基于HSPF模型的滇池流域非点源污染模拟

介绍HSPF模型的主要结构和功能,通过对该模型参数的灵敏度分析和参数调整,利用滇池流域各入湖河流1988,1989年的水质监测数据及相关统计资料,分别对该流域的水文、水质过程进行了模拟.结果表明,SS是滇池流域非点源污染的首要污染物,大约80%的入湖SS来自非点源.在枯水年(1988年),非点源贡献了约1/3的TN、TP入湖负荷量.而BOD的主要贡献者则是点源污染.     

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%.     

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.      

暴雨径流对新安江入库总磷负荷量的影响

为定量揭示暴雨径流对大型水库外源总磷（TP）负荷量的影响,构建新安江模型,结合TP浓度高频在线监测数据,计算千岛湖主要入库河流新安江街口断面逐日TP负荷量,并在此基础上划分暴雨径流携带TP负荷量对新安江TP年总入库负荷量的贡献.结果表明：（1）近60年来,千岛湖流域年暴雨雨量占年降雨总量的28.1%,平均暴雨频次为6.2次/a,年暴雨雨量和频次均在0.001显著性水平上呈上升趋势;（2）基于逐日流量模拟和高频水质监测数据计算的入库TP负荷量为基于逐月常规监测数据计算结果的2.9倍;（3）典型年（2020年5月1日—2021年4月30日）通过街口断面进入千岛湖的径流量和TP负荷量分别为96×10⁸ m³和1 506 t,其中由暴雨产生的径流量和TP负荷量占比分别为47.9%和69.4%.研究显示,暴雨事件对水库外源磷负荷的贡献较大,暴雨径流携带高浓度磷的汇入对水库水质和生态系统健康构成较大威胁,采用高频监测网络与水文数值模型高效融合的方法,能有效提升水库TP外源负荷量的计算精度,可为加强认识水库磷污染过程、保障水库水质安全提供科技支撑.     

暴雨径流对新安江入库总磷负荷量的影响

为定量揭示暴雨径流对大型水库外源总磷（TP）负荷量的影响,构建新安江模型,结合TP浓度高频在线监测数据,计算千岛湖主要入库河流新安江街口断面逐日TP负荷量,并在此基础上划分暴雨径流携带TP负荷量对新安江TP年总入库负荷量的贡献.结果表明：（1）近60年来,千岛湖流域年暴雨雨量占年降雨总量的28.1%,平均暴雨频次为6.2次/a,年暴雨雨量和频次均在0.001显著性水平上呈上升趋势;（2）基于逐日流量模拟和高频水质监测数据计算的入库TP负荷量为基于逐月常规监测数据计算结果的2.9倍;（3）典型年（2020年5月1日—2021年4月30日）通过街口断面进入千岛湖的径流量和TP负荷量分别为96×10⁸ m³和1 506 t,其中由暴雨产生的径流量和TP负荷量占比分别为47.9%和69.4%.研究显示,暴雨事件对水库外源磷负荷的贡献较大,暴雨径流携带高浓度磷的汇入对水库水质和生态系统健康构成较大威胁,采用高频监测网络与水文数值模型高效融合的方法,能有效提升水库TP外源负荷量的计算精度,可为加强认识水库磷污染过程、保障水库水质安全提供科技支撑.     

基于LOADEST和数字滤波的水源地基流氮素输出定量方法应用实例

地表直接径流和基流均是流域非点源氮/磷养分输出的重要水文途径.科学认识和定量模拟基流氮/磷养分输出对于准确解析水源地水体非点源污染来源至关重要.基于Load Estimator模型和数字滤波算法,建立了定量水源地基流氮素输出的方法体系.以浙江省珊溪水源地的玉泉溪流域为例,利用玉泉溪2010-01—2013-12期间逐月总氮(TN)水质监测数据和逐日流量数据,展示了该方法的计算过程.结果表明,本文建立的水源地基流氮素输出定量方法结果合理,模拟精度高,决定系数和纳什系数分别为0.83和0.80;玉泉溪流域2010—2013年TN负荷量为141.21～274.68 t·a~(-1),平均208.63 t·a~(-1),年基流TN负荷量为84.39～168.68 t·a~(-1),平均127.69 t·a~(-1);基流对玉泉溪年均TN负荷量贡献率高达60%以上,流域基流养分输出对地表水体的污染应引起足够重视.     

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.     

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.     

北京怀柔区雁栖河流域污染负荷贡献率研究

在大量野外调查和监测数据的基础上,分析评价了雁栖河流域内主要污染负荷产生量与入河污染负荷量。结果表明:雁栖河流域内主要有鱼场、餐饮企业及民俗接待较为集中的自然村等3类主要的污染源,其中鱼场排水携带的污染负荷对河道水质的影响程度最大,是流域最主要的污染源,TP、TN入河污染负荷量分别为836.6kg/a、6693.1kg/a,分别占长园河流域入河总量的79.1%、79.1%。     

基于LAM模型的多干扰特征河流磷污染源解析

针对高强度复杂人类干扰河流磷来源难以定量解析的问题,构建基于流量与污染物浓度关系模式的污染源解析模型,定量分析多干扰类型河流磷的点源和非点源负荷与时间贡献。以滇池流域的源头河流、水库干扰河流、水库-调水复合干扰河流等为例,采用LAM源解析模型建立了河流磷浓度与流量的响应关系,分析了主要河流磷的源贡献结构与时空分布特征。结果表明:2018年非点源是滇池主要入湖河流磷的主要贡献源,非点源负荷占比为53%~100%,汛期与全年差异较小;从污染源主导时间看,点源是宝象河和盘龙江大花桥-德胜桥段时间占比最高的污染源,表明低流量期间点源控制对改善水质仍然具有十分重要的意义。研究结果可为我国多种人为干扰类型河流的磷污染源解析提供方法借鉴与指导。     

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.     

潮河流域非点源污染控制关键因子识别及分区

将GIS技术、ArcSWAT模型与分析技术相结合,以农耕养殖程度较高的北京密云水库上游潮河流域为研究区,通过对流域近20年非点源污染负荷时空变异情况进行模拟,识别影响非点源污染流失的关键因子,进行非点源污染控制区划.结果表明,总氮和总磷年均负荷量分别为563.3,28.7t/a,氮磷负荷空间分布特征表现为:丰水年以地势较高且农业耕作活动频繁区域为主,平水年和枯水年表现为靠近河道的农业用地与畜禽养殖区为主.采用多因素方差分析11种不同因素对流域非点源污染负荷的影响程度表明,施肥量是影响氮磷输出的最主要的因子,坡长、土壤类型、土地利用方式及坡度是影响氮磷输出的次重要因子;针对潮河流域长期传统耕作以及化肥过量施用的现状,土壤有机磷的含量也会对总磷的输出产生一定的影响.潮河流域可划分为3个污染控制区,第1类:污染控制区(以近河道耕种区为主,面积186.74km²),第2类:污染治理区(农村生活及畜禽养殖区为主,面积23.09km²),第3类:生态修复区(高坡度强降雨区为主,面积1365.25km²).该研究结果可有效提升流域非点源污染治理的效率,为水源地流域环境保护提供参考.     

黄河流域非点源污染负荷估算与分析

以全国水资源综合规划为契机,对黄河流域非点源污染展开研究.利用3S技术,对黄河流域干、支流2000年河道及土壤等方面的空间、属性数据进行分析,结合试验监测数据,应用二元结构模型估算黄河流域不同非点源污染类型的负荷.计算结果表明:(1)2000年黄河流域总磷(TP)、总氮(TN)的非点源污染负荷已超过点源污染负荷;(2)农田是黄河流域重要的氮、磷非点源污染来源,分别占50%和64%;(3)非点源污染负荷空间分布图显示,传统牧区及黄河源区牲畜养殖造成的非点源污染比较突出;(4)城市和乡村总氮污染占流域非点源负荷的比例相对较低,而其总磷污染则对黄河流域有比较大的影响;(5)由土壤侵蚀引起的氮污染远大于磷污染.     

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.     

大尺度区域非点源污染负荷计算方法

针对我国非点源污染研究中存在的主要矛盾,即已有的实验和研究多集中在小流域和小区域范围内(10000 km2以下),而缺乏全流域尺度下的非点源污染负荷估算方法,通过分析非点源污染负荷研究中的尺度问题及其解决途径,提出了大尺度区域非点源污染负荷的计算方法,以适应规划层次下非点源污染控制和管理的需要.研究在分析非点源污染负荷产生和迁移途径的基础上,依据水文产汇流和污染物迁移过程,建立了大区域尺度非点源污染负荷估算模型;在地理信息系统(GIS)支持下,分别按城市径流、农业生产、农村居民点和畜禽养殖4种类型,计算了2000年我国10个一级水资源区的溶解态非点源污染负荷量.结果表明,2000年全国范围内非点源污染情况比较严重,耗氧有机物(以COD计)、TN、TP和NH4 -N的人河量分别达到6.65×106t、3.28×106t、1.56×106t和0.83×106t.最后,采用各流域机构的非点源污染调查数据(2000年),对模型计算结果进行了验证,结果表明,模型结构基本合理,计算结果具有一定的可靠性.     

辽河流域非点源污染空间特征遥感解析

应用遥感技术研究了辽河流域非点源污染发生特征.将环境卫星遥感数据耦合非点源(non-point Source,NPS)污染负荷估算模型,探索基于遥感像元尺度的非点源污染估算方法,目的是分析2010年辽河流域非点源污染特征,从而明确非点源污染的重点防治区和防治措施,为辽河流域水环境污染防治提供技术支持.结果表明,2010年辽河流域总氮排放量为10.3万t,总磷排放量为0.68万t,化学需氧量排放量为13.1万t,氨氮排放量为1.8万t;目前,对于辽河流域主要的非点源污染类型为农业面源;2010年辽河流域面源污染对水质污染的贡献率表现为总氮67.4%,总磷76.4%,化学需氧量39.4%和氨氮21.9%;空间分布上辽河流域的南部是污染最严重的地区,其次是东北部.本研究结合遥感技术发展了以遥感像元为基本模拟单位的非点源污染负荷估算方法,明确了2010年辽河流域的非点源污染产生量和空间分布特征,为辽河流域污染治理防治工作提供了理论依据.     

基于降雨事件监测的非点源污染对灞河水质的影响

在对灞河马渡王水文站断面5次降雨事件过程和2次非洪水过程监测的基础上,分析了灞河流域非点源污染对灞河水质的影响.结果表明:降雨过程期间,COD、总氮、氨氮、硝氮、亚硝氮、总磷指标监测平均值均小于非洪水期监测平均值.各指标负荷输移速率随时间的变化趋势和径流量变化趋势大体相同,即先逐渐增大达到峰值,再逐渐变小;各指标浓度随时间的变化规律大致为:COD、硝氮、总氮浓度先增大后减小;亚硝氮为先减小后增大,总磷的变化规律不明显.总氮、硝氮的浓度峰和负荷输移速率峰均接近或滞后于流量峰;COD的浓度峰接近或滞后于流量峰,而负荷输移速率峰接近或超前于流量峰;总磷、氨氮的浓度峰和负荷输移速率峰均接近或超前于流量峰;而亚硝氮的浓度峰变化规律不明显,负荷输移速率峰接近或超前于流量峰.采用平均浓度法计算了各指标的非点源污染平均浓度及负荷:2009年灞河流域马渡王断面COD、总氮、氨氮、总磷的非点源污染负荷分别为8707.28,723.63,245.52,43.07t.2009年灞河流域马渡王断面NSP负荷COD、总氮、氨氮、总磷所占总负荷相应的比例分别为31.86%、32.69%、42.21%、34.42%.由此可见,非点源污染在灞河水污染中占有较大比重,其对于灞河水质的影响不容忽视.     

千岛湖流域杭州段人类活动净氮、净磷输入时空分布

为探究人类活动对流域氮磷输入的影响,基于人类活动净氮、净磷输入模型（NANI、NAPI）,分析了2008~2017年千岛湖流域杭州段氮磷输入的时空变化特征及驱动因素.结果表明：年际NANI值呈上升的趋势,10a平均值为2230kg/（km²·a）;年际NAPI值呈先上升后持续下降趋势（峰值出现在2011年）.各子单元空间差异性较为显著,NANI、NAPI值均呈西高东低、南高北低的分布特征.NANI主要输入组分年际间差异显著,2008~2014年NANI的最大贡献源为氮肥施用（37.3%~39.9%）,2015~2017年最大贡献源则为大气氮沉降（36.4%~38.4%）;NAPI主要输入组分年际间较为一致,最大贡献源为人类食品和动物饲料磷输入（44.1%~48.1%）,其次为磷肥施用（40.3%~43.4%）.影响因子中,农作物种植强度与NANI、NAPI的相关性最显著,分别为0.851和0.806.各子单元NANI、NAPI与入湖TN、TP负荷强度显著相关,NANI变化可解释其63.9%的河流TN负荷变化,NAPI变化可解释其73.3%的河流TP负荷变化.因此,千岛湖流域杭州段面源污染实际管控中应重点关注NANI、NAPI值较高的汾口镇、威坪镇及浪川乡,加强氮磷化肥污染防治,实行污染控源减排策略.     

基于源汇过程模拟的鄱阳湖流域总磷污染源解析

近年来鄱阳湖磷污染问题突出,总磷超标且浓度逐年增加,成为制约鄱阳湖流域（江西）经济社会可持续发展的重要因素.为科学解析鄱阳湖总磷污染来源,耦合多污染源污染负荷估算方法和SPARROW模型,建立基于源汇过程模拟的流域污染源解析技术方法,针对鄱阳湖流域13种总磷污染源开展负荷估算、模拟校核和入湖时空贡献定量解析.结果表明:①鄱阳湖总磷负荷以陆域输入为主（占90.8%）,主要污染来源为农业和城镇生活源,贡献率分别为56.4%和30.6%;污染来源按贡献率的大小排序依次为种植业（29.3%）>城镇生活（24.6%）>畜禽养殖（17.2%）>水产养殖（9.9%）>内源释放（6.9%）>城市径流（6.0%）>农村生活（2.2%）>工业企业（1.6%）>其他源（0.46%）.②在空间贡献方面,总磷入湖负荷主要来自于滨湖区和赣江集水区,贡献率分别为33.5%和31.8%,其他集水区总磷贡献率较小（合计为25.5%）,湖体贡献率为9.2%;同时,不同子流域污染源贡献结构也存在空间差异性.③在时间贡献方面,总磷入湖负荷量呈季节性波动特征,贡献峰值多出现在6月,雨季（3—8月）陆源输入负荷占全年的70%.④所构建的基于源汇过程模拟的污染源解析模型可用于流域水污染来源成因精细化解析.研究显示,鄱阳湖总磷污染来源具有明显时空差异性,建议围绕滨湖区和赣江集水区等高贡献区域设立优先管控区,重点针对种植业、城镇生活、畜禽养殖和水产养殖源,制定磷污染源汇过程减排政策措施,以改善鄱阳湖水环境质量.      

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.