基于GIS的溶解态氮磷负荷模型研究

为了研究妫水河流域的氮磷非点源污染来源,在官厅水库周围进行了野外人工降雨实验,结果表明,氮磷输移率与径流量具有很好的相关性,溶解态氮、磷的平均相关系数分别是0.997 8和0.988 9,因此提出了新的溶解态氮磷负荷模型.从妫水河流域的土壤图、土地利用图中提取地理信息,以数字高程模型为依据,应用新模型研究了妫水河流域溶解态氮污染负荷的空间分布。结果表明,溶解态氮主要来自水浇平地,其次是低山和丘陵.     

基于非点源溶解态氮负荷估算的率水流域土地利用结构优化研究

利用区域营养盐管理模型(ReNuMa)对率水流域2000~2010年的溶解态氮(DN)负荷进行了定量估算和来源解析.在率定期和验证期,径流和DN负荷模拟的Ens和R2都大于0.9,模型具备可靠的模拟能力.结果表明,率水流域的年均非点源DN负荷为1.11×103t·a-1,负荷强度为(0.75±0.22)t·km-2.在所有土地利用类型中,水田的DN负荷强度最大[28.60kg·(hm2·a)-1],林地的DN负荷强度最小[2.71 kg·(hm2·a)-1].农业生产用地(水田、谷物、经济作物、果园和茶园)对DN负荷的贡献最大,表明人类影响下的农业生产活动是流域非点源污染的最主要来源.基于污染负荷适量削减和农业经济产值最大化原则,开展了流域2015年土地利用结构优化分析,规划结果表明在土地利用结构最优情况下,经济收益的增长依然伴随着负荷的增加,但经济产值的增幅大于DN负荷的增幅.     

三峡库区石盘丘小流域氮磷输出形态及流失通量

小流域作为三峡库区非点源污染源头,是缓解水体水质恶化的重点防控对象.在三峡库区选取具有多种土地利用类型的石盘丘小流域为研究对象,对流域出水口断面水量水质进行连续监测,分析了小流域氮、磷污染物随降雨径流流失的浓度及形态变化特征,并计算小流域的污染物流失通量,分析影响氮、磷养分流失的主要人为和自然因素,对农业非点源污染特别是三峡库区的农业非点源污染研究具有相当重要的现实意义.结果表明,流域降雨量随季节变化明显,降雨多分布在4～6月,为小流域氮、磷流失的主要输出时期,占全年总氮、总磷负荷的58.94%和67.60%.石盘丘小流域年径流总量为8.02×10~4 m~3,总氮年流失通量为5.04 kg·hm~(-2),其中以硝态氮(2.54 kg·hm~(-2))为流失主体;输出总磷为0.534 kg·hm~(-2),可溶性总磷(0.422kg·hm~(-2))占总磷流失通量的79.00%.因此,对于石盘丘小流域来说,需要注意防范施肥和降雨期重合时水田氮磷流失.     

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.     

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.     

川中丘陵区典型土地利用方式下磷素迁移的初步研究

通过野外定位观测,对川中丘陵区坡耕地、水田与林地地表径流水中磷素迁移形态、迁移通量进行了初步研究。结果表明,坡耕地、林地磷素迁移以颗粒吸附态为主,水田磷素迁移以水溶性磷为主,所有土地利用类型径流中总磷含量已超过水体富营养化的标准。坡耕地、水田和林地地表径流水中磷迁移的通量分别为0.88 kg/(hm2.a),0.15 kg/(hm2.a)与0.33 kg/(hm2.a)。     

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%.     

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%.     

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.     

基于网格单元的碧流河流域土壤侵蚀吸附态氮污染负荷研究

在ENVI、ArcGIS系统的支持下,集成土壤侵蚀模型、泥沙输移模型和污染物富集模型,建立了基于网格单元非点源吸附态氮污染负荷的通用计算方法。以碧流河流域为例,利用调查、收集的数据资料确定了模型中各计算因子,估算了流域土壤流失量、输沙量和吸附态氮负荷。结果表明:2012年,碧流河流域平均土壤侵蚀模数为1137 t/（km2·a）,平均输沙模数为295 t/（km2·a）,吸附态氮流失模数为326 kg/（km2·a）,吸附态氮流失总量为878 t,其中林地562 t、耕地285 t,分别占吸附态氮流失总量的64%和32%。为减小碧流河流域土壤侵蚀吸附态氮的流失,应进一步提高流域内林地、草地质量,在水土保持功能弱的林草地上实施工程措施。     

低施磷水平下不同施肥对太湖地区黄泥土磷迁移性的影响

对太湖地区水稻土上长达13年的长期不同施肥处理的某试验田进行了土壤全磷、树脂磷和水溶性磷的测定分析.不同处理的年施磷量为0～53kg/(hm²·a),土壤全磷为0.3～0.5g·k^-1.根据土壤磷素的质量平衡,计算表明该水稻土存在的磷素流失量为2～8kg/(hm²·a),单施化肥下的流失量最大,为配施有机肥处理的2～4倍;水溶性磷的比率在0.2%～0.4%间,且不同施肥实践对其的影响不明显.但单施化肥有使亚表层树脂磷和水溶性磷含量提高的倾向.长期施用化肥配施大量鲜猪粪使树脂磷含量提高20～40 mg·kg^-1,但与长期施用化肥配施秸秆的处理一样没有发生在有机质增加下的磷活化而提高磷流失.这些说明本地区长期单施化肥的水稻土中可能存在强烈的磷流失,且水稻土磷流失并不以水溶解发生.为了防止水稻土磷的强烈水流失而加剧农业非点源污染,要避免长期单施化肥,而应坚持和推广配施适量有机肥.     

基于SLURP模型和输出系数法的三峡库区非点源氮磷负荷预测

为研究三峡入库非点源污染的变化规律,以输出系数法为基础,引人污染负荷系数,建立了计算三峡库区上游流域非点源氮磷负荷的数学模型.将所建立的非点源负荷模型与分布式SLURP水文模型相结合.借助地理信息系统和遥感技术,对该流域土地利用/土地覆盖和气候特征下的流域水文动态过程,以及水文动态过程下该流域输入三峡库区的非点源氮磷污染负荷进行了相关预测和分析.预测结果显示:2020年由于该流域土地利用的变化,非点源氮磷污染的产生量略有减少,但地表径流量的增加使输入库区的非点源氮磷污染负荷有所增加;未来农田产生的污染物量有所减少,但农田仍然是形成氮磷负荷的最主要来源.     

基于土壤流失的农业面源TN和TP排海系数估算

以黄河三角洲为典型研究区,通过分析区域地表污染物流失风险与入海通量的关系,构建了海岸带农业总氮（TN）和总磷（TP）面源污染排海估算模型.在此基础上,计算了包含水田、水浇地和旱地等耕地类的TN和TP面源污染排海系数,验证表明输出系数估算结果较好.研究区耕地的TN和TP排海系数分别为18.33 kg·（hm²·a）^-1和1.02 kg·（hm²·a）^-1,在夏季面源污染负荷较高.子流域尺度较大的耕地类农业面源污染负荷主要位于支脉河、广利河和小岛河管控区域.TN和TP总负荷较大的行政区主要位于北部黄河口镇和永安镇;较大的单位面积负荷在西南部.因此,需要关注农业面源污染的时间效应,同时协调社会经济发展,从子流域和行政单元的角度制定综合性面源污染防控策略,陆海统筹治理海域污染.     

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.     

农田沟渠挺水植物对N、P的吸收及二次污染防治

生长在农田沟渠湿地中的芦苇和茭草对 N、有很好的吸收能力,芦苇茎叶的 N、含量分别为15.0,1.9g/kg,相当于每年吸收 818kg/hm² 的 N 和 103.6kg/hm²的 P,茭草地上部分的N、P 含量分别为 17.2,3.8g/kg,相当于每年吸收 131kg/hm²的 N 和 28.9kg/hm²的 P.对比实验发现,收割区 0～20cm 深度底泥中的有机质、总氮(TN)、总磷(TP)含量明显低于未收割区,但 NH₄ ⁺-N 和 NO₃^- -N 含量增高.植物收割改善了湿地 -的透光、透气条件,促进污染物分解转化,造成无机氮含量上升.茭白对氮磷的吸收能力也较高,每年收获后可带走200kg/hm² N,21.1kg/hm² P.以人为种植取代野生的芦苇和茭草,可获得很好的净化效果,解决植物的二次污染问题.     

AnnAGNPS模型在九龙江流域农业非点源污染模拟应用

运用连续-分布式参数模型(AnnualizedAgriculturalNonPointSourceModel,AnnAGNPS)进行中国南方山区中等尺度流域———九龙江流域农业非点源污染负荷估算和对流域过程和管理措施的模拟.利用4个典型汇水区校正模型参数,并进一步在九龙江的北溪和西溪两大支流流域验证模型的适宜性.以此为基础模拟西溪总氮负荷为24.76kg/(hm²·a),总磷负荷为0.67kg/(hm²·a);北溪总氮负荷10.28kg/(hm²·a),总磷负荷为0.40kg/(hm²·a).运用AnnAGNPS模型对典型汇水区特定集水单元、西溪和北溪流域的土地利用管理措施进行分别模拟.模拟结果显示坡地种植退耕返林后,天宝仙都集水单元92地表径流、泥沙、总氮和总磷负荷可分别削减了21.6%、25.9%、96%和79.2%;下庄集水单元93地表径流、泥沙总氮和总磷负荷削减率分别为94.1%、54.9%、99.2%,和79.7%;模拟西溪香蕉地改种双季稻,西溪总氮、可溶态氮、总磷和可溶性磷依次削减了23.83%、25.44%、9.08%和19.84%;模拟北溪流域内生猪场全部搬迁,流域出口总氮和可溶态氮的削减率分别为63.54%和76.92%.     

潮河流域景观格局与非点源污染负荷关系研究

以密云水库上游潮河流域为研究区,在HSPF模型模拟的基础上,利用CCA排序和路径分析等多种统计分析方法,分析不同水平景观格局与非点源污染过程的相关关系,确定各景观指数对非点源污染的影响和贡献程度.结果表明:潮河流域景观格局与非点源污染过程的关系密切,二者的关系与空间尺度也有着紧密的关联.景观格局指数能累积解释55％的流域非点源污染负荷变化,土地利用面积比例的影响要大于景观格局指数,耕地是污染负荷的主要贡献源,而林地和草地较能有效控制污染物的输出.污染负荷受景观的破碎化、多样性和蔓延度的影响较大,流域内的景观越破碎、类型越丰富,斑块分布越零散,污染物的输出也就越多.斑块类型水平上,影响污染物负荷的指标因景观类型不同而异,其中,斑块密度(PD)和边缘密度(ED)是影响流域非点源污染负荷的共性指标.路径分析的结果表明,边缘密度(ED)、香农多样性指数(SHDI)、聚集度指数(AI)和蔓延度指数(CONTAG)是影响流域非点源污染负荷输出的主要景观格局变量,其中,香农多样性指数对TN、TP负荷的解释能力最大.较少的人类活动干扰和斑块类型的团聚分布能减少污染物输出的风险.     

江川农场旱田改水田对水环境的影响研究

黑龙江省江川农场实施旱田改水田后,粮食产量持续上升,同时也暴露了以总氮和总磷为主的非点源污染问题。农田氮磷流失主要包括以下几个方面：降雨径流（排水）过程、土壤侵蚀和泥沙输移过程、污染物迁移转化过程。文章基于美国通用土壤流失方程（USLE）和降雨径流模型（SCS）,结合调查资料,分别估算2013年江川农场水田和旱田的总氮和总磷的年输出负荷,从而得出旱改水对水环境的影响结论。     

三峡库区非点源污染氮磷负荷时空变化及其来源解析

三峡库区是我国重要水源保护区,也是长江流域经济迅速发展区域之一.非点源污染是库区水环境恶化的主要原因,因此研究库区非点源污染状况对于区域的生态安全以及可持续发展具有重要意义.研究采用改进输出系数模型,估算库区1990~2015年的非点源氮磷污染负荷总量,分析非点源氮磷污染的时空变化特征,并通过计算各污染源的贡献率确定主要污染来源.结果表明,氮磷污染负荷量在空间上均呈现库区腹地高,库尾次之,库首最低的分布特征;氮磷污染负荷总量在时间上均呈现先增加后降低的趋势,在2000年达到最高值,2015年降到最低值;各污染源对氮磷污染负荷量的贡献率按从大到小依此为：土地利用、农村生活以及畜禽养殖;其中,旱地这种土地利用类型是非点源氮磷污染的主要来源.     

川中丘陵区不同下垫面集水区氮磷流失特征

通过对2019~2020年不同下垫面集水区(农田集水区与复合集水区)径流及氮磷浓度的连续逐日定位监测,研究川中丘陵区不同下垫面集水区氮磷径流流失过程与强度,探讨下垫面对集水区氮磷径流流失特征的影响.结果表明:不同集水区的径流过程因下垫面不同而存在明显差异,农田集水区内的水田和坑塘的拦蓄作用滞缓了汇流过程,而复合集水区中居民点、公路等不透水下垫面缩短了汇流时间,使得复合集水区的降雨径流量峰值更高,响应速度较农田集水区快12~25min,年径流深较农田集水区多28.1%;次降雨径流过程中磷浓度变化较氮更剧烈,浓度峰值出现时间较氮早约1.2h,在降雨后期磷浓度下降速度更快,降幅更大;复合集水区的氮磷平均事件浓度(EMC)、峰值浓度均高于农田集水区,且两集水区氮流失形态均以硝酸盐氮为主,占总氮的65.9%;磷流失以颗粒态为主,占总磷的67.5%;复合集水区的氮磷流失负荷分别是农田集水区的3.01和4.03倍,氮磷流失强度分别是农田集水区的1.88和2.51倍.因此,复合集水区内氮磷随径流流失的防控可能是未来川中丘陵区面源污染治理的重点.