嘉陵江流域非点源溶解态氮污染负荷模拟研究

嘉陵江流域是三峡水库最大的支流,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上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35 726 t·a-1,约占流域出口总氮负倚的32%.     

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。     

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。     

湖北省三峡库区1991—2014年农业非点源氮磷污染负荷分析

为研究湖北省三峡库区农业非点源氮磷污染负荷的时空分布特征,分析主要农业污染源和重点控制区域,运用改进的输出系数模型结合入河系数对研究区1991—2014年的不同农业源（农村生活、畜禽养殖和农田种植）和不同地区（夷陵、秭归、兴山、巴东）总氮总磷负荷量、排放强度进行估算,并对时空分布特征进行了分析。结果表明,1991—2014年湖北省三峡库区农业非点源污染总氮、总磷年均负荷量分别为2 132.10、222.64 t·a^-1,年均排放强度分别为1.85、0.19 kg·hm^-2·a^-1。2006年以前,总氮、总磷负荷较低,而后缓慢增加。相比于1991年,2014年总氮年负荷量降低了4.22%,总磷年负荷量增加了12.30%。从各类污染源贡献来看,旱地和乡村人口是总氮的主要贡献源,旱地和猪的养殖是总磷的主要贡献源。从氮磷负荷空间分布看,巴东县的总氮、总磷负荷最高,夷陵次之。从排放强度的空间分布看,巴东县的排放强度最高,其次是秭归。研究表明,农田种植和畜禽养殖是总氮、总磷负荷的主要贡献源,巴东县是农业非点源防治的重点控制区域,湖北省三峡库区的农业非点源污染防治工作仍需努力。     

AnnAGNPS模型研究及应用进展

【目的】AnnAGNPS(Annualized Agricultural Non-Point Source Pollution Model)模型是由美国农业部开发的用于模拟评估流域地表径流、泥沙侵蚀和氮磷营养盐流失的连续型分布式参数模型。文章对AnnAGNPS的国内外研究应用进行了全面综述,以期为模型在我国的深入研究和应用提供参考。【方法】从AnnAGNPS模型的机理、结构、国内外应用现状及我国应用中存在的问题等方面作了综合性总结。【结果】模型应用情况表明,模型对径流和非点源污染的模拟基本在可接受精度范围内,对于地表径流的模拟能力要强于泥沙和氮磷营养盐,对总磷输出的模拟表现出了较大的不确定性;年、月时间尺度模拟精度高于单场降雨的模拟精度;单场降雨雨量越大,模拟效果越好;大尺度区域模拟精度低于小尺度区域;对洪峰流量估计过高。【结论】我国目前对模型的适应性和重要参数的敏感性分析方面研究较多,受相关数据获取困难等因素的影响,AnnAGNPS模型的应用缺乏系统性和连续性。对模型的修正或改进,以及非点源管理措施效果的模拟评价等方面的研究有待加强。     

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。     

基于阶段输出系数模型的农业非点源污染负荷估算与评价——以四川省为例

传统的农业非点源污染负荷输出系数模型无法实现农业非点源污染阶段负荷估算。本研究综合考虑农业用地、畜禽养殖和农村生活,从产生、流失、入河3阶段分别建立了农业非点源污染负荷估算模型,并以四川省为例,估算了2012年农业非点源TN（总氮）、TP（总磷）3个阶段的污染负荷量,分析了其主要来源及污染区域。结果显示,产生阶段中农业用地是主要污染源,遂宁、巴中、雅安和德阳产生负荷强度较高。流失和入河阶段中畜禽养殖成为主要污染源,阿坝流失负荷强度最大,遂宁水质受农业非点源污染影响最严重。研究表明,阶段输出系数模型能简便可靠地实现农业非点源污染阶段负荷估算。该研究可为农业非点源污染的源头控制、迁移过程控制和受纳水体修复提供支撑。     

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。

     

香溪河流域土地利用变化过程对非点源氮磷输出的影响

选取三峡库区香溪河流域(3150 km~2),根据1990、2000、2010年Landsat TM/ETM遥感影像,在Arc GIS支持下,应用景观特征分析和氮磷输出系数模型方法,在分析流域景观格局转变过程的基础上,研究了土地利用变化对非点源氮磷输出的影响。结果表明:1990—2000年土地利用变化较为缓和,2000—2010年土地利用转变较为剧烈,变化面积占到总面积的4.3%,为前10年变化量占比的3倍之多。1990—2000年和2000—2010年,土地利用转变量最为明显的均为林地转旱地和旱地转林地;从单位时间土地利用变化率来看,1990—2000年旱地变化最为剧烈,2000—2010年居民地变化最为剧烈;从土地利用相对动态度来看,1990—2000年和2000—2010年旱地均最高。1990—2000年土地利用的变化对非点源总氮(TN)和总磷(TP)输出影响较小,TN增加1.57 t·a~(-1),TP减少0.073 t·a~(-1);2000—2010年土地利用的变化显著降低了TN、TP的输出量,净值分别为78.5、6.1 t·a~(-1)。土地利用转变方式对TN、TP的负荷影响不同,旱地转变为林地时TN负荷表现为消减,林地转变为旱地时TN负荷增加;水田转变为林地时TP负荷减少,旱地转变为水田时TP负荷增加。在输出系数与各土地利用类型面积关系的建立中,使用土地利用状态量变化面积不能真实计算出其对非点源氮磷负荷输出量的影响,通过土地利用过程量面积的变增才能真实反映土地利用变化导致的非点源氮磷负荷输出量。     

复杂流域氮磷污染物输出特征及模拟 ——以南京市云台山河流域为例

为定量分析复杂流域下垫面氮磷面源污染对流域水环境的影响,研究以南京市云台山河流域为研究对象,结合原位观测,并构建降雨-径流水文模型以及面源污染负荷模型,对云台山河总氮(TN)、总磷(TP)浓度的时空变化特征以及流域不同下垫面TN面源污染产生及入河特征进行分析。水质监测结果表明:云台山河TN平均浓度为5.1 mg·L^-1,各河段TN均超Ⅳ类水质标准。TP平均浓度为0.14 mg·L^-1,仅阳山河支流超Ⅳ类水质标准。TN浓度整体表现为下游高于上游,旱季高于雨季。TP浓度空间变化不明显,年内变化缓慢,表现为逐渐下降的趋势。水文模型及面源污染负荷模型对TN的模拟效果较好,模拟结果表明云台山河流域TN年产生量为581.1 t,主要来自农田径流与农村生活源,胜利河片区和主干流片区是TN污染物的主要来源区域。流域TN年入河量为187.8 t,占面源产生量的32%。受土地利用方式及城镇化程度影响,不同片区TN面源污染入河量呈现明显的空间差异性。为达到目标水质,流域TN需削减量为137.3 t·a^-1,其中农田径流与农村生活污染需削减量分别为55.5 t·a^-1和39.7 t·a^-1。研究表明在流域水文资料较缺乏的情况下,结合原位观测与模型构建,可实现流域面源污染物负荷的定量估算。     

哈尔滨松北湿地对农业非点源污染截留和去除效应研究

哈尔滨松北湿地位于松花江北岸,属于典型的农田与地表水体中间缓冲地带,通过选取有代表性的地点进行监测试验,运用SCS模型和溶解态氮磷污染负荷模型进行径流量和污染负荷估算,并进行相关数据的实验和分析,结果表明:(1)哈尔滨松北湿地地表径流中非点源污染负荷:TN的平均浓度11.56 mg/L、NO3--N平均浓度3.68 mg/L、NH4--N平均浓度2.02 mg/L、TP平均浓度0.99 mg/L;(2)降雨径流形成初期,TN、硝态氮、氨氮的浓度较高,1个小时后,浓度开始下降。TN峰值出现在径流形成后55 min,TP峰值出现在径流形成25 min,呈波浪型下降;(3)降雨两日后湿地水体中的TN、NO3--N、NH4+-N、TP浓度均有大幅度的下降,且浓度均低于农田径流中污染物的浓度,其中,TN减少了74.22%、NO3--N减少了50.38%、NH4+-N减少了77.94%、TP减少了17.91%。说明松北湿地对农业非点源污染物有很好的截留和去除效果。     

林芝市农业面源污染负荷时空变化与分布特征

为分析西藏林芝地区的农业面源污染形势与特征,基于林芝市2000—2015年的农业统计资料,应用输出系数模型估算了该地区农业面源污染总氮(TN)、总磷(TP)年输出负荷。并对农村生活污水、农田化肥、畜禽养殖三类污染源分别进行了分析。结果表明:TN、TP均呈现逐年平稳上升的趋势;农业面源污染高负荷区主要集中在工布江达县、波密县和林芝县,而农业面源污染负荷强度最高的行政区为米林县;农业面源污染负荷的三大营养源贡献中畜禽养殖输出负荷的贡献率随时间的推移有明显增加的趋势,90%的农业面源污染负荷来源于畜禽养殖和农田化肥;林芝市农牧业发达地区农业面源污染形势不容乐观,须大力开展防控工作,以改善该地区农业面源污染日趋严重的状况。     

川西山地不同土地利用方式下土壤磷迁移特性研究

农用地土壤中磷的流失是非点源污染的主要来源,通过定点取样分析对比不同土地利用方式下土壤吸磷特征,以期识别不同土壤磷流失的潜在风险。研究结果表明,川西山地旱地土壤磷素水平较高,但其对磷的固定能力较差,标准需磷量最低,磷吸持饱和度和磷零吸持平衡浓度则高于其他土壤,这就决定了旱地土壤中的磷被淋溶或随地表径流流失的风险明显高于其他土壤。水田土壤对磷的固定能力很强,土壤磷含量较低,土壤磷向液相释放的风险较低,而茶园和林地土壤的磷流失风险则介于旱地和水之间。     

沂蒙山区典型小流域次暴雨的氮磷输出特征

[目的]揭示暴雨条件下沂蒙山区的氮磷流失特征。[方法]以沂蒙山区沂河上游的孟良崮小流域为例,对2010年8月12日一场暴雨的径流及氮磷流失动态过程进行了监测分析。[结果]暴雨条件下产流迅速,降雨强度峰值出现于流量峰值之前;铵态氮(AN)和总氮(TN)浓度先变大后趋于稳定,硝态氮(NN)降雨初期无明显变化,后期逐渐变大并趋于稳定;水溶性无机磷(DOP)浓度呈锯齿状变化,水溶性有机磷(DIP)、水溶性全磷(DP)、颗粒态全磷(PP)和全磷(TP)浓度先变大后趋于稳定,浓度峰值出现于流量峰值之前;TN和TP输出浓度较大,远超过水体富营养化的标准。[结论]该研究可为沂蒙山区农业非点源污染的合理治理提供科学依据。     

牛粪化肥最优配比条件下不同轮作方式对稻田氮磷流失的影响

为探讨牛粪化肥最优配比条件下不同轮作方式对稻田氮磷流失的影响,通过田间小区试验设置Y-OL（70%化肥+30%牛粪-黑麦草-水稻）、Y-OV（70%化肥+30%牛粪-紫花苕-水稻）、Y-ON（70%化肥+30%牛粪-冬闲-水稻）3种轮作处理,以C-ON（100%化肥-冬闲-水稻）为对照,研究不同轮作模式下水稻产量及稻田田面水、下渗水、径流中的总氮（TN）和总磷（TP）浓度变化特征。结果表明：不同处理田面水TN浓度在施穗肥后第2 d达到峰值,TP浓度在施基肥第2 d达到峰值,且最高值均出现在Y-ON处理; C-ON和Y-ON处理下渗水TN浓度在施基肥第2 d出现峰值,Y-OL和Y-OV处理下渗水TN浓度在施穗肥后第2 d出现峰值,在整个水稻生育期Y-OV处理下渗水TP浓度整体低于其他处理;不同处理间稻田氮磷径流流失量无显著差异,稻田氮磷径流流失量与降雨量极显著相关,且降雨量最大时,各处理TN径流流失量占径流流失总量的70.24%~73.42%,TP径流流失量占径流流失总量的35.12%~42.42%; Y-OV、Y-OL、Y-ON处理TN总流失量与C-ON相比分别降低43.92%、25.21%、35.74%,Y-OL、Y-ON处理TP总流失量与C-ON相比分别显著上升66.67%、13.13%,Y-OV处理TP总流失量与C-ON无显著差异; Y-OV、Y-OL、Y-ON各处理水稻产量与C-ON相比无显著差异。研究表明,70%化肥+30%牛粪施肥条件下,紫花苕-水稻的轮作方式可保证水稻产量,有效降低下渗水和径流中氮素流失量且维持较低水平的磷素流失量,是一种有效减少氮磷面源污染、增加土地利用效率的种植模式。     

东江流域不同地类非点源污染排放特征

以东江流域为研究对象,选取不同土地利用类型小区进行野外径流场试验,研究自然降雨过程中不同地类常规污染物与典型重金属的非点源污染排放特征。结果表明,农业用地水质较差,是流域内的主要非点源,但公路重金属污染物也不容忽视。庭院、公路和菜地地表径流污染物浓度与径流量相关性显著,而水田与林地则相关性差,主要是由同一小区二次降雨间隔差别大与地面特性引起的。庭院SS与COD发生显著初期冲刷现象,TN、TP与重金属(Cu、Pb、Zn及As)初期冲刷不显著,公路、菜地、水田、林地,则大部分指标都发生了明显的初期冲刷现象,同时部分场次降雨中也会出现二次冲刷的现象。不同污染物的初期冲刷现象显著程度规律为SSCODPbTNZnTPCuAs,常规污染物的初期效应比重金属显著,重金属的初期效应更易受到用地类型的影响;对比不同用地类型,则农用地更易发生初期冲刷现象,但公路径流中重金属污染物也存在显著初期冲刷现象。降雨量、降雨强度及二次降雨间隔是影响初期冲刷现象的显著因素。