地下水量为516万m3。     

南盘江流域冰糖橙需水量与灌溉需水指数时空变化特征

基于1961-2020年南盘江流域21个气象站逐日气象数据，采用Penman-Monteith公式和单作物系数法，并结合线性趋势和Mann-Kendall法计算分析了近60 a(1961-2020年)南盘江流域冰糖橙不同生育期需水量ET_c、有效降雨量P_e、灌溉需水指数IRI的时空分布特征。结果表明：1961-2020年南盘江流域冰糖橙全生育期ET_c、P_e、IRI分别介于902.22～1 042.70 mm、289.62～477.68 mm、0.48～0.71之间。ET_c和IRI呈上升趋势，增幅分别为2.171 mm/10 a和0.9%/10 a,P_e呈显著的下降趋势，减幅为8.538 mm/10 a。ET_c和IRI上升趋势主要集中在南盘江流域西南部和中南部区域，P_e下降趋势主要集中在流域中东部区域。南盘江流域冰糖橙ET_c呈果实膨大期>果实着色期>花期>成熟采摘期>休眠...     

开都河流域农业灌溉区地下水化学时空分布特征研究

【目的】研究开都河流域农业灌溉区地下水化学时空分布规律及其影响因素。【方法】采用描述性统计、空间插值、Piper三线图示法和Gibbs图示法,基于2016年1月(冬季)、3月(春季)、7月(夏季)和9月(秋季)的4次开都河流域农业灌溉区地下水样品的采集及水化学主要参数的分析测试,开展了开都河流域农业灌区地下水化学特征方面的研究。【结果】①开都河流域农业灌溉区地下水整体水质良好,矿化度较低,地下水中主要离子为HCO3-、Na+、Ca2+、SO42-,溶解性固体总量(TDS)冬季高夏季低;地下水埋深与TDS变化具有一定的程度的关联性,灌溉季节地下水埋深变浅、水体TDS相对降低;②研究区地下水阳离子中Na+和Ca2+时空分布特征差异性较为明显,阴离子中SO42-时空分布差异较为明显;③研究区地下水主要水化学类型为HCO3--SO42--Na+-Ca2+型,水化学类型季节性差异较小;④地下水离子组成主要受岩石风化作用控制,在春季、夏季和秋季的绿洲区与滨湖区的地下水化学离子组成受人为干扰较明显,灌溉力度较小的区域和非灌溉季节的地下水受人为干扰较小。【结论】灌区在农作物灌溉季节应适当合理开采地下水并加强对地下水水质的监管工作。     

河套灌区粮食水足迹与虚拟水净输出时空演变

为了正确评价灌区内水资源使用对改善现有水资源管理的影响,文中引入水足迹与虚拟水概念,同时考虑降雨和灌溉用水,计算了1960—2008年内蒙古河套灌区粮食水足迹与虚拟水净输出量的时空变化,进一步评价了灌区水资源在区域内和区域间的分配.结果表明：1960—2008年河套灌区粮食水足迹由3.534×109m3减小为1.634×109m3,自2000年灌区粮食虚拟水净输出量呈下降态势,两者构成均以蓝水为主（90%）;空间分布上,河套灌区中部地区（杭后、临河和五原）的粮食水足迹和虚拟水净输出量较大,而其他地区（磴口和前旗）较小;1960—2008年,粮食生产用水在灌区用水总量中所占比例呈显著下降趋势,年均下降1.07%.粮食生产用水的大部分以虚拟形式输送到灌区外部,该比例近年有所降低,但2008年仍高达76.22%.未来河套灌区应注重绿水和蓝水资源利用效率的提高.该研究为灌区水资源管理宏观政策的制定和可持续发展的实现提供理论依据.     

根河流域1980-2017年气候和径流的变化特征分析

根河流域处于我国寒温带地区,气候和自然环境较为特殊,分布着大面积冻土,对于气候变化非常敏感。【目的】通过分析根河流域气象要素和径流的变化,探讨气候和水文之间的相互关系,为该流域的水资源科学管理提供理论依据。【方法】以额尔古纳水系根河流域为研究对象,利用M-K检验和Hurst指数等方法,分析根河流域1980-2017年气象要素和径流的变化趋势及相互作用关系。【结果】①根河流域年平均气温在1980―2017年,共上升了1.10℃,在α=0.01的水平上呈上升趋势,且上升趋势有较强的持续性(H=0.75)。其中,生长季的气温变化最为强烈(Z=4.63)。②根河流域生长季降水量占年降水量的85%,趋于下降趋势,下降幅度为1.68 mm/a。③根河流域始冻期和完全冻结期的空气相对湿度分别α=0.001和α=0.01的水平上显著下降,且下降趋势有很强的持续性(H=1.0),变化幅度为0.05%/a。④根河流域径流量趋于下降趋势,在1997年和1999年发生突变,不年降水量发生突变的时间基本吻合,且降雨不径流的变化趋势一致,相关性分析表明,降雨不径流的相关系数为0.91。⑤根河流域径流量不年均气温相关系数为0.50,气温主要以增加流域各因子的蒸散发以及土壤和河流冻结、融化的时间或面积来影响流域径流量。【结论】根河流域降水量和径流在1980―2017年没有很大的变化趋势,气温呈猛烈的上升趋势,流域气候整体上趋于夏季越来越干冷,冬季干热的趋势。