巢湖流域非点源磷流失关键源区识别

农业非点源磷污染是水体富营养化的重要原因.识别流域内各类景观中土壤磷向水体流失风险最大的关键源区并加以重点控制是流域非点源磷污染治理的重要手段.以巢湖流域为研究区,尝试采用改进的磷指数法在较大的流域尺度开展非点源磷流失风险评价及关键源区识别.在影响磷流失的污染源因子中增加了土壤磷吸持指数和磷饱和度指标.以反映土壤磷在水土界面迁移能力的差异;在迁移因子中又考虑了污染源与巢湖的距离.以反映污染源对最终受纳水体的影响;同时根据研究区特征及研究尺度对磷指数各指标分级与等级值进行了修改.结果表明,流域土壤磷吸持指数空间差异较小,总体上偏低,具有较高的流失风险;而土壤磷饱和度空间差异较显著,饱和度>25%的高风险区域超过流域面积的40%.巢湖流域非点源磷污染风险指数空间差异显著,风险等级最高(占流域面积5%)的区域分布在主要入湖河流下游的两岸平原地区,应作为磷污染重点控制的关键源区.磷指数法能够快速而方便地识别非点源磷污染的关键源区,应用于较大尺度流域可以从宏观上掌握非点源磷污染的空间差异并实施有效治理.     

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.      

基于R语言的非点源颗粒态磷指数构建及应用——以丘陵红壤区小流域为例

以南方丘陵红壤区典型小流域为例,构建了基于R语言的流域非点源颗粒态磷污染指数并进行应用.结果表明,（1）流域土壤侵蚀模数在0.7~15244.2t/（km²·a）之间,超出南方丘陵红壤区容许土壤侵蚀量的区域占流域面积59%;平均非点源颗粒态磷产生强度为0.86kg/hm²,超出非点源磷流失阈值的区域占流域面积14%.流域侵蚀等级以微、轻度为主,但中度及以上强度区域以较小的面积（7.2%）贡献了较大比例的流域侵蚀产生量（35%）和输出量（43%）、以及非点源颗粒态磷输出量（31%）.（2）识别的关键源区占流域面积14%,贡献了65%和58%的侵蚀土壤和颗粒态磷输出负荷;主要分布在近河道的坡地（<25°,水文距离≤800m）,林地、耕地、园地是主要土地利用类型组成.（3）过量施肥导致的土壤磷素富集、强降雨条件下低丘缓坡地带的高易蚀性是关键源区形成的主因.研究进一步对关键源区进行分类分区,提出了以水土保持、配方施肥、工程治理为核心的非点源颗粒态磷污染治理组合措施.研究为丘陵红壤区流域非点源颗粒态磷污染的防治提供了较为系统完善的思路.     

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.      

基于“径流-地类”参数的非点源氮磷负荷估算方法

东江作为广东省重要的饮用水源,其上游农业集水区非点源氮磷流失量备受关注.因此,本文以东江上游上莞河小流域为研究区,利用2011年的集水区水质监测数据,在平均浓度法及输出系数法的基础上,构建基于"径流-地类"参数的非点源氮磷负荷计算式,其径流、地类参数分别通过校正后的SCS模型和土地利用现状图获取,并分别对上莞河流域及流域各地类的非点源氮磷流失量进行估算.研究结果表明,汛期上莞河流域氮磷流失量主要来源于非点源污染,其非点源氮、磷流失量分别占氮、磷流失总量的97.32%、98.05%.坡度对流域非点源氮磷流失影响较小,地类是影响非点源氮磷输出的重要因素.构建的计算式能较好地估算非点源氮、磷负荷量,在次暴雨尺度非点源氮、磷输出量模拟精度分别为84.78%、81.06%.2011年度上莞河流域非点源氮、磷输出量分别为48923.4、7189.3 kg,耕地、居民地分别是非点源氮、磷输出的关键源区,其非点源氮、磷输出量分别占流域非点源氮、磷输出总量的84.20%、58.54%.     

基于改进输出系数模型的非点源污染评估及关键源区识别：以北运河上游流域为例

非点源污染对水生态环境威胁极大,定量解析非点源污染空间分布特征和准确识别关键源区是实现其高效精准治理的基础.输出系数模型广泛应用于非点源污染的模拟,但该模型忽略污染物迁移过程中的损失量,需要进一步改进.以北运河上游流域为例,通过对非点源污染物迁移物理过程的模拟,量化产流、产沙和下渗过程中污染物的损失率改进输出系数模型,并分析Johnes、常用和改进输出系数模型的模拟精度,探究3个输出系数模型对非点源污染空间分布特征和关键源区模拟结果的影响.结果表明：(1)改进输出系数模型模拟误差(-6.79%)明显低于Johnes模型(50.44%)和常用模型(-84.01%),显著提高了非点源污染模拟精度.(2)不同输出系数模型得到的非点源污染空间分布特征和关键源区存在较大差异,改进的输出系数模型模拟结果更符合流域非点源污染特征.流域非点源污染呈西北部低东南部高的空间特征,城镇用地和耕地是主要污染源.(3)基于改进输出系数模型确定的流域非点源污染关键源区主要分布在昌平、沙河、史各庄、温泉乡北部和马连洼街道西部等区域,占流域总面积6.71%.研究可为缺资料地区的非点源污染评估和治理提供更有效的工具支撑...     

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％.     

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.     

全国非点源污染分区分级

从非点源污染产生和迁移的水文过程机理出发,结合中国<水资源分区>和<中国水文区划>,提出了全国非点源污染分区分级体系;在地理信息系统(GIS)空间数据库支持下,基于非点源污染负荷产生和迁移的规律分析,在全国范围内进行了非点源污染分区分级,进而初步绘制全国非点源分区分级图,确定了全国非点源污染负荷估算模型的空间框架.全国非点源污染分区分级体系包括5级,非点源污染一级区为中国主要十大流域;主干河流自然流域分区作为非点源污染的二级区,共80个;在二级区基础上,依据非点源污染产生的水文气候特征,划分三级区共214个;在三级分区内,以影响非点源污染产生、迁移和转化的产汇流条件、社会经济结构、地形条件等为指标,划分非点源污染的四级分区322个;五级分区以非点源污染类型为标准进行划分.     

基于多准则分析的非点源污染评价和分区——以北京怀柔区北宅小流域为例

非点源污染控制难度大、成本高,因此有必要对污染源划分等级,从而分别进行管理与规划.本研究提出了“风险评价-规划分区-分别管理”的非点源污染规划思路.“风险评价”在借鉴已有的非点源风险评价模型基础上,提出了基于多准则分析的非点源污染评价方法.该评价方法以土地利用因子、径流因子和距离因子为参评指标,采用改进的理想解法(Technique for order preference by similarity to ideal solution,TOPSIS)确定因子权重,减少了人为主观性;“规划分区”依据“适度保护、优先规划、重点管理”的原则,结合风险评价结果,可将流域划分为5类管理分区;“分别管理”是对各类管理区分别配以针对性的BMPs和生态工程措施.“风险评价-规划分区-分别管理”这套方法层层递进不仅能评价流域非点源污染,也能定量为流域内非点源污染源的管理提供科学方案.最后将该方法在北宅小流域进行了应用,结果表明,该方法克服了传统方法的过于主观、局限性大的缺陷,可为类似流域非点源污染评价和管理提供参考.     

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%.     

化肥减量配施生物炭和秸秆增加了坡耕地壤中流磷流失风险

紫色土坡耕地是中国西南地区的重要农耕用地,也是三峡库区农业非点源污染的主要来源地之一,采取合理的措施控制其土壤养分流失对该区域非点源污染治理具有重要意义.以紫色土坡耕地为研究对象,通过3 a(2018～2020年)大田试验,设置不施肥(CK)、常规施肥(CF)、优化施肥(OF)、生物炭+优化施肥减量15%(BF)和秸秆+优化施肥减量15%(SF)这5个处理,对自然降雨条件下坡耕地地表径流(0～20 cm)和壤中流(20～60 cm)磷流失规律进行监测与评估.结果表明,施肥减少了紫色土坡耕地产沙量和地表径流流失通量,但增加了壤中流流失通量.地表径流正磷酸盐(PO^3-₄-P)、全磷(TP)和颗粒态磷(PP)总流失通量以BF处理最高,SF处理最低.各施肥处理壤中流磷流失通量均高于CK处理,且PO^3-₄-P和TP流失通量以BF处理最高(213.88 g·hm^-2和694.54 g·hm^-2),其次为OF和SF处理.冗余分析(RDA)结果表明,地表径流流失通量和生物...     

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.      

近地表土壤水分条件对坡面农业非点源污染物运移的影响

采用人工模拟降雨实验,研究了近地表土壤水分条件,尤其是土壤水分饱和条件对土壤侵蚀过程中农业非点源污染物运移的影响.结果表明,前期近地表土壤水分条件对土壤侵蚀过程中农业非点源污染物的迁移有着很大影响.饱和含水量时径流及泥沙中非点源污染物的流失浓度和流失量大于非饱和含水量,且前期近地表土壤含水量越大,径流及泥沙中农业非点源污染物的流失浓度和流失量越大.土壤氮素的主要流失途径是降雨所产生的径流,约占总流失量的90.4%～99.8%;土壤磷素的流失途径是降雨径流和侵蚀产沙,分别占总流失量的2.67%～23.5%和76.5%～97.3%.同时,土壤质地对磷素养分的流失有很大影响,杨凌土随泥沙流失的DP浓度和流失量均大于安塞黄绵土.最后,提出了采取最佳管理措施等控制农业非点源污染的针对性建议.     

海河流域农业面源污染潜在风险识别方法

在综合分析农业面源污染风险源汇因子的基础上,筛选出影响海河流域农业面源污染的8个主要因子（年降水量、溶解态面源污染物入河系数、吸附态面源污染物入河系数、年植被覆盖度、坡度、土壤可侵蚀性因子、农田氮表观平衡量和农田磷表观平衡量）,建立了农业面源污染潜在风险识别指标体系,采用多因子综合分析法对海河流域农业面源污染潜在风险等级进行评价,并与DPeRS模型风险识别结果进行偏差分析.结果表明,海河流域有61.91%的区域存在农业面源污染潜在风险,集中分布在流域的中部和南部地区,高风险区主要分布在北京市东南部、天津市中部、流域山东段东北部和河南段南部等区域;与DPeRS模型识别结果对比验证,显示同一风险等级面积相差不超过12%,且高风险级别面积相差仅为0.12%,97.17%以上的区域均为偏差小或无偏差,表明该识别方法具有与DPeRS模型法同等水平的农业面源污染潜在风险识别精准度,可实现区域农业面源污染潜在风险的快速、高效识别.     

滇池宝象河流域氮磷流失空间格局解析

有效控制氮磷流失量是水质持续改善的关键因素,定量解析流域氮磷流失量对于氮磷污染精准控制至关重要.宝象河作为滇池流域最主要的入湖河流之一,对滇池水质的影响极为重要.该研究基于第二次全国污染源普查数据,建立了宝象河流域高分辨率的氮磷排放清单,通过构建宝象河LODEST模型估算流域氮磷非点源污染入河系数,并对宝象河流域的氮磷流失量及其空间格局进行解析.结果表明:①2018年宝象河流域TN和TP的排放量分别为1 456.92、191.16 t,流域内种植业非点源是最大的污染源,其次是城镇生活点源和未收集点源.②2018年宝象河干海子断面TN和TP的径流通量分别为270.49和11.19 t,非点源入河系数分别为0.297和0.048.③2018年宝象河流域TN和TP流失量分别为432.28和18.57 t,氮磷流失空间格局呈显著的空间异质性,流域内TN和TP流失强度总体呈外高内低的分布,农业污染为主的子流域氮磷流失最为严重.该研究提出的氮磷流失量估算方法较好地揭示了流域氮磷流失空间分布规律,论证了降雨和地形的不均匀性是造成流域氮磷流失量呈显著空间异质性的重要因素.研究成果可为滇池流域入湖污染负荷控制与削减工程提供重要的科学依据,同时能够为宝象河流域水环境的精准控污和精细管理提供有效的决策支撑.      

区域尺度黄河流域面源污染负荷特征与来源解析

掌握黄河流域甘肃段面源污染负荷特征及其来源,是在区域尺度上提升水环境污染治理水平的重要基础。基于DPeRS面源模型,从农田径流、城镇径流、畜禽养殖、农村生活、水土流失5大污染类型,选取TN、TP、NH₃-N和COD 4个污染指标,对甘肃黄河流域9个市(州)58个县(区)面源污染进行污染负荷估算、污染来源解析及空间分布分析。结果表明:从模型估算结果看,2018年整个流域TN、TP、NH₃-N和COD面源污染排放负荷均值分别为65.6,11.8,19.1,77.2 kg/km2。从区域尺度分析,甘肃黄河流域TN、TP面源污染负荷最高的区域均是兰州市安宁区,分别占整个流域总负荷的10.83%和5.16%;NH₃-N和COD面源污染负荷最高的区域均是临夏回族自治州临夏市,分别占整个流域总负荷的26.23%和56.56%。从污染产生来源分析,TN、TP、NH₃-N和COD的首要污染来源分别为农田径流、水土流失、农田径流和畜禽养殖。从空间分布分析,黄河流域各县(区)面源污染总负荷呈中间高两边低的分布特征,污染负荷较重的区域主要集中在黄河兰州段、大夏河临夏段、渭河天水段等局部区域。