DEM格网尺度对AnnAGNPS预测山地小流域径流和物质输出的影响

为了解流域地形空间参数和其它参数的精度对农业非点源污染模型AnnAGNPS预测准确性的影响,利用三峡库区黑河小流域观测资料校准了AnnAGNPS模型,分析了1.5-12.5m格网尺度DEM对地形参数和模型负载输出的影响.结果表明,1.5～12.5m格网尺度DEM对流域径流量、洪峰流量、总N输出影响不显著,但对泥沙、总P、有机碳输出影响显著.三峡库区类似小流域宜采用5m格网尺度DEM,AnnAGNPS模型较不适合于尺度较小、坡度较大的小流域泥沙负载预测.     

非点源污染负荷模型的比较与选择

随着点源污染治理的深入,非点源污染的严重性日益凸显。对非点源污染进行定量化和有效控制的方法是通过非点源污染负荷模型对各类非点源的形成、迁移转化以及负荷量进行模拟。然而,非点源污染模型大都由发达国家开发,而且结构和参数各不相同,如何在实际应用中选择适合的模型成为非点源污染模拟的重要问题。文章选择国内常用的SWAT、HSPF、AnnAGNPS和GWLF 4个非点源污染模型,从结构、输入输出以及所应用的流域来对模型进行比较,最后给出非点源污染模型在国内使用时,模型选择的原则和建议。     

基于GIS和模型的流域非点源污染控制区划

采用GIS技术和USLE,SCS-CN,污染物流失经验模型及AnnAGNPS机理模型相结合,对农业集约化程度较高的南方中等尺度流域进行农业非点源污染控制区划.结果表明:利用GIS和经验模型回答了流域农业非点源污染氮磷来源与贡献,标识了农业非点源污染氮磷等污染物的关键源区,发挥了经验模型所需模型参数少、研究尺度较大、效率较高的优点,通过GIS的栅格数据空间分析功能,实现了流域非点源污染的分布式模拟,识别了NPS的关键源区.借助AnnAGNPS机理模型,在模型得以校验的前提下,模拟了非点源污染管理措施方案.以模型和GIS的定量结果为依据,对九龙江流域农业非点源污染控制进行了区划,共划分了水土流失控制区、生猪养殖+水土流失控制区、化肥施用+生猪养殖控制区、水土流失+化肥施用控制区及化肥施用+水土流失控制区5类控制单元.      

北京市官厅水库水质预报系统

CE-QUAL-W2模型是近年来新开发的水动力学与水质模型,可模拟河流、湖泊、水库等 不同条件下多种污染物的迁移转化规律.根据官厅水库狭长、水浅和水文、水力、水质扩散 等特点,采用CE-QUAL-W2模型模拟其水质变化,并对模拟模型水质参数进行验证,将其用于官 厅水库水质的预测研究;进而提出官厅水库水污染控制的对策及建议.     

密云水库及其流域营养物集成模拟的情景分析研究

在密云水库水环境模拟预测集成模型的支持下,考察了不同点源、非点源污染负荷控制措施对水库水质的影响和作用,制定了4个情景方案.基础情景分析表明,密云水库TN超标严重,TP相对较好,叶绿素浓度超过10μg/L的区域主要集中在潮河库区,而且面积较大.情景1、情景2和情景3是考虑了不同点源、非点源管理措施后的密云水库水质状况.结果表明,营养负荷的下降能显著地改善水体水质,尤其是磷负荷的降低可有效地制约藻类生长,叶绿素浓度显著降低,超过10μg/L的区域缩小甚至消失.这一结论说明了加强密云水库流域及周边地区工业、生活和畜禽养殖等点源和农业非点源污染控制对改善密云水库水质的有效性和必要性.     

中小流域综合水质模型系列的建立

根据中小流域的水文特点和实际要求，建立了综合水质模型系列、将河流、水库和非点源污染模型有机结合在一起，并对河流水模型加以改进，增加了模拟ＣＯＤ和底泥泛起功能，完成了保护水源地的决策性水质模型，模拟和计算了非点源污染随降雨径流进入水体的过程，利用本模型系列可对流域进行优化管理。     

高分辨率数据驱动的流域非点源污染输出风险评估方法

近年来,非点源污染已成为我国部分水库水质恶化的主要原因.以潘家口水库流域为例,引入动态降水因子和地形因子改进经典的输出风险模型,结合高分辨率的卫星反演降水产品(GPM)和高分六号卫星影像,建立高分辨率数据驱动的非点源污染输出风险评估模型,开展潘家口水库流域的非点源污染输出风险时空分布特征研究.结果表明,研究区2018年非点源污染输出风险较高,其中氮元素污染输出高风险和较高风险区约占流域总面积的70.6%,磷元素污染输出无高风险区,较高风险区约占流域总面积的21.9%.分析流域非点源污染输出风险时空分布特征,发现4～9月潘家口水库流域非点源污染输出风险呈现先增后减趋势,在7月和8月最高,与流域降水时空分布一致;结合土地利用分布特征分析,流域上游以耕地为主,城市集中在流域下游,受农业生产和人类活动的影响,这些区域的非点源污染输出风险较高.针对非点源污染输出风险时空分布特征,应制定合理的农业施肥方式,规划非点源污染“源-汇”景观布局以及建设植被缓冲带.     

基于SWAT模型的黑河流域不同土地利用情景的非点源污染研究

以卫星遥感影像为基础,运用GIS与环境模型(SWAT2000)相结合的技术手段和景观生态学的研究方法,探讨了黑河流域土地利用与非点源污染的关系;从土地利用恶化与改善出发,对模型进行水量、泥沙和营养负荷部分的参数率定和验证并分析其在黑河流域的适用性,在此基础上通过对不同土地利用情景下非点源污染负荷的定量化分析,研究了土地利用/土地覆被变化对黑河流域非点源污染的影响过程.结果表明,随着流域林地面积的增加,流域径流深逐渐减少,水土流失量逐渐减少.从而使得流域产沙量也相应减少.林地的非点源污染单位负荷为:氮0.67kg·hm-2·a-1,磷0.11 kg·hm-2·a-1;耕地的单位负荷为:氮8.85 kg·hm-2·a-1,磷4.2kg·hm-2·a-1;当流域全部为林地时.总氮与总磷的负荷量分别为99.001t和17.145t.在2000年土地利用情景下总氮与总磷的负荷量分别为173.334t和38.653t;随着对植被的破坏,即土地恶化,会导致流域非点源污染的急剧增加;反之,随着退耕还林、水源涵养林保护工程的实施,流域水环境会得到极大的改善.     

CE-QUAL-W2模型在上海市大型饮用水水库中的应用

通过二维纵向横向平均水动力学和水质模型（CE-QUAL-W2模型）来模拟上海大型饮用水水库的水质状况。模型初步模拟了该水库中不同深度水层的水质状况,使用2011年1月到2011年11月单月（包含一年四季代表性）的数据对模型主要参数进行校正。结果显示,水质状况的模型计算值与实测值比较接近,与实际情况较吻合,AME和RMS值较好,预测该水库的水质是Ⅰ～Ⅱ类。通过本文对该（CE-QUAL-W2模型）的应用得出的结果显示,该模型也适合模拟一些具有湖泊特性的河流,尤其适用于对水体的水质评估。     

AnnAGNPS 模型应用于辽河源头小流域的主要参数确定方法

农业非点源污染已成为辽河源头区水体污染的治理重点,农业非点源污染模型AnnAGNPS(Annualized Agricultural Non-point Source Pollution Model)模拟农业非点源污染是可行的,但模拟精度取决于模型参数.本文以辽河源头区典型小流域为例,根据集水区的划分与流域非点源污染的空间分布密切相关,以不同的临界汇水区面积CSA(the critical source area)和最小初始沟道长度MSCL(the minimum source channel length)划分出不同数量的集水区进行多次模型模拟,当多种污染源负荷均趋于稳定时确定集水区单元划分数量;针对我国土壤普查数据的土壤质地体系与建立AnnAGNPS模型的土壤质地体系不同,假设土壤累积粒径成对数正态分布,利用插值进行土壤粒径的转换,采用EPIC(Erosion-Productivity Impact Calculator)模型计算土壤可蚀性因子;经多次模拟实验与野外实测数据分析,上述确定参数方法是可行的.     

密云库区1991～2011年水质变化趋势研究

运用多元统计方法分析密云库区1991~2011年17个指标3个监测点的水质时间变异特征.应用聚类分析划分年际尺度上的年际Ⅰ(1991~1993,1995年),年际Ⅱ(1994,1996~2000,2002~2006年),年际Ⅲ(2001,2007~2011年)和季节尺度上的非汛期(11~12月、1~4月),汛期(5-10月).基于此,运用判别分析阐释影响年际及季节水质变异的环境因素,最后运用因子分析识别不同年际段的污染来源和组成.密云水库21年间TP均值(0.03mg/L)略高于地表水Ⅱ类标准,TN均值(0.98mg/L)超过国家Ⅱ类标准的0.96倍,NO3--N是TN均值超标的主要原因,氮磷污染问题仍需要重点监测和治理;库区植物生长状况和密度不均等及人为排放的不固定性使得TP变异系数较大;NO3--N的较大变异系数体现在年际及季节变异性,非点源污染的控制(水土保持、化肥使用量减少、生活污水减少)和网箱养鱼的取消改善了库区21年水质,NO3--N浓度降低,其季节变异发生在特定季节;另外,年际尺度上,气候变化引起了库区T增加;酸性点源减少使p H升高;工业活动、化肥使用等人为影响的SO42-显著上升促进了碳酸盐岩溶解,使EC、Ca2+、Mg2+、SO42-、T-Hard、T-Alk浓度增加;内源污染减少致使BOD5浓度下降;季节尺度上,季节性气温变动促使非汛期T低于汛期;非汛期碳酸盐岩溶解使Mg2+浓度高于汛期.对比不同年际段的水体污染来源,点源-非点源复合污染转化为以非点源污染为主,21年间非汛期地下水补给过程中碳酸盐岩的溶解作用一直影响水体化学特性,汛期降水径流携带的污染物直接影响水质状况,氮素污染组成简化,以NO3--N为主.控制流域水土流失、畜禽养殖、化肥使用等非点源污染,增强水利流通性,及时清理底泥及沉积物,能够有效减少库区氮磷,有机物及离子污染.     

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。     

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.      

不同强度降雨径流对水源水库热分层和水质的影响

基于西安金盆水库2012~2019年汛期多场不同强度的降雨径流水质数据,对水温、浊度、总氮、总磷及含砂率等指标进行分析,全面探究不同强度降雨径流潜入过程及其对水源水库热分层与水质的影响.结果发现,不同强度降雨潜入库区位置不同,径流量较小时（洪峰流量<500m³/s）,径流为等温度层潜流,从温跃层上部进入库区;中径流（洪峰流量为500~1500m³/s）受温度和含沙量共同作用,潜入点下移,以中部层间流方式进入库区;大径流（洪峰流量>1500m³/s）受含沙量影响显著,潜流层厚度变大,径流以底部潜流方式进入库区.不同强度降雨径流对库区热分层影响也不同,小径流影响较小;中径流会破坏水体上部的温跃层,并在底部形成温度梯度较小的温跃层;大径流则会使中底部水体完全更新混合,导致中底部水体水温均匀一致,由温跃层直接过渡到恒温层.不同径流量、来水水质和潜流位置对主库区水质影响不同,TN主要以溶解态为主,占比在76%以上,TP则以颗粒态为主,占比达61%;径流量较低时,温跃层上部氮磷浓度较高,随径流量的增大,冲刷效果的增强,潜流层水体氮磷浓度变高,当热分层被打破时,整个断面浓度均明显升高.     

基于AnnAGNPS模型四岭水库小流域氮磷流失特征的模拟研究

采用流域尺度的农业非点源污染模型——AnnAGNPS模拟预测苕溪流域四岭水库小流域氮磷流失情况,分析氮磷流失空间分布特征.结果表明,单位面积总氮、总磷流失量在空间分布上有一定的相似性,均呈现出南部大于北部,西部高于东部的特点.以竹林地为主的林地是氮磷输出的最主要来源,其对氮、磷流失总量的贡献率在90%以上.设定不施肥处理(CK)、适地养分管理(SSNM)、当地高产竹农普遍采用的施肥方法(FFP)这3种施肥方式对林地主要植被类型竹林进行情景分析,模拟结果表明,与FFP相比,SSNM在一定程度上减少了氮磷输出,其中溶解性氮和颗粒态氮流失量分别削减8.17%、4.33%,溶性磷和颗粒态磷流失量依次减少9.08%、1.02%.     

Estimation of runoff and sediment yield in the Redrock Creek watershed using AnnAGNPS and GIS

Sediment has been identified as a significant threat to water quality and channel clogging that in turn may lead to river flooding. With the increasing awareness of the impairment from sediment to water bodies in a watershed, identifying the locations of the major sediment sources and reducing the sediment through management practices will be important for an effective watershed management. The annualized agricultural non-point sourcepollution(AnnAGNPS) model and newly developed GIS interface for it were applied in a small agricultural watershed, Redrock Creek watershed, Kansas, in this pilot study for exploring the effectiveness of using this model as a management tool. The calibrated model appropriately simulated monthly runoff and sediment yield through the practices in this study and potentially suggested the ways of sediment reduction through evaluating the changes of land use and field operation in the model for the purpose of watershed management.     

城镇分布对新安江水系及千岛湖营养盐浓度的影响

快速城镇化会加剧地表水体氮磷营养盐的富集,引起水体富营养化问题. 研究城镇分布对河流与湖库氮磷污染特征的影响,分析其污染热点与来源具有重要意义. 于2020年7月—2021年7月调查了新安江水系及千岛湖水体氮磷污染的时空变化特征,分析了水质与土地利用类型的关系,揭示了千岛湖水体氮磷污染的来源. 结果表明:①时间上,新安江水系氮磷浓度季节性变化差异明显. TN浓度表现为冬季枯水期〔(1.96±1.24) mg/L〕>主汛期〔(1.63±0.71) mg/L〕>春汛期〔(1.42±0.49) mg/L〕,TP浓度表现为主汛期〔(0.101±0.049) mg/L〕>冬季枯水期〔(0.067±0.068) mg/L〕>春汛期〔(0.06±0.033) mg/L〕,汛期氮、磷浓度分别是非汛期的1.6和2.4倍. ②空间上,城镇污染对水体营养盐浓度影响显著. 水体流经人口集中、城镇化程度高的屯溪区后,TN、TP、NH₄+-N浓度平均增幅分别为86.1%、77.7%和164.4%,干流水体受纳歙县城镇三大支流来水后,TN、TP浓度平均增幅分别为47.6%、70.3%. ③ Spearman相关分析结果表明,5 km缓冲区耕地和建筑用地面积占比与氮磷营养盐各形态浓度之间均存在显著正相关关系,其中建筑用地面积占比对NH₄+-N浓度影响较大(R=0.323,P<0.001),耕地面积占比对NO₃?-N影响相对较大(R=0.265,P<0.05). 研究显示,城镇面源污染是新安江水系氮磷污染的主要来源,降雨径流是水体磷富集的主要驱动力,枯水期城镇污染对水体氮浓度的影响较大,在千岛湖营养盐控制中应尤为关注上游城镇污染管控.