区域点源和非点源磷入河量计算的二元统计模型

基于流域或区域点源和非点源磷入河过程的水文学差异,以及影响河流持留作用的主要机制,建立了描述河流段末磷负荷量与流量和水温之间定量关系的二元统计模型;通过逐月的河流水文水质监测数据对模型中4个系数的有效校正和验证,实现了对点源和非点源磷入河过程的准确定量.与现行的水文估算法相比,该模型既考虑了河流磷的持留能力及其时间变异性,也考虑了上游水体输入的磷负荷量,推进了对磷污染过程的定量认识,满足了我国以行政区为主要水污染控制管理单元的现实需要.应用该模型,计算了浙江长乐江集水区2004～2009年的总磷(TP)入河量.结果表明,TP年入河总量为(54.6±11.9)t.a-1,其上游水体输入、点源和非点源的入河量贡献率分别为5%±1%、12%±3%和83%±3%.夏季5～6月和8～9月的非点源TP累计入河量占其全年的50%±9%,增加了引起下游水体藻类暴发的风险.河流TP持留量为(4.5±0.1)t.a-1,占年入河总量的9%±2%;5～9月的TP累计持留量占全年的55%±2%,表明河流持留能力对流域或区域磷素迁移转化过程的调控作用不容忽视.本研究建立的二元统计模型仅需常规的河流水文水质监测数据,无需专业软件知识,且计算结果直接来源于实际的河流水文水质测算值,为实施流域或区域磷污染总量控制策略提供了一种简便、实用、可靠的定量工具.     

非点源污染河流水环境容量的不确定性分析

基于河流一维水环境容量计算模型和实测水文水质参数的统计分析,应用MonteCarlo模拟方法,分析模型各输入参数的灵敏度以及水环境容量值的概率分布,建立了非点源污染河流水环境容量的分期不确定性分析方法.本方法表达了由于获取的河流系统信息不确定性和非点源污染发生的随机性引起的水环境容量计算结果不确定性,给出了不同水文期在不同可信度下的河流水环境容量,为实现非点源污染的总量控制提供了可靠的基础.应用本方法,对长乐江的总氮水环境容量进行了不确定性分析.结果表明,根据水质控制目标,枯水期、平水期、丰水期中90%可信度的总氮水环境容量分别为487.9、949.8、1392.8kg·d-1,其中稀释容量是各水文期水环境容量的主要组成部分.据此,各水文期流域内的总氮现状入河量需削减1258.3～3591.2kg·d-1,丰水期是削减量最大的时期.不确定性分析方法计算得到的水环境容量是基于非点源污染河流水文水质状况的实际变化,这相对于按某一设计流量来确定水环境容量的常规方法更为科学、合理,拓展了水环境容量的研究思路和方法.     

珠江流域云南片区水污染负荷调查及计算方法研究

详细介绍了珠江流域云南片区点源及非点源污染负荷排放量及入河量的计算方法，并根据污染控制区的计算结果分析了珠江流域云南片区点源及非点源排放量及入河量分布特征，认为非点源污染物排放量所占的比例明显高于点源，而点源污染物入河量所占的比例明显高于非点源。     

不同降雨条件下非点源污染氮负荷入河系数研究

以黑河流域为研究区,利用1998年河道实测径流量、泥沙负荷和非点源污染调查资料,对所建的非点源污染模型进行了参数率定.在此基础上,分析了非点源污染负荷的坡面-入河过程,提出了非点源污染负荷的"流域损失系数-入河系数"的概念;利用研究区的资料,对不同降水条件下农田、城镇、草地、灌木及森林等土地利用类型的各亚流域氮的入河系数进行了研究,对比分析了2种计算方法(SWAT模型方法和输出系数法)所得到的氮的入河系数.结果表明,2种方法所计算的氮的入河系数均较为合理,其计算结果的Pearson相关系数为0.94722(p＜0.05).此外,研究还表明,不同的降水条件和土地利用类型下氮的入河系数存在差异.对于吸附态氮,入河系数的大小排列依次为农田＞城镇＞草地＞灌木＞森林;对于溶解态氮,其入河系数的大小排列次序为农田＞草地＞灌木＞森林＞城镇.     

珠江三角洲城市非点源COD影响因素分析及其负荷估算

珠江三角洲地区城市河流污染严重,非点源污染物入河量不容忽视.分别于2009～2010年对广东省佛山市汾江河流域的8个典型城市内河涌进行了降雨径流水质监测,并测算次降雨时段内非点源化学需氧量(COD)的入河量.综合平均浓度法及输出系数法的径流、地类要素,并通过校正后的SCS模型和土地利用现状图获取其径流量及地类参数,构建基于"径流-地类"参数的非点源COD负荷计算式.结果表明,降雨、地类是影响河涌集水区非点源COD负荷量的重要因素,且降雨对非点源COD负荷量的影响要大于地类.构建的计算式能较好地估算非点源COD负荷量,其对于单次降雨非点源COD负荷量的平均模拟精度为75.51%,且大时间尺度的模拟精度要优于次降雨尺度.据估算,2009年汾江河流域非点源COD的负荷总量及负荷强度分别为8 053 t、339 kg·(hm2.a)-1,其中厂矿地类的非点源COD负荷量及负荷强度最大.流域内非点源COD污染较为严重,应予以重视.     

农业非点源污染田间模型及其应用

非点源污染的负荷定量化研究是控制、评价和管理非点源污染的基础.农业非点源污染负荷估算包括农田排水估算和排水中的污染物浓度预测2个环节.依据水量平衡原理,农田排水应用DRAINMOD模型估算;将农田的施肥和灌溉过程"合成"作为田间污染物浓度的脉冲输入,农田排水中的污染物浓度变化则视作对应于此脉冲输入的响应过程,而污染物在田间的复杂迁移转化过程以逆高斯概率密度函数隐含表达.以此为基础,构建了农田尺度农业非点源污染负荷估算模型.以青铜峡灌区典型试验区为例,对稻田排水沟中硝态氮(NO_3~--N)和总磷(TP)的负荷过程进行了模拟,结果表明,模型估算结果和实测污染物负荷过程非常接近,Nash-Suttcliffe模拟效率系数分别为0.963和0.945,表明该模型具有较高的可靠性.     

张家港西南片地区非点源的计算研究

采用以新安江蓄满产流理论为核心的太湖流域产流模型计算张家港西南片地区4种土地利用类型的产流量,与美国EPA开发、基于GIS的非点源模型PLOAD结合,探讨PLOAD模型在江苏南部平原地区非点源计算中的应用,重点讨论各种土地利用径流系数和PLOAD模型输入参数的选取。计算了1998～2002年该地区的非点源产污负荷,并分析产污规律和不同土地利用下非点源污染的空间分布规律。结果表明,非点源产污与降雨年际变化趋势基本一致,与降雨量和降雨强度有关;各种非点源产污量大小排序为:COD>总氮>氨氮>总磷;工矿用地和城镇等不透水区域非点源产污量最大,水旱轮作农田次之。     

不同降雨-径流过程中农业非点源污染研究

以大宁河流域为研究区域,应用SWAT模型进行了流域农业非点源污染负荷的模拟计算。利用巫溪水文站2000～2004年的实测日径流和泥沙数据进行模型的调参计算,验证结果表明模型适用于大宁河流域。利用验证后的模型分析了不同降雨-径流条件下非点源污染的产输出特性。结果表明:降雨量对径流污染负荷有较大的影响,年内丰水段,非点源污染物浓度峰值和径流峰值同步出现;年内平水段,泥沙浓度、有机氮浓度和径流峰值同步出现,硝酸盐浓度峰值滞后于径流峰值出现时间;年内枯水段,非点源污染物浓度滞后于径流峰值度出现时间;降雨—径流与污染物浓度之间存在着密切的线性相关关系。     

苏州河综合调水的流量计算分析

建立了合理的苏州河水系计算节点网格,利用3年多的水文水质同步监测资料率定、验证了感潮河网的水动力学模型.应用该模型模拟计算了综合调水方案对苏州河水系的流量影响.结果表明,小潮汛时实施西引东排、大潮汛时实施东引北排,可以较大幅度地增加苏州河干流和支流的流量,为改善水质提供良好的水动力条件.     

综合调水对苏州河DO影响作用的数值分析

针对苏州河水系水质状况的特点,建立了河网水动力、水质模型.对大气复氧系数进行了灵敏度分析.利用1999年实测水文水质资料率定模型,结果表明,计算值同实测值吻合较好.对综合调水对苏州河水系大气复氧系数和D O的影响作用进行了数值计算,结果表明,综合调水可以增加河道流量,提高河道复氧能力,并能提高河水的D O浓度.     

非点源污染河流的水环境容量估算和分配

通过河流相应集水区内氮磷的各污染源分析(包括农地、畜禽养殖和生活排污等),利用输出系数模型估算各非点源的氮磷投(排)放量和入河量;采用河段氮磷输入-输出平衡关系分析方法,估算河流对氮磷的每月自净量.以此为基础,参照水功能区划所要求的水质目标,提出了水质未超标河段相应集水区的氮磷剩余水环境容量按月估算模型,和水质超标河段相应集水区内氮磷投放削减量的按月估算模型,及其在各污染源之间的分配方案.结果表明,长乐江的总氮和总磷自净量分别达到775.9 t·a^-1和30.9 t·a^-1,自净率分别为28.8%和51.2%.河流对氮磷的自净量不仅受水文生态条件的影响而表现出较大的季节性变化,而且随着污染负荷量本身的增加而提高.按照水功能区划中Ⅲ类水的水质要求,长乐江总氮含量全年超标;各非点源的总氮投(排)放量均须不同程度的削减,削减总量应达到1 581.0　t;氮源削减量分配结果表明,化肥是应削减的最大氮源,要求在河流相应集水区内的化肥氮投放削减量为1 047.4 t·a^-1;而与各种氮源的投排放现状相比,要求削减比例最高的是畜禽养殖的氮排放量,达32.4%.长乐江流域尚有一定的总磷剩余水环境容量(2 335.7 t·a^-1).根据目标水质要求,平水期是各污染源总氮投放需要削减的量最大的时期,丰水期则是总磷剩余水环境容量最小的时期.     

Streamwater phosphorus and nitrogen across a gradient in rural–agricultural land use intensity

This paper provides an overview of the impacts of rural land use on lowland streamwater phosphorus (P) and nitrogen (N) concentrations and P loads and sources in lowland streams. Based on weekly water quality monitoring, the impacts of agriculture on streamwater P and N hydrochemistry were examined along a gradient of rural–agricultural land use, by monitoring three sets of ‘paired’ (near-adjacent) rural headwater streams, draining catchments which are representative of the major geology, soil types and rural/agricultural land use types of large areas of lowland Britain. The magnitude and timing of P and N inputs were assessed and the load apportionment model (LAM) was applied to quantify ‘continuous’ (point) source and ‘flow-dependent’ (diffuse) source contributions of P to these headwater streams. The results show that intensive arable farming had only a comparatively small impact on streamwater total phosphorus (TP loads), with highly consistent stream diffuse-source TP yields of ca. 0.5 kg-P ha^?1 year^?1 for the predominantly arable catchments with both clay and loam soils, compared with 0.4 kg-P ha^?1 year^?1 for low agricultural intensity grassland/woodland on similar soil types. In contrast, intensive livestock farming on heavy clay soils resulted in dramatically higher stream diffuse-source TP yields of 2 kg-P ha^?1 year^?1. The streamwater hydrochemistry of the livestock-dominated catchment was characterised by high concentrations of organic P, C and N fractions, associated with manure and slurry sources. Across the study sites, the impacts of human settlement were clearly identifiable with effluent inputs from septic tanks and sewage treatment works resulting in large-scale increases in soluble reactive phosphorus (SRP) loads and concentrations. At sites heavily impacted by rural settlements, SRP concentrations under baseflow conditions reached several hundred μg-P L^?1. Load apportionment modelling demonstrated significant ‘point-source’ P inputs to the streams even where there were no sewage treatment works within the upstream catchment. This indicates that, even in sparsely populated rural headwater catchments, small settlements and even isolated groups of houses are sufficient to cause significant nutrient pollution and that septic tank systems serving these rural communities are actually operating as multiple point sources, rather than a diffuse input.     

基于改进输出系数模型的流域营养盐输出估算

为合理估算流域非点源污染营养盐输出负荷,针对广泛使用的输出系数模型方法,通过实测数据推算获得流域主要土地利用类型氮磷营养盐输出系数,并同时考虑流域降雨的空间差异,对模型结构进行了改进,并与GIS实现融合,构建半分布式的输出系数模型.利用该模型对太湖上游的西苕溪流域氮磷营养盐输出负荷进行了估算,结果显示,西苕溪流域TN输出负荷为2 121.3 t,TP输出负荷为49.3　t,这为太湖流域非点源污染治理提供了参考,改进的输出系数模型具有很好的时空尺度适宜性和推广性.     

概念性非点源污染动态模型(CNPDM)及其应用研究

概念性非点源污染动态模型(CNPDM)根据非点源污染的产生机理和动态过程,直接模拟了具有不同非点源产生特征与产生潜力的各类下垫面,并采用空间、时间离散化的方法使整个模拟结果具有时空差异性,从而更客观和直接地表述了区域性非点源污染的分布与程度,为非点源污染的控制及对策的研究提供了依据。CNPDM已在广东省的江门市、深圳市等地的研究中得到验证。并应用到珠江三角洲的非点源污染计算中。      

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...     

晋江流域污染负荷空间分布及关键源区识别

提出了利用水文和水质同步监测资料计算流域污染负荷空间分布的一般程序,并探讨了采用污染负荷贡献与集水区面积占比关系识别流域污染关键源区的方法,并在晋江流域进行了实例应用.结果表明:晋江下游取水口金鸡断面污染负荷主要来自东溪和西溪,枯水期CODMn、NH3-N和TP负荷分别是226.8、27.1和17.1g/s,占丰、平水期的18%~67%.丰、枯水期东溪和西溪对金鸡断面污染负荷贡献基本相当,而平水期西溪贡献显著大于东溪.晋江流域污染关键源区分别为蓬壶-长厅桥区间、长厅桥-港龙区间、横口-园美区间等5个断面区间,该关键源区识别方法不仅较好反映了污染物浓度和污染负荷在流域内的空间分布,同时还指出了主要污染物及敏感时期,可为后期的污染治理提供依据.本研究提出的污染负荷贡献计算程序以及关键源区识别方法具有较好的普适性,可为其他流域提供借鉴.     

流域氮素主要输出途径及变化特征

流域农业面源输出氮素是湖泊流域水体中氮的主要来源之一,对水环境安全造成了极大威胁.不同流域间地形、水文、植被覆盖等因子的差异及气象条件的变化,造成氮的输出途径具有流域异质性及时间变化特征.本研究以高原湖泊典型流域——凤羽河流域为例,基于2011-06~2013-05期间径流水量、水质高频监测数据,应用基流分割的方法,通过分析流域产流与氮素输出途径的季节性变化,探讨了流域氮素输出的主要途径及变化特征.结果表明,基流是高原湖泊流域水量输出的主要形式和总氮输出的主要途径;基流输出水量及总氮负荷分别占流域总输出水量的80. 0%和流域总氮输负荷的71. 1%;降雨显著增加了流域水量和总氮负荷的输出量,同时改变了总氮的输出途径;降雨导致地表径流量增加,进而使流域输出水量和总氮输出负荷中地表径流途径的比重升高;当地表径流占流域输出水量的比重约达40%以上时,流域总氮输出的主要途径由基流转变为地表径流;监测周期内,地表径流输出的总氮负荷占流域总输出负荷的比重最高达65. 6%.     

Estimation of ammonia nitrogen load from nonpoint sources in the Xitiao River catchment, China

Ammonia nitrogen (NH4+-N) is one of the three main forms of total nitrogen (TN). Most studies have estimated the load of TN from nonpoint sources instead of one specific form. The relationship between land use and concentrations of NH4+-N in runoff was analyzed using the hydraulic analysis functions of a Geographic Information Systems (GIS), and the annual loads of NH4+-N in the Xitiao River catchment were estimated according to model results. The results suggested that the calculated annual loads of NH4+-N...     

程海流域非点源污染负荷估算及其控制对策

计算流域非点源氮磷污染负荷并以此开展源解析对于寻求水体污染控制最佳管理措施具有重要意义.通过对经典的Johnes输出系数模型进行改进,考虑了降水、坡度以及污染源与水体之间距离等因素,建立了一套在资料缺乏情况下,适用于受地形、降水影响较大的高原湖泊地区的非点源污染负荷评估方法.选取云南省九大高原湖泊之一的程海作为研究对象,验证了改进输出系数模型的合理性,并对流域溶解态氮磷入湖污染负荷进行了全面的分析.结果表明:(1)2014年,程海流域溶解态氮磷入湖负荷分别是158.48 t·a~(-1)和24.70 t·a~(-1),且二者空间分布相似;(2)在土地利用方面,农业用地对溶解态氮磷入湖污染负荷贡献最大,分别是46.19%和48.16%;(3)畜禽养殖和农村生活是溶解态氮磷入湖污染负荷治理的优先控制污染源,南岸是溶解态氮磷入湖污染负荷重点治理区域;(4)若实行农村生活和畜禽养殖、化肥流失及土地利用治理,可使溶解态氮磷入湖污染负荷分别减少38.47%和40.76%.研究成果可为缺乏资料的高原湖泊地区非点源污染治理提供科学的理论依据.     

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.