降雨──产流过程与氮、磷流失特征研究

以于桥水库流域为例,通过人工降雨模拟实验与天然降雨径流过程监测,对所获主要营养盐物质－氮、磷的监测数据进行归纳、分析、验证,得出氮、磷随径流过程的输出特下,变化趋势、共性与差异,以及主要影响因子对氮、磷流失的影响过程与原因分析,为水体富化的防治研究提供依据。     

降水对农田排水沟渠中氮磷流失的影响

以浙江嘉兴双桥农场为研究对象,分析降水对农田沟渠中氮、磷流失的影响,揭示氮、磷在降水径流中流失的一般规律. 在单晚稻生长期间,同步监测了施肥后的2次降水量和沟渠径流量,并对2次降水径流的全过程进行污染物含量的测定,对农田排水沟渠径流量与污染物含量随2次降水变化过程进行监测.结果表明:污染物含量变化呈现出大致相同的趋势,且污染物含量峰值比流量峰值提前2～3 h;在降水初期,污染物含量随径流量的增大而升高;随着流量的继续增大,含量呈下降趋势. 施肥后4 d内降水的农田沟渠中氮、磷随径流的流失量比4 d后大. 影响氮、磷流失的因素主要有降水量、降水时间间隔、径流量、施肥的种类和数量、土壤前期含水量以及沟渠中的沉积物等. 氮流失的主要形态为氨氮和硝氮;磷流失的主要形态为磷酸盐. 通过回归分析发现,径流量与氮、磷排放负荷间符合多项式关系.      

洱海西部雨季地表径流氮磷污染特征及受土地利用类型的影响

云南高原平坝区地表径流是湖泊氮、磷的主要来源之一.为研究高原平坝区雨季地表径流氮、磷污染特征及受土地利用类型的影响,调查了洱海西部平坝区雨季的径流氮、磷形态特征,并结合遥感影像空间分析与SPSS等统计分析,从汇水区尺度和缓冲区尺度上研究土地利用类型与地表径流水质的关系.结果表明:①研究区雨季地表径流氮、磷质量浓度较高,ρ（TP）为0.16~0.77 mg/L,且以DIP（溶解性无机磷）为主（63.01%）;ρ（TN）为1.75~14.86 mg/L,且以NO₃--N为主（78.15%）.②汇水区尺度上城镇用地对ρ（TP）影响突出.环湖农村居民点对ρ（NH₄+-N）影响突出,耕地中的高施肥种植区对ρ（TN）、ρ（NO₃--N）影响突出;③在缓冲区500、1 000和2 000 m尺度下,随缓冲区距离增加,土地利用类型对地表径流水质的影响减小.研究显示,城镇用地与高施肥种植区对洱海西部雨季地表径流氮、磷质量浓度影响最大,土地利用类型随缓冲区距离增加对水质的影响逐渐减小.      

三峡库区典型小流域氮磷流失特征

为揭示三峡库区农业非点源物氮、磷流失的一般规律,以三峡库区秭归县的张家冲小流域为研究对象,自2005年1月至2006年4月,在自然降雨条件下,同步观测降雨、地表径流量,并对2次降雨径流的全过程进行了氮、磷浓度的测定,对降雨过程中径流量及污染物浓度随降雨-径流变化过程进行了监测研究.结果表明,长期干旱后的初期降雨径流中的氮、磷浓度明显高于雨季径流中的浓度,且氮、磷浓度变化与流量变化呈现出大致相同的趋势.降雨初期,氮、磷浓度随径流量的增大而升高;随着流量的继续增大,浓度呈现出下降趋势.对浓度随流量变化过程的监测表明,与基流中的浓度相比,总氮和硝态氮的浓度变化幅度较小,而氨氮和总磷浓度变化的幅度较大,其最大值分别是其最小值的10和67.5倍.溶解性的氨氮排放主要受降雨条件的制约,而径流中的磷主要是以颗粒态存在通过对径流量和氮、磷排放负荷的多项式回归分析表明,TN、TP、NH4 -N和NO3--N的排放负荷和径流量之间存在着多项式关系,R2分别为0.9545、0.9740、0.9677和0.9504.     

三峡库区兰陵溪小流域径流氮磷输出及其降雨径流过程特征

以三峡库区兰陵溪农林复合系统小流域为研究对象,对小流域氮磷流失量及其浓度进行连续监测,结合丰水期次降雨分析径流氮、磷输出变化特征及其响应过程.结果表明:(1)小流域雨季径流总量为50.92×10~4m~3,输出总氮载荷为52.43kg·hm~(-2),其中以硝态氮(30.26 kg·hm~(-2))和颗粒态氮(21.61 kg·hm~(-2))为主体,输出总磷为0.10 kg·hm~(-2);(2)降雨量分布具有阶段性特征,丰水期强降雨是土壤养分输出的主要驱动,其降雨径流贡献了雨季88%的总氮和90%的总磷流失;(3)小流域土壤养分氮、磷主要经由降雨形成地表径流过程输出,占养分总流失量的68%和74%;(4)降雨径流过程硝态氮浓度与径流量表现为负相关,养分输出主要在径流过程后期;径流的氨氮、总磷浓度与降雨量显著正相关,输出主要在径流过程前期;(5)雨季流域水体总氮浓度超标,降雨或非降雨期间均属劣Ⅴ类水质.     

昆明市水源区不同利用类型坡地径流氮和磷的输出特征

采用径流小区法对昆明市松华坝水源区牧羊河中游5种不同利用类型坡地2007年雨季地表径流氮和磷的输出情况进行观测分析.结果表明,随着雨季降雨次数的增加,径流小区产生的水样中,输出的ρ(TN)和ρ(TP)逐渐下降,在7月3日—9月17日的7次采样中,裸地、黄豆地、林地、土豆地和草地径流输出的ρ(TN)分别下降83.2%,79.8%,78.4%,75.9%和75.3%;输出的ρ(TP)分别下降74.6%,62.2%,54.2%,75.3%和72.1%,由此说明氮和磷的输出与地表径流及土壤侵蚀具有一致性.在氮和磷的输出过程中,强降雨对输出影响较大,施肥对输出影响明显.输出的可溶态氮素主要以NO₃--N为主.      

城市道路径流的排污特征

为了解城市道路径流污染物的排放特征,于2013年6~9月期间,观测了北京市区内环路降雨径流污染的状况,并分析了径流中颗粒物、氮和磷的排放特征及其关系,在此基础上评估了氮、磷和颗粒物的负荷.结果表明道路径流中颗粒物主要是1~10μm粒径的为主,占60%,道路径流中89%的氮是以溶解态排放(粒径小于0.45μm),80%的磷是以颗粒态排放.根据电导率(EC)和总悬浮颗粒物(TSS)与总氮(TN)和总磷(TP)相关性关系,EC和TSS可分别作为城市道路降雨径流溶解态氮和颗粒态磷污染程度的指示指标.据估算,北京环路径流中颗粒物、氮和磷污染物单位面积年负荷分别为16 725.69、1 777.91和24.23 mg·(m2·a)-1.道路径流污染物的排放特征为城市非点源污染的管理及其降雨径流污染物控制方法的选择提供了科学依据.     

三峡库区规模化顺坡沟垄果园氮、磷输出过程及流失负荷

通过对三峡库区顺坡垄沟构型的规模化柑橘园集水区次降雨过程径流氮、磷进行动态监测,分析典型降雨事件氮和磷流失负荷,并探讨了规模化柑橘种植对土壤氮磷流失及入库河流水环境的影响.结果表明:①顺坡沟垄柑橘园集水区径流氮和磷年流失负荷分别为13.43 kg·(hm~2·a)~(-1)和1.26 kg·(hm~2·a)~(-1),春季施肥及强降雨冲刷是集水区污染物高负荷的主要原因;②集水区全年总氮(TN)和总磷(TP)的EMC为8.49 mg·L~(-1)和0.87 mg·L~(-1),超过发生水体富营养化含量标准;③春季施肥后的2场典型降雨中,长历时暴雨径流硝态氮(NN)和溶解态磷(DP)负荷为4.94 kg·hm~(-2)和0.28 kg·hm~(-2),分别占TN和TP流失负荷的92.90%和64.69%;短历时大雨径流NN和DP负荷为0.52 kg·hm~(-2)和0.05 kg·hm~(-2),分别占TN和TP的65.92%和74.88%,溶解态氮和磷是顺坡沟垄坡面果园径流氮和磷流失的主要途径;④集水区氮磷流失表现出显著的"初始冲刷效应",初期20%的地表径流流失了58.0%的TN, 57.0%的DN, 58.5%的NN, 79.0%的AN, 62.0%的TP, 63.5%的DP和60.0%的PP,控制初期地表径流对降低入库径流养分具有重要作用.     

三峡水库大宁河流域非点源污染参数的不确定性分析

以大宁河流域为研究区,在基于参数敏感性分析的基础上,分别选取对径流量、泥沙负荷、有机氮和有机磷模拟计算最敏感的前10位参数,采用FOEA(first-order error analysis)不确定性分析方法,分析这些参数对非点源负荷不确定性的影响.结果表明,仅有少数几个参数对模型输出结果的不确定性有显著影响,这些参数对不确定性的贡献在90%以上.对泥沙负荷、有机氮、有机磷模拟计算的不确定性影响最大的是径流曲线数,说明非点源污染负荷的不确定性主要受径流产生过程的参数的影响.在径流量、泥沙负荷、有机氮和有机磷4个输出结果中,泥沙的不确定性最大.     

太湖缓坡丘陵地区雨强对农业非点源污染物随地表径流迁移的影响

以流域尺度为研究单元,流量、水质同步监测分析了雨强对太湖缓坡丘陵地区农田土壤养分随地表径流迁移的影响.10场降雨试验结果显示,雨强对农田氮、磷径流迁移有巨大影响.总磷、磷酸盐及氨氮EMC值随雨强的增强而增大;小降雨强度条件下,总氮、硝氮EMC值随雨强的增强而增大,强降雨条件下,其EMC值与雨强呈负相关.小雨、中雨、大雨及暴雨条件下,总氮及总磷的SMA值依次为1.91、311.83、127.65、731.69g/hm2及0.04、7.77、2.99、32.02g/hm2,与雨强表现出正相关.硝氮及氨氮是氮素迁移的主要类型,且主要是溶解态迁移.磷酸盐是磷迁移的主要形态.小降雨强度下,磷以溶解态迁移为主,随着雨强的增强,颗粒态磷迁移量逐渐增加,当雨强达到暴雨时,磷主要是颗粒态迁移.次降雨量、小时最大雨强、平均雨强及降雨历时影响因素中,氮、磷迁移量与小时最大雨强及次降雨量显著相关(p0.01),均表现为正相关.     

不同雨强下黄棕壤坡耕地径流养分输出机制研究

为揭示三峡库区坡耕地在不同雨强下氮、磷养分随地表径流和壤中流的输出规律,在香溪河流域选择具有代表性的黄棕壤坡耕地进行原位人工模拟降雨试验.结果表明,在降雨总量一定的情况下,随雨强的增大,地表径流量、径流总量、泥沙侵蚀量均呈明显的增加趋势,而壤中流流量减少.不同雨强下地表径流中TN、DN、DP均存在明显的初期径流冲刷效应,TP在整个降雨过程中波动较大,呈微弱降低的变化趋势;壤中流中TN、DN、DP随降雨持续输出浓度无明显变化,TP在径流初期出现浓度峰值,之后减少并趋于稳定.雨强对磷素的影响更直接,雨强越大,磷素径流浓度也越大,氮、磷养分的平均浓度均远超出水体富营养化阈值.随雨强的增大,TN径流流失量减小,TP流失量增大,TN随地表径流流失贡献率随雨强的增大由36.5%增加至57.6%,磷素以地表径流为主,贡献率达90.0%以上,因此,控氮关键是减少壤中流的产生,控磷则需防止土壤侵蚀.随雨强的减小,地表径流中以溶解态流失的氮素比例升高,壤中流中均以溶解态为主,磷素的流失在不同雨强和径流形式下均以颗粒态为主.     

红壤丘陵区小流域典型土地利用的面源氮磷输出特征

科学识别不同土地利用方式下的径流污染输出特征是治理流域面源污染的前提.以南方红壤丘陵地区小流域为例,野外实地观测对比了不同降雨特征下林地、种植用地和建设用地的水文过程和面源污染物输出过程.结果表明,土地利用方式影响着地表径流的水文水质过程,典型降雨下3类用地类型产流时间及产流累积雨量的特征为：建设用地（9 min,2.0 mm）、种植用地（35 min,11.4 mm）和林地（108 min,24.0 mm）;而3种用地类型的总悬浮物（TSS）、总氮（TN）和总磷（TP）的污染物浓度、形态、氮磷比变化及输出强度等污染输出过程特征也呈现明显差异.典型降雨下不同用地类型具有相似的污染输出阶段,径流初期的TSS、TN和TP质量浓度均偏高,之后逐步趋于稳定;产流过程的前30 min贡献TSS、TN及TP负荷的范围均在23%~43%之间.年尺度下,各用地类型对TN和TP负荷的贡献率及单位面积负荷比存在明显差异,表现为种植用地污染负荷贡献最高（57%和45%）,而建设用地单位面积负荷比最高（9.50~12.50）.结果亦表明小流域面源污染关键源区的分布具有时空动态变化特征,由汇水单元内的用地类型组成和年降雨特征等综合决定;随着次降雨量的增加,主要贡献源由建设用地向种植用地动态转变,治理时需要根据关键源区的分布特征及下垫面产流过程规律进行针对性生态拦截.     

人工模拟降雨条件下黄土坡面水-沙-氮磷流失特征

黄土坡沟水沙及养分流失严重,不仅造成土地生产力下降,对水环境也存在潜在威胁.为探索黄绵土坡面水沙氮磷流失相关关系,采用人工模拟降雨试验,研究不同雨强（45、60、75、90、105、120 mm/h）、不同坡度（5°、10°、15°、20°、25°）下黄土裸地水沙氮磷的流失规律.结果表明:①产流量可用坡度的二次多项式表达,确定系数（R2）达0.83以上,产沙量随雨强变化规律不明显,但随坡度增加呈显著增加趋势.②各雨强下,25°与5°坡面的ρ（TN）比值范围为1.63~5.42,波动较大,而ρ（TP）随坡度的增加基本呈增加趋势,但整体数值低于ρ（TN）.③各雨强下ρ（吸附态氮）随降雨历时的延长呈剧烈起伏变化;大雨强（105和120 mm/h）下ρ（吸附态磷）随降雨历时的延长逐渐减少至稳定值,其他雨强下ρ（吸附态磷）随降雨历时的延长呈现波动增加.各雨强与坡度下,ρ（吸附态氮）与ρ（吸附态磷）分别占ρ（TN）、ρ（TP）的60.66%、96.62%,是黄土裸坡氮磷的主要流失形式.④随水沙流失的氮磷中,TN占主要部分,其流失量是TP流失量的1.43~22.46倍,径流量增加时TN流失量显著增加,而产沙量增加时TP流失量显著增加.研究显示,雨强和坡度变化对水沙氮磷流失影响各异,吸附态氮磷是黄土养分流失的主要途径,可为黄土坡耕地水土流失治理提供科学依据.      

三峡库区典型紫色土小流域径流及氮磷流失特征

为了解三峡库区典型紫色土小流域径流污染特征,对新政小流域典型土地利用类型下降雨-径流时间过程和小流域集水区出口径流中氮磷浓度进行动态监测,监测分析库区小流域氮磷在降雨径流中的流失规律.结果表明,小流域径流氮磷损失量分别为13. 69 kg·(hm~2·a)-1和1. 50 kg·(hm~2·a)-1.农肥所含氮磷及降雨冲刷是小流域径流污染的主要原因.小流域的总氮(TN)和总磷(TP)平均浓度达10. 05 mg·L~(-1)和1. 10 mg·L~(-1),远超过富营养化发生标准,须引起关注.本研究观测的两场降雨中,8月15日降雨中硝态氮(NN)和颗粒态磷(PP)分别为69. 47 kg和6. 83 kg,分别占TN和TP的53. 91%和53. 78%; 8月26日降雨中NN、氨氮(AN)和PP分别为6. 68、5. 61和1. 36 kg,分别占TN和TP的37. 74%、31. 69%和57. 63%,表明氮素流失主要通过可溶态的方式,而磷素迁移则以颗粒态为主.小流域强降雨对于氮磷流失的影响显著.这与紫色土土层薄、耕作频繁、土壤相对疏松等性质有关.     

澳门城市小流域地表径流污染特征分析

在澳门半岛选取土地利用为公园绿地和商住混合的2个分流制城市小流域.于2005-08～2005-11借助自动采样器进行流域出口5场降雨地表径流水质水量监测.结果表明,商住混合分流制小流域TN、TP、COD多场降雨平均浓度值分别超出国家地表水环境V类标准4倍以上.公园绿地小流域TN、TP均超出V类水标准2倍多.从降雨-径流过程污染物浓度历时变化看,2个小流域TN和TP呈现一定的初始冲刷现象.TSS与TN、TP的判定系数R²都在0.95以上,地表径流中水土流失与总氮总磷输出显     

三峡库区消落带受淹土壤氮和磷释放的模拟实验

三峡库区消落带形成后,消落带土壤淹水初期将向上覆水释放氮和磷. 将消落带土壤样品进行加肥处理后与原始土壤进行模拟淹水实验.对原始土壤进行每日换水浸泡实验.结果表明:消落带进入淹水期10～15 d后,其上覆水中营养物含量趋于平衡,水体扰动对上覆水中ρ(TP)和ρ(TN)有正影响. 未经施肥处理的消落带土壤在江水浸泡下,对TP有吸附作用,使得浸泡结束后ρ(TP)下降33.4%. TN的溶出速率变化能较好地符合一级动力学方程,TP江水静态浸泡实验数据对一级动力学方程的拟合性较差;TP和TN的绝对溶出速率对一级动力学方程的相关性均较好.       

密云水库小流域土地利用方式与氮磷流失规律

在密云水库石匣小流域对农田、林果地、荒草坡、村庄等4种不同类型的非点源污染发生区,进行降雨、径流量、径流水质同步监测,分析不同土地利用类型小区地表径流和泥沙中氮磷污染物的流失情况.结果表明,径流中总磷的浓度以村庄最高,其次为坡耕地、林果地和荒草坡.村庄径流的溶解态磷浓度为荒草坡径流的10倍.不同地表径流中的溶解态氮浓度的差别较大,村庄最高,其次是耕地、荒草坡、林果地.在降雨初期,随着径流量的增大,径流中总氮的浓度迅速降低,呈线性递减;此后随着径流的减少,总氮的浓度下降速度极其缓慢.不同土地利用类型中吸附态磷占总磷的比重都在90%以上,与泥沙结合的吸附态磷的浓度远大于溶解态磷的浓度,吸附态磷是磷流失的主要形态.      

丹江口水库农业面源污染特征研究

以丹江口市习家店小茯苓村为代表研究该流域的农业面源污染特性,在不同降雨强度下,收集不同土地利用方式下的农田地表径流,分析地表径流样品的污染物。结果显示,对于同一降雨强度和相似的植被覆盖度,其氮、磷流失量主要取决于土壤表层氮磷的含量。不同土地利用类型中总氮输出量差异显著(p0.05),表现为柑桔园玉米地蔬菜地;COD输出量表现为玉米地柑桔园蔬菜地;蔬菜用地中总磷输出量远远小于玉米和果树用地。不同土地利用类型中硝态氮是氮流失的最主要形态。径流污染负荷随降雨量的增大而增大;但污染物浓度与降雨量未呈现线性关系。从全年来看,秋季农田地表产流量及农田地表径流污染物输出量最大,这与该流域秋季降雨量及频繁的农事活动有密切关系。     

奥林匹克森林公园典型人工林地非点源污染输出特征分析

选取北京奥林匹克森林公园的典型人工林地为研究对象,通过对天然降雨径流过程及泥沙、氮、磷等污染物浓度随径流变化过程的监测,研究公园典型密草林她覆盖下,不同坡形及人工沟渠汇流条件下的径流及污染物浓度、形态和负荷的输出特征.结果表明,相同降雨条件下,林地1的坡长/坡宽比小,径流深度大,林地1坡度较大的草皮型汇流沟渠对径流的削...