基于改进输出系数模型的云南宝象河流域非点源污染负荷估算

本文引入降雨、地形因子(α、β)对经典的输出系数模型(ECM)进行改进,基于1999~2010年云南宝象河流域气象、水文、社会经济等数据,利用改进的输出系数模型(IECM)对该地区(位于滇池的东北部,绝大部分在官渡区内,西北部少部分在盘龙区内)的非点源污染负荷进行估算.结果显示,2008年宝象河流域非点源氮、磷污染的所占比例(分别为74.2%和68.0%)要显著高于点源氮、磷污染的所占比例(分别为25.8%和32.0%).氮污染中,不同非点源的贡献率依次为土地利用类型>大气沉降>农村生活>畜禽养殖;磷污染中,不同非点源污染的贡献率为土地利用类型>农村生活>大气沉降>畜禽养殖.宝象河流域的非点源氮污染比例要高于整个滇池流域,非点源磷污染比例与滇池流域较为接近.与实际观测值比较,IECM对TN、TP负荷的估算值的平均相对偏差分别为15%和-6%,ECM对TN、TP负荷的估算值的平均相对偏差分别为54%和17%.这表明改进的输出系数模型(IECM)提高了结果的准确性,可以为滇池流域的污染(尤其是非点源污染)负荷估算提供参考方法.     

基于ArcSWAT模型的长乐江流域非点源氮素污染源识别和分析

本研究以我国东南沿海地区的典型农业流域——长乐江流域为对象,通过实地调查、数据收集和分析,构建模型所需的各类空间数据库和属性数据库,将流域内各种非点源污染过程的概化设置和相应管理操作与模型进行有效耦合,利用近3年的流域水质监测资料进行模型参数的率定和验证,建立了该流域氮污染过程的ArcSWAT模型,模拟估算了流域不同非点源氮的入河量,并着重分析和识别不同时段土地利用类型的关键性污染源.结果表明,长乐江流域非点源氮素污染的主要来源是氮肥施用、大气沉降和土壤氮库,对河流总氮负荷的贡献率分别为35%、32%和25%.不同时段、不同土地利用类型的关键性污染源具有明显差异.从时间分布来看,土壤氮库和大气沉降所产生的非点源氮素污染的关键时期在雨季,而氮肥污染则主要发生在作物生长季节.从土地利用分布来看,园地和人居地非点源氮素的控制性污染源分别是氮肥施用和生活排污;而水田和旱地的三大污染源(氮肥施用、大气沉降和土壤氮库)入河量相差不大,需要同时控制.因此,治理流域非点源氮素污染问题,应分时、分区、分类制定控制方案.     

辽宁太子河流域非点源氮磷负荷模拟分析

以辽宁太子河流域为研究区,为定量估算该区非点源氮磷污染负荷,经过实地调研和资料收集后,利用单位负荷法和SWAT模型相结合的方法对流域进行1997~2008年径流、泥沙和营养盐输出的模拟研究,进行了多参数、多目标和多站点详细的参数率定和模拟验证,最后分析了非点源氮磷负荷的时空分布规律.结果表明:径流模拟效果较好,泥沙和营养盐模拟结果符合要求,模型在太子河流域适用性较好,可以模拟分析该地区的非点源污染负荷问题;1997~2008年年均总氮和总磷负荷为17357.43t和7110.91t,氮磷负荷的时空分布受降雨径流过程的影响,汛期(6~9月)负荷总量占全年的77.76%和80%;负荷强度的空间差异较大,全流域多年平均值为13.20,5.41kg/hm2,流域内污染负荷关键源区是灯塔市和辽阳县.     

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.      

降雨变化对鄱阳湖区乐安河流域非点源产污的影响

以鄱阳湖典型入湖河流乐安河为例,构建SWAT模型,基于流域2020年土地利用类型空间差异特征,选取2011(枯水年),2014(平水年),2015(丰水年)作为典型降雨年份探究降雨差异对流域营养盐产污规律的影响。结果表明：不同降雨条件下流域营养盐产污负荷顺序为丰水年>平水年>枯水年。下游沿主支分布区域径流量以及中下游德兴-鄱阳万年段的TN和TP对降雨量增加的响应更为敏感;流域径流量对降雨量减少的响应空间差异不显著,婺源-德兴段的TN和TP对降雨量减少的响应程度高,而鄱阳-万年段对降雨量减少的响应程度则较低。研究结果可为流域制定针对性污染控制措施,进一步有效削减入鄱阳湖营养物负荷提供科学参考。     

东辽河流域土地利用变化对非点源污染的影响研究

采用国际前沿的SWAT模型及CLUE-S模型,基于3S技术和统计分析方法,分析了吉林省东辽河流域土地利用2000~2005年的土地利用动态变化,并借助于Logistic回归结果探讨了2000~2005年土地利用变化的驱动力空间特征;运用2000年和2005年土地利用数据,结合CLUE-S模型,模拟不同预测方案下东辽河流域未来20a土地利用变化情况.在此基础上,应用SWAT模型分别对研究区2025年2种情景下非点源污染负荷进行模拟.结果表明:不同的土地利用条件下,情景2比情景1的多年平均径流减少了12.26mm、泥沙减少了8.4×103t、溶解态氮减少了8.29kg、有机氮减少了9.49kg、总氮减少了8.4kg、溶解态磷减少了8.61kg、有机磷减少了7.18kg、总磷减少了7.18kg,情景2比情景1更能有效的控制非点源污染.     

基于HSPF及回归模型的淡水河流域非点源负荷计算

应用分布式水文模型HSPF结合回归模型,对广东省东江流域中淡水河流域的非点源负荷进行计算.研究结果显示,模型较好地再现了悬浮泥沙(SS)、CODCr、NO3--N及TP在2010年内的通量随时间的变化过程.统计结果表明,淡水河流域的SS、CODCr、NO3--N及TP在汛期的通量对年通量的贡献十分显著,分别占年通量的86.81%、77.56%、69.83%和73.08%;NH4+-N和TN的计算结果与实测值之间拟合程度较弱,可能是由于这两类污染物与人类活动的点源排放关系密切,而本研究中所用回归方程只考虑了径流量与污染物通量之间的关系,并没有更多地考虑与人类活动相关的因素.     

基于关键源区识别的饮用水水源保护区划研究

准确划定饮用水水源保护区是实现饮用水安全精细化管理的重要前提.基于源头削减和全过程协同管理的思路,将GIS平台、ArcSWAT模型、成本-效益分析技术相结合,以贵州省红枫湖饮用水水源保护区为例,通过对近5年（2010-2014年）水污染负荷特征进行模拟,识别影响水环境污染控制的关键源区,在此基础上划定水源保护区.结果表明:① 研究区总氮、总磷污染负荷主要来源为农业面源,其中农业种植和畜禽养殖的负荷贡献分别达到89.7%和91.8%,总氮和总磷负荷高风险区主要集中在流域西北部地势较高且农业耕作活动频繁区域;② 污染控制措施的成本效益分析表明,测土配方施肥、1°~15°坡耕地等高植物篱、保护性耕作、植被缓冲带的成本-效益比较高,在该区域水环境污染控制中具有较高的推广应用价值;③ 基于水污染关键源区识别结果,划定饮用水源四级风险区,其中一级、二级风险区总面积为97.6 km2,仅占原饮用水水源一、二级保护区面积的41.4%,可削减总氮、总磷负荷的60%~70%,所需的搬迁成本仅为原划定方案的35%.研究结果可为我国中西部人口密度大且逐水而居的地区饮用水水源保护区及管控政策的制订提供理论基础和技术参考.      

SWAT模型在洱海流域面源污染评价中的应用

重点污染区域和污染因子的识别是面源污染控制的基础. 通过将物理过程模拟及排污系数法计算进行整合,建立了SWAT模型,以描述农业生产活动与污染入湖量之间的关联关系,并以云南洱海流域总氮污染为例,使用验证后的SWAT模型模拟计算不同空间单元和不同农业生产活动对入湖TN的污染贡献系数,定量分析流域内各区域的农业面源污染源结构,识别洱海流域重点农业污染源和农业污染村镇. 结果表明,奶牛养殖、生猪养殖和大蒜种植是目前洱海流域内入湖TN污染的最重要农业污染源,占流域总污染负荷的66.12%. 对入湖TN污染贡献最大的6个村镇为江尾、右所、三营、玉湖、凤仪和喜洲,占流域总污染负荷的63.41%.      

滇池流域套作玉米对蔬菜农田地表径流污染流失特征的影响

采用田间小区试验,在自然降雨条件下,对滇池流域蔬菜(豌豆、西葫芦、马铃薯)单作与玉米套作蔬菜两种种植模式下农田地表径流的产生量与径流污染(TN、TP、COD、SS)的浓度进行了分析研究.结果表明:蔬菜单作和玉米套作蔬菜种植模式下地表径流量分别为94.7～128.9m·3hm-2和52.6～76.4m·3hm-2.蔬菜单作种植模式下地表径流中TN、TP、COD和SS浓度分别为10.6～35.8、0.79～3.23、54.6～224.1和35.0～478.3mg·L-1,流失量分别为1.74～2.39、0.18～0.26、7.71～10.59和10.4～21.7kg·hm-2;地表径流TP流失量以马铃薯单作模式最大,其余径流污染流失量以豌豆单作种植模式最大.玉米与蔬菜套作种植模式下地表径流中TN、TP、COD和SS浓度分别为11.7～23.8、0.23～3.54、26.5～222.1和49.7～541.3mg·L-1,流失量分别为0.82～1.22、0.10～0.16、4.17～6.03和8.71～12.6kg·hm-2;地表径流污染流失量均以玉米套作西葫芦种植模式最小.玉米套作蔬菜种植模式显著减少蔬菜农田地表径流量和径流污染流失,对地表径流量、地表径流TN、TP、COD和SS流失量的最大削减率分别为44.5%、53.1%、46.4%、52.1%和42.2%.     

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.     

城市入河径流排放口总污染特征研究

流入城市雨源性河流的径流污染不容忽视,以我国南方典型城市深圳市的福田河流域为研究对象,经过18场典型降雨径流的测定,从污染过程线、径流初期效应识别和降雨事件平均浓度(EMC)等方面分析和讨论了城市河流入河径流排放口的总污染特征规律,有利于指导城市河流污染控制.结果表明,排放口地表径流浓度随时间变化历程中,COD、SS、TN、TP和BOD5普遍超出地表Ⅴ类水标准十多倍以上,某典型降雨场次的重金属(铬、镉、铜、砷和汞)污染较为严重,研究区排放口的浓度范围和平均值均高于重庆沙坪坝雨水口和加拿大Silerwood的雨水排放口,但低于武汉十里铺排放口.COD、SS、BOD5的初期效应尤为明显并且COD和SS冲刷强度较大,TN、TP初期效应不明显.COD、SS、TN、TP和BOD5的EMC浓度平均值分别为224.14、571.15、5.223、2.04、143.5 mg/L,在某种程度上,深圳市研究点的COD和SS的EMC值高于邻近的澳门、珠海,TN、TP值高于北京、广州、上海等城市,与国外的一些研究结果相比较,EMC值比韩国、美国及加拿大一些城市地表径流污染物浓度高得多,可见由排放口入河的径流总污染极其严重并需要治理.     

农牧交错带典型区土壤氮磷空间分布特征及其影响因素

土壤氮磷在土壤物理、化学和生物过程中扮演着重要角色,明确土壤氮磷含量和空间分布对土壤资源管理和利用具有重要意义.利用经典统计学和地统计学方法对准格尔旗土壤全氮和全磷空间分布特征及影响因子进行研究.结果表明,研究区土壤肥力水平较低,0~100 cm深度土壤全氮和全磷含量加权平均值分别为0.29 g·kg^-1和0.26 g·kg^-1.土壤全氮和全磷的块金效应值分别集中在0.15~0.43和0.34~0.53之间,表明土壤全氮（0~10 cm和80~100 cm除外）和全磷呈中等空间依赖性,空间变异由结构性和随机性因子共同主导.土壤全氮和全磷空间分布特征与土层和元素有关,即使在同一深度,土壤氮磷的空间分布特征亦不相吻合.土壤全氮主要受有机碳的影响,而土壤全磷主要受纬度、海拔、土地利用类型和土壤质地的影响.     

千岛湖地区上梧溪流域地表径流非点源氮污染分类识别

非点源污染的准确定量是流域非点源污染控制和治理的基本前提和重要保障.在综合考虑基流非点源污染的前提下,对传统输出系数模型(ECM)进行优化和改进,建立以周为时间步长的输出系数模型(IECM),实现上梧溪流域不同土地利用类型地表径流非点源总氮(TN)污染更加准确的定量识别.结果表明,IECM可以有效实现该流域TN负荷的模拟定量,校准期与验证期的纳什系数(NSE)分别为0.82和0.77,R²分别为0.87和0.84.基于IECM得到的上梧溪流域2020年11月至2021年10月地表径流和基流的TN输出强度分别为5.74 kg·(hm²·a)^-1和9.85 kg·(hm²·a)^-1,分别占总径流负荷的36.80%和63.20%.相较于IECM,ECM由于未考虑基流对非点源污染的贡献,其估算的地表径流TN负荷量较IECM高54.21%.显然,直接将基流非点源污染归结于地表径流将导致地表径流负荷输出强度的严重高估.基于IECM计算得到的上梧溪流域水田、草地、林地、旱地和人居地的以地表径...     

Total pollution effect of urban surface runoff

For pollution research with regard to urban surface runo , most sampling strategies to date have focused on di erences in land usage. With single land-use sampling, total surface runo pollution e ect cannot be evaluated unless every land usage spot is monitored. Through a new sampling strategy known as mixed stormwater sampling for a street community at discharge outlet adjacent to river, this study assessed the total urban surface runo pollution e ect caused by a variety of land uses and the pollutants washed o from the rain pipe system in the Futian River watershed in Shenzhen City of China. The water quality monitoring indices were COD (chemical oxygen demand), TSS (total suspend solid), TP (total phosphorus), TN (total nitrogen) and BOD (biochemical oxygen demand). The sums of total pollution loads discharged into the river for the four indices of COD, TSS, TN, and TP over all seven rainfall events were very di erent. The mathematical model for simulating total pollution loads was established from discharge outlet mixed stormwater sampling of total pollution loads on the basis of four parameters: rainfall intensity, total land area, impervious land area, and pervious land area. In order to treat surface runo pollution, the values of MFF30 (mass first flush ratio) and FF30 (first 30% of runo volume) can be considered as split-flow control criteria to obtain more e ective and economical design of structural BMPs (best management practices) facilities.     

基于GIS和L-THIA模型的深圳市观澜河流域非点源污染负荷变化分析

为探明深圳市观澜河流域在快速城市化过程中伴随土地利用变化的非点源污染负荷变化,基于GIS平台,运用L-THIA模型,通过校正其内设参数,模拟流域1996～2008年非点源污染负荷的空间分布及其变化.结果表明,1996～2008年的城市化过程中,TN、TP、COD这3种污染物的负荷总量都有大幅度的增长,其中TP变化最大,在13 a中增加了62.78%,TN和COD分别增加了59.73%和55.40%,TN、TP和COD等污染物高值区面积的空间分布变化在大趋势上基本一致,都是沿河道和主要交通干线向外围逐步扩张,最后连接成片;而SS的负荷总量却下降了7.59%.建设用地的扩张是非点源污染负荷及空间分布变化的主要因素,SS负荷输出最大的用地类型是水土流失严重的开发用地.以非点源污染负荷空间分布为依据,结合不同土地利用方式,可将观澜河分为4类非点源污染防治区,该结果可为流域非点源污染控制提供科学参考.     

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.     

海岛非点源污染负荷估算方法研究

基于流域单元思想,提出一种非点源污染负荷估算方法：借助GIS提取模拟河网,识别流域边界,并划分汇水区和子流域,为流域非点源污染的估算提供基础的数据平台.在此基础上,与土地利用专题图叠加,计算各子流域内不同土地利用类型的面积,构建非点源负荷系统,利用各污染排放系数和入海系数,结合多年的降雨量,并引入坡度因子作为限制条件,估算污染负荷总量.结果显示,南长山岛非点源全氮、全磷年负荷量分别为11539kg和2025kg.氮污染中,各污染源强的贡献率依次为居民生活> 大气沉降> 土地利用> 畜禽养殖;磷污染中,各污染源强的贡献率依次为居民生活> 土地利用> 大气沉降> 畜禽养殖.基于此,探讨海岛地区非点源污染排放特征及对水环境质量影响,可为海岛地区污染物总量调控和环境健康发展提供一种技术方法.     

漳卫南运河流域非点源污染负荷估算及最佳管理措施优选

制定实施流域TMDL(total maximum daily load)计划的一项关键技术就是借助水文模型量化流域非点源污染负荷,设置BMPs(best management practices),实施非点源负荷削减.采用构建的SWAT模型估算了漳卫南运河流域不同水平年(丰、平、枯)非点源负荷大小,分析了非点源负荷的空间分布特征.丰水年总氮非点源负荷占总负荷的0.07%,总磷非点源负荷占总负荷的27.24%.空间上,流域非点源输出负荷较大的区域主要为具有一定坡度的农业用地和城镇居民用地.对照基准情景非点源输出负荷,通过对47种不同BMPs控制措施的模拟,核算出不同BMPs对8个优先控制子流域的有机氮、有机磷、硝酸盐氮、溶解态磷和矿物磷共5种污染物的削减效率.通过对比分析不同BMPs的费用效益,优选出漳卫南运河流域最佳的总氮和总磷污染物削减措施为修建植被型沟渠,其TN、TP单位削减费用分别介于16.11～151.28元.kg-1和100～862.77元.kg-1之间,该项措施是47种BMPs中最经济有效的.相关研究结果可以为流域非点源污染负荷削减提供科学依据,为流域水环境改善和水生态修复提供技术支撑.     

Monitoring of non-point source pollutants load from a mixed forest land use

The aim of this study was to determine the unit load of NPS (non-point source) pollutants including organic variables such as BOD (biochemical oxygen demand),COD (chemical oxygen demand) and DOC (dissolved organic carbon),nitrogen and phosphorus constituents,and suspended solids (SS) and their event mean concentration (EMC) of runoff flows from a water-shed of mixed forest land use by intensive field experiments.Field monitoring for continuous measurements of rainfall,flow,and water quality was conducted over 12 storm events during 2008–2009 using automated and manual sampling methods.The EMCs of individual runoff event were estimated for each water quality constituent based on the flow rate and concentration data of runoff discharge.The average EMCs of BOD,COD,DOC,SS,TN (total nitrogen),NH 4+ -N,NO 3- -N,TP (total phosphorus),PO 43- -P from the mixed forest land were 1.794,3.498,1.462,10.269,0.862,0.044,0.634,0.034,and 0.005 mg/L,respectively.The annual unit loads of BOD,COD,DOC,SS,TN,NH 4+ -N,NO 3- -N,TP and PO 43--P were estimated as 66.9,133.2,55.5,429.8,36.5,1.6,26.9,1.3 and 0.1 kg/(ha·yr),respectively.In addition,affecting parameters on the EMCs were investigated by statistic analysis of the field data.As a result,significant correlations with precipitation,rainfall intensity,and total runoff flows were found in most constituents.