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.     

不同河岸带修复策略对氮磷非点源污染的净化作用

选择北江的重要支流流溪河流域为研究对象,基于现有河岸带对非点源污染削减作用的模拟结果,采用情景分析法,预测不同河岸带修复策略对非点源污染的削减作用,使用效益-成本指数表征TN和TP削减率提高幅度与增加河岸带面积的关系,比较不同河岸带修复策略的效率.结果表明:河岸带对TN和TP的削减能力具有较大的空间差异性.各修复情景都在不同程度上提高了河岸带对TN和TP的削减率(TN:23.36%~30.72%;TP:27.19%~39.86%),河岸带增加总面积与削减率呈现对数增长关系(P<0.05).选择综合考虑了流域非点源负荷量以及河岸带状况的优先修复子流域进行河岸带修复时,效益-成本指数达最高为1.19%.     

土地管理措施对营养物质排放的影响

采用分布式的非点源污染模型SWAT(soil and water assessment tool),结合GIS技术,模拟了张家冲小流域化肥施用量变化、等高种植和退耕还林对营养物质氮磷排放的影响.结果表明,当农业用地的氮肥施用量由630 kg/hm2增加到955 kg/hm2,磷肥施用量由200 kg/hm2增加到300 kg/hm2时,氮、磷营养物质排放量也呈现增大的趋势.其中,硝态氮负荷达到了3 776.59 kg,增加了19.7%,变化率最大,变化率最小的为无机磷,仅增加了2.7%.采取等高种植的方式对氮、磷排放负荷的影响较小.当小流域内坡度25%的坡耕地全部退耕还林后,各种形态氮、磷排放负荷下降,其中有机态磷下降16.3%;有机氮、氨氮和无机磷与退耕还林前相比,分别降低了22.7%,25.4%和27.9%,在张家冲小流域,对坡度25%的坡耕地实行退耕还林、减少化肥施用量对减少氮磷负荷排放作用明显.     

苏州河非点源污染负荷研究

将模拟试验、GIS技术和非点源污染模型相结合,探讨了苏州河流域的非点源污染负荷及时空演变规律.结果表明,研究区域内非点源成为主要的污染源,其中非点源污染负荷COD_Cr约为6 740 t/a,TN,TP和NH₄+-N分别达914,184和298 t/a;水田和村居民点是主要的污染贡献者;非点源污染负荷均表现为梅雨>秋雨>春雨>冬雨明显的季节性规律.      

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.     

土地利用结构变化对非点源污染的影响研究

目前,应用模型对非点源污染进行时空模拟是非点源污染研究的重要方向,而输出系数模型在我国中、大尺度流域的非点源污染负荷研究时表现出独特的优越性。文章通过洪湖地区为例,利用输出系数模型,结合GIS技术,模拟洪湖地区污染物负荷空间分布及估算污染物总负荷。结果表明:(1)非点源污染高负荷区占洪湖市大部分面积,主要是农业耕作区带来的面源污染;沿路以及沿湖一带林地、草地为非点源污染低负荷区,这部分面积占洪湖总面积较少。(2)1995-2000年5年中耕地对TN的贡献率下降0.19个百分点,对TP的贡献率下降0.15个百分点,城镇用地对TN的贡献率上升0.18个百分点,对TP的贡献率上升0.13个百分点,林地和草地的贡献率略有上升,这与耕地面积减少,建设用地的不断扩张有关。(3)耕地对TN、TP贡献率在各种土地利用类型中占主导地位,贡献率其次为城镇用地、未利用地、林地、草地。     

深圳湾流域TN和TP入海年通量变化规律研究

采用经验排污系数法、输出系数模型以及平均浓度法,分别研究1986~2011年间深圳湾流域内深圳和香港两个区域的总氮(TN)和总磷(TP)入海污染负荷年通量的变化规律.结果表明,整个深圳湾流域在80年代、90年代和2000年之后的3个时期内TN入海负荷量平均值分别为10 388.2、10 727.9和10 937.3 t,TP为2 694.5、1 929.2和1 388.7 t.其中深圳一侧随着社会经济和城市化的快速发展,TN和TP年负荷通量大幅增长,26年来点源污染分别增加了4373.6 t和195.9 t,相应增长了261.0%和64.2%,非点源污染增加了1067.2 t和151.0 t,相应增长了63.4%和84.9%,建设和交通用地的扩张是非点源污染负荷增长的主要因素;深圳一侧对深圳湾流域入海污染负荷的贡献率分别从42.4%和27.0%增加到85.1%和75.2%;而香港一侧TN和TP年负荷通量分别减少了3028.5 t和1031.5 t,相应削减了66.3%和79.0%.     

土地利用/覆盖变化对长江上游非点源污染影响研究

在国内外相关研究的基础上,利用输出系数模型,结合RS和GIS技术,对长江上游的非点源污染负荷进行了空间模拟和负荷估算.模拟结果表明,在不考虑流域损失的前提下,由于土地利用造成的非点源污染负荷TN总量从20世纪70年代的123万t下降至2000年的116万t,基本呈逐年减少的趋势,由土地利用造成的TP的变化趋势与TN基本相同,从70年代的3.7万t下降到2000年的3.5万t左右.就省份、土地利用类型和水系而言,四川省、种植用地和草地以及金沙江水系和嘉陵江水系对长江上游的非点源污染贡献较大.在非点源污染负荷强度上,重庆市和嘉陵江水系单位面积负荷最高,是今后应重点治理的地区.结果表明,该模型可以对长江上游这样的超大尺度空间的非点源污染进行较好的空间模拟.     

TMDL计划在长湖水污染总量控制中的应用

近年来,长湖水质恶化,特别是以农业、水产养殖为主的非点源污染,加速了湖泊富营养化进程。为改善长湖的水质现状,文章建立了基于最大日负荷量(TMDL)计划的长湖水环境管理模式,估算了长湖COD、TP、TN的水环境容量和现状点源、非点源入湖污染负荷,明确了污染物削减百分比,提出了基于TMDL值的污染控制措施。结果表明,长湖COD、TP、TN的水环境容量分别为26 438.43、90.78、1 815.56 t/a,现状污染入湖量分别为14 137.74、271.23、2 485.24 t/a。长湖流域COD的现状负荷不需要进行削减,而富营养化因子TP、TN已经大大超过了其水环境容量,削减百分率分别高达68.20%、30.60%,而以农业、水产养殖为主的非点源负荷对TP、TN具有较大影响,亟需采取针对性的控污措施。     

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.     

沙漠化地区退耕还林政策的生态经济效应分析——以民勤县为例

退耕还林是沙漠化地区生态环境治理的主要内容。论文以沙漠化严重的民勤县为例,采用环境社会学的研究方法,对民勤县农户的退耕还林意愿和退耕还林政策的生态经济效应在农户中的响应进行了典型调查和抽样调查,并搜集了相关数据。统计分析表明:退耕还林涉及到农户土地利用方式的变化,农户的退耕意愿主要取决于退耕后经济利益的得失;农户虽然在近期承受退耕地收益减少的负担,但长期可以得到退耕还林的保肥效果和减少风沙灾害损失的生态经济效果。退耕还林具有典型的外部经济性,政府应该为退耕还林的成本全部买单,同时,在调整退耕地结构、优化退耕模式的过程中还要协调好退耕还林与农户增收的关系。     

黄土坡耕地退耕还林后土壤性质变化研究

退耕还林是治理黄土高原水土流失的根本措施。论文以退耕历史较长的黄土丘陵沟壑区安塞县为例,选取不同类型植被恢复和不同恢复年限的退耕样区,探讨了退耕还林还草对土壤理化性质的影响。结果表明,坡耕地退耕后,遭侵蚀破坏的土体构型渐趋恢复,土壤容重、pH值减小,毛管孔隙度、饱和含水量等增大;土壤有机质增加了2.75倍,碳增加了27.29%,氮增加了46.79%;而且,土壤速效养分增加的速度大于土壤全量元素增加的速度。土壤质量恢复效益最大的是刺槐林地,其次是柠条灌木地,最小的是撂荒地。混交林土壤全氮含量最高,柠条最利于铵态氮、硝态氮和亚硝态氮的积累。不同类型植被,土壤速效养分的差异比土壤全量元素间的差异明显。随恢复时间的增加,土壤结构不断得到改善,土壤有机质、全碳、全氮以及主要离子含量呈明显增加趋势,土壤速效养分增加更明显。土壤有机质在植被恢复5年以上开始明显增加,土壤碳、氮和速效养分则在10年以后增加明显。     

农业源头流域景观异质性与溪流水质耦合关系

以丹江口库区胡家山流域为研究区域,分析了溪流枯、丰水期的水质变化特征,结合流域和河岸缓冲带景观类型及其格局,运用Spearman秩相关分析筛选了影响溪流水质的景观指数,利用逐步回归和冗余排序法定量描述景观格局与溪流水质的耦合关系.结果表明：溪流水质指标中氨氮和总磷浓度时空变化较大,其标准变异系数范围分别为69.8%~207.6%和52.0%~146.1%.景观类型中耕地和居民地是溪流水体污染的重要来源,两者在100m河岸缓冲带尺度上对氨氮的解释程度为58.6%,高于流域尺度;景观格局指数中蔓延度、林地和居民地斑块密度、林地和居民地最大斑块指数以及林地和耕地聚集度指数等显著影响溪流水质（P<0.05）,流域尺度上各景观类型的景观指数对总氮和总磷的解释程度分别介于71.1%~81.6%和74.5%~83.8%,均高于100m河岸缓冲带尺度,其中蔓延度对总氮和总磷均有显著影响（P<0.05）.无显著因子进入高锰酸盐指数模型中,其浓度变化是各景观指数共同作用的结果.此外,景观格局季节变化也显著影响溪流水质.枯水期景观指数能够更好的解释总氮和总磷变化,而丰水期对氨氮的解释程度要好于枯水期.     

官厅水库库滨带非点源污染控制效应的遥感分析

选取官厅水库库滨带为研究区域,应用SPOT5遥感数据对其结构进行了解析,建立了高分辨率的Quick Bird遥感数据与SPOT数据的尺度转化关系,对SPOT信息提取结果进行了校核,以提高SPOT卫星对库滨带结构的解译精度;最后结合点上的实验结果对流域尺度上的库滨带的环境效益进行了分析.研究结果表明:(1)官厅水库陆相库滨带的结构不利于非点源污染的防治,应该适当增加林地的比例,同时提高林地、草地的植被覆盖度;(2)按照官厅水库流域非点源区年均TN量为188.1×104 t、TP量为101.2×104 t计算,库岸库滨带对TN、TP的去除率分别为11.6%和0.4%;(3)为了有效地防止官厅水库流域的非点源污染,必须加强水库流域的农业管理和库岸库滨带的科学建设与管理.     

龙江县景星镇十年退耕还林生态影响分析

退耕还林工程是我国生态环境保护建设的一项重大措施,景星镇从2002年实施退耕还林工程以来,森林覆盖率显著提高,生态环境明显变化。主要表现在:水土流失得到有效控制、土壤有机质提高,土壤肥力得以修复;林地涵养水源、固碳释氧的功能得到发挥,生境改善,生物多样性恢复。     

不同气候带退耕还林对区域气温的影响差异分析

退耕还林改变陆表覆盖状况,导致碳收支和地表能量平衡变化,从而影响区域气温。论文通过定量估算耕地转为林地导致生态系统吸收大气CO₂和地表能量平衡的变化,分析21世纪初10 a中国不同气候区开展退耕还林对区域气候调节的影响差异。结果表明：1）仅考虑碳调节,各气候区退耕还林皆表现为241.6~470.2 Mg CO₂-eq hm^-2的碳蓄积过程,具有2.2~16.5 Mg CO₂-eq hm^-2的碳汇作用即致冷效应,特别是亚热带湿润区。2）仅考虑地表能量平衡,中温带干旱与半干旱区退耕还林引起的净辐射增加程度大于潜热通量的增加程度,因此地表对大气供热表现为增温效应;而亚热带湿润区退耕还林引起净辐射减少及潜热通量增加,青藏高原、中温带湿润区净辐射增加程度小于潜热通量的增加程度,因此地表对大气供热皆表现为致冷效应。3）同时考虑碳调节和地表能量收支,中国亚热带湿润区退耕还林的致冷效应是仅考虑碳调节致冷效应的1.25~1.45倍,而中温带干旱区退耕还林的致冷效应则为仅考虑碳调节效应的近一半。     

西部地区植被恢复重建中几个问题的思考

以退耕还林还草为主体的西部地区植被恢复重建是一项复杂的生态-经济复合系统工程,必须以水热等气候因子所决定的植被生物地带性为科学依据,以国家调控下的区域间互补的市场经济机制为运作体系,必须在建立长期稳定的经济补偿机制的同时,建立长期稳定的政策和法律保障体系。为此,该文讨论了西部地区自然植被的地理格局、适度的退耕规模和退耕后的植被恢复重建、植被恢复工程的环境服务功能产出、生态产业与经济补偿机制、天然植被的保护和改良等科学问题,指出了退耕还林还草试点工程中所存在的一些错误认识和不良倾向。     

西部大开发中的水土保持与生态保护

我国西部土地资源优势突出，但由于人口增长、植被毁坏、不合理利用土地等原因，水土流失严重。应退耕还林还草，制订相应措施和政策，在西部开发中保持水土，实现生态环境的综合整治。     

最佳管理措施对非点源污染控制效果的预测——以北京密云县太师屯镇为例

选取北京市密云水库上游太师屯镇为研究区,针对该区农业非点源污染特征,设计了最佳管理措施(BMPs).同时,在非点源污染损失估算的基础上,率先尝试从经济学角度预测8种不同非点源污染措施在控制氮、磷和泥沙流失的效果及所获得的环境效益、经济效益,并将各单项措施的控制效率进行了比较分析.研究结果表明：改变土地利用类型的3种措施中,25°以上荒草坡还林措施效果最好,对总氮、总磷、泥沙流失的控制效果都超过15%,最高可达30%以上,且经济效益最大;25°以上坡耕地还林效果次之,对总氮、总磷、泥沙流失的控制效果都超过5%,最高可达12%;15°~25°坡耕地变果园措施最差,对总氮、总磷、泥沙流失的控制效果一般为4%~8%.坡度为0°~15°坡耕地在土壤侵蚀控制中具有重要地位;坡耕地植物篱和保护性耕作对土壤侵蚀类非点源污染的控制效果相近,削减的污染损失占非点源污染损失总价值的13%,具有明显的环境效益.针对畜禽养殖污染设计的农村户用沼气池,其经济效率在10%左右;测土施肥技术可减少氮素流失、节约大量化肥,且削减的污染损失达到非点源污染损失总价值的19%.作为综合污染控制措施的河岸缓冲带,可以有效地拦截氮、磷和泥沙的流失,对泥沙的控制效果最好,为83%,对氮的控制效果最低,仅为27%;而从经济效益方面比较,缓冲带减少氮素流失所获得的经济效益最大,约为该措施总经济效益的56%,泥沙次之,占28%;植被缓冲带削减非点源污染的总经济效率最高,可达35%,折合经济价值约1.69×106元.     

黄土高原退耕还林(草)紧迫性地域分级论证

退耕还林还草是治理黄土高原水土流失的有效措施。科学分析现有土地及其利用结构是退耕还林还草战略实施的重要保证。论文应用科学抽样数据资料,分析了黄土高原地区土地、耕地的坡度构成及其土地垦殖率等的区域差异特征,提出了黄土高原地区退耕还林(草)紧迫性地域分级。其结果可以为根据有限的资金,分区分批进行退耕,最大限度地保证粮食安全,并实现区域生态重建,为合理实施退耕提供科学依据。