北运河上游非点源污染负荷模拟与最佳管理措施评估研究

非点源污染是水污染的重要来源之一,揭示非点源污染负荷空间分布特征、筛选并布设最佳管理措施(best management practices,BMPs)对水污染的高效治理有至关重要的意义. 北运河作为北京市重要的排水通道和连接京津冀的重要生态走廊,加强北运河上游非点源污染治理对北运河流域的水质改善至关重要. 然而,当前缺乏针对非点源污染关键源区内布设不同BMPs生态效益评价的研究. 因此,为了解析北运河上游非点源污染空间分布特征,评估关键源区布设不同措施的生态效益,本文基于SWAT模型定量模拟了2019年北运河上游总氮、总磷负荷空间分布特征,并采用单位负荷指数法识别了非点源污染关键源区,同时评估了关键源区布设不同BMPs的总氮、总磷削减效果. 结果表明:①2019年北运河上游流域产生的总氮、总磷负荷分别为126 444.22和12 394.76 kg,呈东南高西北低的空间分布特征,主要来源于城镇用地、耕地和果园等地类. ②北运河上游关键源区分布在东南部17条子流域,占流域总面积的13.16%,产生的总氮、总磷负荷分别占全流域的39.16%和38.10%. ③1/5面积比植被缓冲带的总氮、总磷削减率最高,分别为38.20%和40.37%;2 km河道植草的总氮、总磷削减率最高,分别为19.47%和50.90%;由于关键源区范围内农地面积较小(9.62%),化肥减施措施下污染物削减较低. 研究显示,非点源污染关键源区主要分布在人类活动较多的流域东南部,可通过布设合适的植被缓冲带和河道植草措施,降低关键源区非点源污染负荷.      

降水空间异质性对非点源关键源区识别面积变化的影响

针对地形起伏和降水空间差异较大的农业区非点源污染问题,基于SWAT模型评估了阿什河流域在异质性降水和均匀降水两种情景下总氮、总磷关键源区空间变化规律,统计了两种情景下识别的关键源区面积变化,并分析其与降水特征参数的关系.结果表明,降水量一定时,两种情景下识别的总氮、总磷关键源区面积变化趋势大致相同,且总磷关键源区面积不易受降水空间异质性的影响,但总氮关键源区面积却明显受到其影响.对各年份总氮和总磷关键源区面积与降水特征参数的相关分析表明,总磷关键源区面积与当年降水量呈显著正相关,而总氮关键源区面积却与前一年降水量呈显著正相关.研究结果对进一步探讨降水这一重要驱动因子的不确定性对非点源污染关键源区的影响,以及农业非点源污染的治理具有重要意义.     

基于SWAT模型的沙塘川流域非点源氮磷污染特征及关键源区识别

湟水是黄河上游最大的支流,沙塘川流域是湟水重要且具有代表性的支流.通过建立SWAT非点源污染模型,研究沙塘川流域氮磷非点源污染特征,并识别面源污染发生的关键源区,对湟水流域水污染治理具有重要意义.研究结果表明:沙塘川进入湟水河的非点源总氮污染负荷为236.77 t?·?a?1,非点源总磷污染负荷为51.02 t?·?a...     

基于负荷历时曲线法的流域污染负荷特征解析与纳污能力研究——以沙河流域为例

以位于天津的沙河流域为研究对象,以水污染防治攻坚目标作为水质目标(地表水环境质量Ⅲ类),基于沙河桥监测断面2006～2018年水文水质数据,利用负荷历时曲线法(Load Duration Curve)分析不同水文条件下的污染负荷输出特征,分析点源与面源污染对水质的影响,并核算沙河流域总磷、总氮和COD的环境容量与负荷削减量.研究结果表明:沙河桥断面汛期总磷、总氮和COD最大日负荷量均值大于非汛期,有较强的纳污能力;总磷、总氮各月份浓度均超过地表Ⅲ类水标准,COD未超过Ⅲ类水标准.在地表水环境质量Ⅲ类的目标下,沙河桥断面总磷在低流量区未超过水环境容量,在高流量区、中高流量区、中流量区、中低流量区均超过水环境容量,需要削减的负荷分别为0.086、0.011、0.014、0.001t/d;总氮在各流量水平下均超标,高流量区、中高流量区、中流量区、中低流量区、低流量区削减量分别为11.811、4.386、2.327、0.466、0.008t/d;COD在各流量水平下均未超标,无需削减;流量保证率在大于75%区间为中低流量区,水质主要受点源负荷的影响,沙河桥断面在这一流量区间基本满足允许负荷要求...     

饮用水水源保护区河流水环境容量计算模型

基于河流一维水环境容量计算模型,通过水质控制目标分析,引入了饮用水供水水库的水环境容量决定其保护区内河流水质控制目标的概念,提出以水库的水环境容量为其上游保护区内河流段末的水质控制目标,解决了由于河流与湖库的总磷水质标准不一致、水质标准中没有河流总氮指标以及水环境容量计算中河流与湖库水文设计条件不同步等,导致水源保护区内河流的水质控制目标确定困难的问题,建立了针对饮用水水源保护区内河流水环境容量的计算模型和方法,本模型直接表达了饮用水供水水库与其上游河流水环境容量之间的定最关系,体现了2个水域间的连续性和相互作用关系,为实现饮用水供水水库及其上游河流的污染物总量控制提供了可靠的科学依据,应用本模型,计算了正在建设中的老虎潭水库保护区内河流的水环境容量.结果表明,根据老虎潭水库水环境存量,保护区内河流的总氮水环境容量为65.05 t·a-1,现状总氮年入河量应削减33.86 t;总磷水环境容量为5.05 t·a-1,现状条件下尚有2.23 t·a-的剩余水环境容量,文中所提出的建模方法可以推广至水质控制目标不同情况下的连续水域,尤其适用于下游水域水质控制要求高于上游水域的情况,拓展了水环境容量的研究思路和方法.     

基于流域尺度的农业非点源污染物空间排放特征与总量控制研究

农业非点源污染是导致流域水质恶化的重要原因之一.依据农业污染源主要污染物空间排放特征和排放强度分析,划分农业非点源污染空间管理分区,并研究设计分区污染物总量控制方案,是提高农业非点源污染控制成效的重要途径之一.以湖北省四湖流域为研究案例区,系统开展了流域尺度的农业非点源污染空间排放特征识别与总量控制研究.结果表明,四湖流域水环境COD、总氮、总磷、氨氮负荷主要来自于农业非点源污染,4类非点源污染物分别占到流域污染物排放总量的67.6％、 82.2％、 84.7％和50.9％.对四湖流域非点源污染物空间排放特征分析结果表明,水产和畜禽养殖业发达的洪湖、监利、潜江、沙洋地区是流域非点源污染物的主要贡献源区.根据污染物在流域空间上的排放特征和源强评价结果,将四湖流域划分为3个农业非点源污染管理分区,即长湖上游水产和畜禽养殖污染重点控制区、四湖干渠农村非点源污染综合控制区和洪湖水产养殖污染重点控制区,针对不同管理分区分别提出了污染控制措施.基于水质改善和水体纳污能力综合考虑,设计了针对3个非点源污染管理分区的总量控制方案,分阶段实现监测断面全指标达标和满足水体纳污能力要求.主要污染物中,COD主要削减区域为四湖干渠区和洪湖区,分别占到流域COD削减量的43％和42％;氨氮主要削减区域为四湖干渠区,占到氨氮总削减量的66％;总氮主要削减区域为四湖干渠区和洪湖区,分别占到流域总氮削减量的42％和31％;总磷主要削减区域为四湖干渠区,占到流域总磷削减量的53％.     

AnnAGNPS模型在九龙江流域农业非点源污染模拟应用

运用连续-分布式参数模型(AnnualizedAgriculturalNonPointSourceModel,AnnAGNPS)进行中国南方山区中等尺度流域———九龙江流域农业非点源污染负荷估算和对流域过程和管理措施的模拟.利用4个典型汇水区校正模型参数,并进一步在九龙江的北溪和西溪两大支流流域验证模型的适宜性.以此为基础模拟西溪总氮负荷为24.76kg/(hm²·a),总磷负荷为0.67kg/(hm²·a);北溪总氮负荷10.28kg/(hm²·a),总磷负荷为0.40kg/(hm²·a).运用AnnAGNPS模型对典型汇水区特定集水单元、西溪和北溪流域的土地利用管理措施进行分别模拟.模拟结果显示坡地种植退耕返林后,天宝仙都集水单元92地表径流、泥沙、总氮和总磷负荷可分别削减了21.6%、25.9%、96%和79.2%;下庄集水单元93地表径流、泥沙总氮和总磷负荷削减率分别为94.1%、54.9%、99.2%,和79.7%;模拟西溪香蕉地改种双季稻,西溪总氮、可溶态氮、总磷和可溶性磷依次削减了23.83%、25.44%、9.08%和19.84%;模拟北溪流域内生猪场全部搬迁,流域出口总氮和可溶态氮的削减率分别为63.54%和76.92%.     

高风险饮用水水源保护区两种划分方法对比研究——以山区某水库为例

以山区某水库为例,分别采用应急响应时间法和数值模型计算法划定某水库饮用水水源保护区,对比分析两种方法划定的保护区格局差异,以期为高风险饮用水水源地保护区的划分和调整提供案例和方法参考。结果表明,应急响应时间法和数值模型计算法划定的保护区格局相似,但两种方法在水源保护区二级区和准保护区划定范围上有所不同。针对某水库环境风险现状,提出水源保护区风险应急体系建设建议。     

潮汐河口水库型饮用水水源地保护区划分技术方法探讨

为揭示水源地水质与潮汐河口水流运动、污染源及排放方式等的影响规律,明确水源地水质主要影响因素,形成潮汐河口水源地保护区的划分技术方法体系,填补潮汐河口水库型水源地保护区的划分技术方法的空白,研究以青草沙水源地为例划分水源保护区范围,对国内外饮用水水源地保护区的划分方法进行了调研.指出目前国内的饮用水水源地保护区划分技术方法在潮汐河口水域应用时存在科学性差、适用性不强等问题.研究针对河口潮汐往复流特征、水污染排放和水环境特点,提出了充分利用水库库区自净能力的划分原则和应用污染物最大流动距离法划分潮汐河口水库型水源地二级水源保护范围的技术方法.研究利用该方法初步划定了规划中的长江口青草沙水库水源保护区范围,结果表明该方法概念清晰、简单实用、可靠性强.     

水源安全应构筑的“三道防线”

正饮用水水源环境安全关系国计民生,党中央、国务院高度重视水源的安全保障工作.2015年4月,国务院印发实施的《水污染防治行动计划》,明确了2020年饮用水水源地水质和规范化建设的目标和具体要求;2017年6月修订的《水污染防治法》要求"我国建立饮用水水源保护区制度",并规定了饮用水水源保护区划定、标志设置要求及保护区内的禁止、限制行为.2018年4月2日,习近平总书记在中央财经委员会第一次会议上重     

丹江口水库水源区农业面源污染物流失量估算

丹江口水库是南水北调中线工程的水源地,也是我国规模最大的饮用水水源保护区,农业面源污染是影响其水质的首要因素,合理估算其水源区农业面源污染物的流失量对确保该水库水质有着重大意义.在实地调研的基础上,采用分形理论估算了丹江口水库水源区河南省所在区域2013年TN、TP的流失量,并与输出系数法的结果进行比较.结果表明:两种方法都显示该区域污染物的流失以氮为主,其中分形理论结果显示TN流失量是TP流失量的7.156倍（输出系数法为6.773）;禽畜养殖产生的污染物流失量最多,占总流失量的69.93%（输出系数法为70.28%）,农田化肥产生的污染物流失量占总流失量的21.99%（输出系数法为21.74%）;无论是TN、TP的流失总量,还是二者的总流失量,两种算法配对t检验的P值（双侧）均小于0.05,具有统计学意义;分形方法考虑了下垫面对污染物流失的影响,而输出系数法只是简单地将各区域的流失率平均化,故分形方法所得结果比输出系数法更为可靠.研究显示,运用分形方法来研究区域面源污染是适宜的,同时也拓展了流域尺度面源污染的计算方法.      

地表饮用水源地安全指数及快速评价方法

饮用水水源保护是关系国计民生的重大问题,水源地安全监测与评价是进行水源地保护的基础,通常采用的‘自下而上’的调查监测方式,时效性不强并且工作量大。结合遥感数据的时空分辨率高、覆盖面积大、获取数据便捷的特点,文章提出的地表水源地的安全指数,从利用地表水体监测数据与遥感数据各自优势的角度出发,实现对水源地进行快速动态监测。通过对地表水源地的水质、水量、水环境、环境安全监管等四个方面进行监测,构建指标体系,运用模糊数学和层次分析方法,基于水源地安全评价指数对水源地安全进行全面评价,实现对水源地全面及时的监测,为管理工作提供依据。并且,本方案在了解水源地整体安全性的基础上,可以进一步掌握水源地的安全隐患,从而制定合理措施对水源地进行有效保护。最后以密云水库水源地流域为例进行了方法验证。     

崂山水库富营养化调查与评价

崂山水库是青岛的重要饮用水源地之一,通过调查和分析崂山水库的富营养化状况,发现高锰酸指数较稳定,浓度低于3.5mg/L;氮、磷是主要污染因子。其中,氮浓度连续10年超过国家《地表水环境质量标准》Ⅱ类标准,磷可能是崂山水库初级生产力的限制因子。针对这些问题,提出应把控制入库污染物排放源及在水库水源保护区内的综合治理放在首位。     

农业清洁生产与东圳水库饮用水源保护

以东圳水库为例论述了饮用水源保护与库区果园实行农业清洁生产的关系，并对饮用水源的保护提出一些对策措施。     

饮用水源地非点源风险遥感提取及定量评估

基于高空间分辨率卫星数据,以面向对象分类方法结合人工解译方法获得我国25个典型湖库型饮用水源地保护区的非点源风险空间分布,并基于水源地非点源风险指数(NPPRI)对非点源风险进行定量评价. 结果表明,我国典型水源地一级保护区与二级保护区内居民点、开采用地、农田类用地等非点源风险普遍存在,部分水源地还存在水产养殖、旅游用地、畜禽养殖等风险源. 在监测的25个水源地中,水源地非点源风险隐患为高、较高、偏高、中度、低的比例分别为12%、4%、44%、20%、20%,风险隐患中度及以下的为40%,偏高及以上的为60%,说明水源地中非点源风险隐患总体明显. 另一方面,25个水源地中,非点源风险指数最大为42.0,最小为0.8,表明全国水源地非点源风险现状差异较大,需引起重视. 水源地非点源风险的大小与保护区面积没有正相关关系,各水源地非点源风险程度在全国的空间分布没有明显的空间分布格局,而主要和水源地与城市距离、当地相关部门对水源地重视程度、配套的管理措施及历史状况等因素相关.      

密云水库流域非点源污染负荷估算及特征分析

采用改进的输出系数模型,以研究区实测数据为基础,结合基于水文水质资料和文献数据的方法确定输出系数取值,估算了密云水库上游潮河和白河流域平水年(2000年)和丰水年(2010年)的非点源污染负荷.结果表明:①通过对降雨和地形的表征,改进的模型降低了估算误差,总氮、总磷在平水年和丰水年的模拟误差均降低20％以上,可以更精确地模拟污染负荷的时空分布情况.②总氮、总磷负荷量在平水年和丰水年分别为7505.28 t、997.88 t和10022.1 t、1075.6 t,总氮负荷量随降雨径流量的增加而有显著增大,但总磷负荷增加不大,反映出总氮负荷量在不同水文年份中变化显著.③来自流域农业非点源污染的总氮、总磷负荷量占总负荷的85％以上.总磷主要来自于农村生活污染源,占70％以上,2000年与2010年比例变化不大;总氮污染,在2000年主要来自于农村生活,占当年污染负荷总量的31.44％,而2010年主要来自禽类养殖,占当年污染负荷总量的27.27％,反映出10年间经济发展导致主要污染源发生变化.④污染高风险区空间分布的总体特点是“东高西低,局部集中,分布不均,靠近水体”,密云县、赤城县以及丰宁县等人口密度较大、以农业种植和畜禽养殖为主要产业的地区为污染负荷总量较高的区县.     

非点源污染影响下清河水库小流域水质模糊综合评价

针对铁岭市2011年饮用水源地清河水库小流域内水质状况,建立模糊综合评价数学模型,通过分析非点源污染对水质的影响进行水污染风险综合评价。目的是定量分析评价清河水库水环境质量现状和存在的问题。计算结果表明:清河水库小流域水质较差,水库入口、红花甸、聂家沟、曾家屯、腰堡的水质均属于V类水,说明水库水质已受到严重污染,而非点源污染是造成水库水质污染和波动性变化的主要原因和影响因素,急需进行科学的治理,否则将带来严重的环境、经济和社会损失。     

安徽省饮用水水源地污染现状调查评价及管理对策

饮用水水源地是用途最为重要的水源地,关系着亿万百姓的健康和生命安全,一直是水资源保护的重中之重。对安徽省境内的116个城镇以上饮用水水源地的水污染现状进行了调查,深入分析了工业污染、生活污水、分散式畜禽养殖、农田径流以及水产养殖方面的污染情况,并对安徽省饮用水水源地的水质状况进行了水质评价。最后提出了饮用水水源地的环境管理对策。结果表明,全省116个饮用水水源地达标个数为105个,达标率为90.5%。其中,河流型水源地达标率为93.3%,湖库型水源地达标率为87%,地下水型水源地达标率为88%。     

北京密云水库流域非点源污染现状研究

密云水库流域非点源污染现状的初步研究表明 :流域非点污染源主要有化肥损失、畜禽粪便流失、水土流失三种类型。水土流失是最主要、最直接的污染源 ,同时也是其它二种污染的载体 ;不同土地利用类型及耕作方式对污染物流失影响强烈 ,农田流失最严重 ,其中坡耕地形式流失量最大 ;汛期污染物流失量约占全年流失量的 60 % ,表明非点源污染已成为影响水库水质的主要污染源。应推广水土保持技术 ,防止水土流失 ;合理施肥 ,重视畜禽养殖业的环境管理。     

潮河流域非点源污染控制关键因子识别及分区

将GIS技术、ArcSWAT模型与分析技术相结合,以农耕养殖程度较高的北京密云水库上游潮河流域为研究区,通过对流域近20年非点源污染负荷时空变异情况进行模拟,识别影响非点源污染流失的关键因子,进行非点源污染控制区划.结果表明,总氮和总磷年均负荷量分别为563.3,28.7t/a,氮磷负荷空间分布特征表现为:丰水年以地势较高且农业耕作活动频繁区域为主,平水年和枯水年表现为靠近河道的农业用地与畜禽养殖区为主.采用多因素方差分析11种不同因素对流域非点源污染负荷的影响程度表明,施肥量是影响氮磷输出的最主要的因子,坡长、土壤类型、土地利用方式及坡度是影响氮磷输出的次重要因子;针对潮河流域长期传统耕作以及化肥过量施用的现状,土壤有机磷的含量也会对总磷的输出产生一定的影响.潮河流域可划分为3个污染控制区,第1类:污染控制区(以近河道耕种区为主,面积186.74km²),第2类:污染治理区(农村生活及畜禽养殖区为主,面积23.09km²),第3类:生态修复区(高坡度强降雨区为主,面积1365.25km²).该研究结果可有效提升流域非点源污染治理的效率,为水源地流域环境保护提供参考.