农业非点源模型——AGNPS计算

由于非点源污染产生机制的特殊性，导致实地调查和试验研究不易实行。而数学模型方法在这一领域尤其能够体现出它的优点，其中AGNPS模型是应用较为广泛者之一。介绍了AGNPS模型的基本结构，主要包括水文、侵蚀和化学污染物的迁移3部分。     

农业非点源模型——AGNPS计算

由于非点源污染产生机制的特殊性,导致实地调查和试验研究不易实行。而数学模型方法在这一领域尤其能够体现出它的优点,其中AGNPS模型是应用较为广泛者之一。介绍了AGNPS模型的基本结构,主要包括水文、侵蚀和化学污染物的迁移3部分。     

农业面源污染模型AGNPS的应用现状及在我国应用的展望

农业面源污染具有广泛性、分散性和隐蔽性的特点，治理和监测的难度大，已成为当前水质恶化的一大威胁。本文介绍美国--农业部开发的农业面源污染模型——AGNPS模型及其应用，阐述了AGNPS模型的发展历程、优缺点、组成部分、各部分功能以及最新的版本AnnAGNPS。并对我国及三峡库区应用该模型研究农业面源污染问题作了分析和展望。     

基于SWAT模型的挠力河流域地表径流数值模拟与不确定性分析

为探究水文模型参数敏感性及模型不确定性对径流模拟的影响,运用SWAT模型对挠力河流域地表径流过程进行了数值模拟,利用SUFI-2方法评价模型参数敏感性及不确定性对模拟结果的影响,选取决定系数（R2）与Nash-Sutcliffe效率系数（E_NS）对模型精度进行评价。敏感性分析结果表明:对挠力河流域径流模拟影响最大的4个参数是CN2（SCS径流曲线数）、SLSUBBSN （平均坡长）、SOL_BD （土壤湿密度）和SOL_K （土壤饱和导水率）,表明SCS径流曲线数、土壤与地形地貌是影响挠力河流域地表径流最重要的因素。月径流模拟过程与实测水文过程拟合较好,率定期和验证期R2与E_NS分别为0.68、0.67和0.76、0.44,均达到令人满意的结果。不确定性分析结果表明:p因子为0.78,r因子为0.94,模型不确定性较小,进一步验证了模型的适用性。研究结果可为其他相似流域SWAT模型的应用及参数的率定提供参考。     

基于WARMF模型的杭埠-丰乐河流域水文模拟研究

研究了WARMF模型在杭埠-丰乐河流域(巢湖流域最大支流)的水文模拟适应性能并进行了流域水文系统分析.利用AVSWAT2000模型将流域划分为37个子流域,利用流域地貌-土壤分布对应关系、土壤剖面结构、地下水位埋深等条件,确定了子流域的平面分组与剖面土层结构,较大程度上降低了流域模型参数校准的难度与不确定性.利用2000～2003年的水文观测数据,在参数灵敏度分析基础上,对模型水文参数进行了校准与检验.结果表明,WARMF在研究区具有较好的适应性能.WARMF模型与AVSWAT2000模型的水文模拟结果对比表明,WARMF模型具有更好的日拟合性能.基于模型的模拟结果,在空间尺度上定量分析了流域从降水开始到入湖的水循环过程,在时间尺度上分析了年内降雨、径流的分布及其对应关系.流域概化、模型的校准与检验以及流域水文时空变化的系统分析方法等对流域水文、环境的模拟研究与系统分析具有探索意义.     

农业面源污染模型研究进展

介绍了USLE、CREAMS、EPIC、ANSWERS、AGNPS、Ann AGNPS、SWRRB、SWAT等常用的农业面源污染模型的研究历程,讨论了模型的基本组成、特点和现有问题。针对农业面源污染模型在数据获取、模拟结果和模型引进本土化等问题,提出了新的研究思路。对发展趋势的分析可以发现:农业面源污染模型将更多地作为大型流域集成管理模型的第一部分进行开发,并且向环境评估和管理等方面发展;新兴技术可促进模型优化,"3S"技术将成为农业面源污染模型研究的热点。     

表征全吸力范围的土壤水分特征曲线模型评估及其转换函数构建

基于非饱和土壤水力性质数据库（UNSODA）中选取的从砂土到黏土共256个土壤样本,系统性地评价了表征全吸力范围的土壤水分特征曲线模型（LIAO模型）的适用性,并构建和验证了预测LIAO模型参数的土壤转换函数（PTFs）。结果表明：（1）与传统的van Genuchten模型（仅适用于描述毛管水运动）相比,LIAO模型对不同质地土壤水分特征曲线的预测精度更高,均方根误差（RMSE）降低了约45%;（2）LIAO模型参数与土壤基本性质（如砂粒、粉粒、黏粒、有机质含量和容重）之间存在不同程度的相关性,其中参数θ_s与容重的相关性（r=-0.783,P<0.01）最强,而其余参数与粉粒的相关程度最高;（3）基于逐步回归方法构建的PTFs能够解释LIAO模型参数总变异的31%~65%,其中对θ_s的预测精度最高,经双交叉验证表明PTFs稳定性较好。研究成果可为区域（尤其是干旱和半干旱地区）土壤水文模型提供参数支持。     

降雨时间分辨率对SWAT水文模拟的影响

分别基于13个雨量站的日降雨量和小时降雨量,在率水流域建立SWAT（Soil and Water Assessment Tool）水文模型,对基于不同降雨时间分辨率的SWAT模型进行独立的参数率定和验证,在此基础上分析降雨时间分辨率对率水流域SWAT模拟性能的影响.结果表明,降雨输入的时间分辨率对率水流域SWAT模型的水文模拟性能有显著影响.小时降雨输入SWAT模型的纳什系数（NSE）和决定系数（R²）在率定期分别为0.89、0.90,在验证期分别为0.86、0.88,均显著高于日降雨输入SWAT模型对应的模型评价统计量值.究其原因,小时降雨输入SWAT模型对于峰值流量的模拟要明显优于日降雨输入SWAT模型.建议应在不同气候与自然环境条件的流域内开展类似的降雨时间分辨率对水文模型模拟性能的影响研究.     

降雨时间分辨率对SWAT水文模拟的影响

分别基于13个雨量站的日降雨量和小时降雨量,在率水流域建立SWAT（Soil and Water Assessment Tool）水文模型,对基于不同降雨时间分辨率的SWAT模型进行独立的参数率定和验证,在此基础上分析降雨时间分辨率对率水流域SWAT模拟性能的影响.结果表明,降雨输入的时间分辨率对率水流域SWAT模型的水文模拟性能有显著影响.小时降雨输入SWAT模型的纳什系数（NSE）和决定系数（R²）在率定期分别为0.89、0.90,在验证期分别为0.86、0.88,均显著高于日降雨输入SWAT模型对应的模型评价统计量值.究其原因,小时降雨输入SWAT模型对于峰值流量的模拟要明显优于日降雨输入SWAT模型.建议应在不同气候与自然环境条件的流域内开展类似的降雨时间分辨率对水文模型模拟性能的影响研究.     

方差分析法在河流水质变化特点分析中的应用

1．方法提出的意义：河流监测数据的差异主要来源于二方面：一是来样、化验等各种过程造成的随机误差；二是由水文条件（包括与水文条件有关的气候条件等）、排污量变化等因素造成的水质系统性差异。而我们在利用监测数据分析河流水质变化特点时，往往都是通过直接对比相应监测数据、不同参数平均值的差异来进行分析与说明的。用这种方法虽然简单、直观，但不能确定其差异的来源及数学统计上的显著性。为此我们提出了方差分析在水质变化特点分析中的应用，它不但能解决上面涉及到的问题，而且还能够确定各个不同分析因素在数据差异及其水质…     

Validation of an agricultural non-point source （AGNPS） pollution model for a catchment in the Jiulong River watershed, China

This study tested and evaluated the agricultural non-point source(AGNPS)model for the Wuchuan catchment, a typical agricultural area in the Jiulong River watershed, Fujian Province. China. The AGNPS model was calibrated and validated for the study area with observed data onten storms. Thedata on eight stormsin 2002 were used for calibration while data on two stormswere used for validation of the model. Considering the lack of water quality data over a long-term series, a novel method, comparing an internal nested catchment with its surrounding catchment, was used to supplement the less long-term series data. Dual calibration and validation of the AGNPS model was obtained by this comparison. The results indicate that the correlation coefficients were 0. 99 and 0. 98 for runoff, 0. 94 and 0. 95 forthe peak runoff rate of the large catchment and the small catchment, respectively, and 0. 76 forthe sediment of the small catchment only. Each pair of correlation coefficients is homogeneous for the same event for the two catchments. With the exception of the sediment yield and particulate phosphorus, the peak nmofr rate and other nutrients were well predicted. Sensitivity analysis showed that the Soil Conservation Service curve number and rainfall quantity were the most sensitive parameters, which resulted in high output variations. Erosivitv and other parameters had little influence on the hydrological and quality outputs.     

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%.     

九龙江流域森林生态修复模式建立与评价

通过对九龙江上游流域森林生态环境现状调查分析,表明：九龙江上游流域森林生态系统仍然脆弱,森林结构不舍理,林种、树种、龄级结构比例失调;林分总体质量下降,并严重导致为空间分布不均衡的破碎性和单一性的残次林;森林资源管护机制不落实,环境污染和“青山挂白”急待绿化整治。按照“绿、亮、美”要求和以人为本的原则,建立了适宜九龙江上游流域森林生态修复模式,并对实施效果进行评价。     

流域尺度氮流失的环境风险评价

采用故障树及概率分析方法,对九龙江流域氮的流失风险进行定性与定量评价.通过建立故障树定性分析了九龙江流域氮流失的主要风险来源.结果表明,氮流失风险大小主要与肥料施用、畜禽养殖废物的处置及农田耕作有关.在GIS技术支持下,通过土地利用、土壤等数据的计算,结合田间调查结果与专家意见,确定故障树基本故障事件概率,继而对氮流失风险进行定量评价.最佳管理措施模拟评价结果表明,降低施肥水平,在养殖场周边建立植被过滤带,增加河岸林截留入河沉积物等措施可以有效降低氮流失风险,在九龙江流域可以考虑优先实施.      

基于GIS的汉江中下游农业面源氮磷负荷研究

根据汉江中下游农业面源污染治理决策的需求，在大量实地观测资料区域地理与农业环境数据基础上，开发并建立了汉江中下游农业面源动态监测信息系统。以此为技术支持，运用数学模型及其与GIS相结合的技术，研究了汉江中下游农业面源污染的负荷及分布规律。     

基于PMF模型的九龙江流域农田土壤重金属来源解析

选取九龙江流域农田土壤为研究对象,运用电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)和原子荧光光谱(AFS)测定了土壤中重金属含量,通过正定矩阵因子分析模型(PMF)解析农田土壤中重金属的主要来源.结果表明,研究区域农田土壤中大部分金属相对福建省土壤环境背景值已存在一定程度的富集,部分土壤中Cd、Zn、Pb和Cu含量超过农用地土壤污染风险筛选值(GB15618-2018),且各金属在研究区不同区域(北溪流域、西溪流域和河口区)分布存在中等变异.Cr、Ni、Cu、Zn和Cd的含量在北溪流域的龙岩区域较高,Pb的含量在西溪流域较高,而Co、Hg和As的含量在河口区域较高.正定矩阵因子分析模型(PMF)得出的源成分谱和源贡献率具有非负性质,土壤中重金属实测值与模型预测值拟合曲线呈现较好相关性,结果相对合理,能满足研究需要.正定矩阵因子分析模型(PMF)解析得出:研究区农田土壤中重金属主要来源有自然源、农业活动、燃煤释放和工业活动,其对农田土壤中重金属的综合贡献率分别为37. 0%、26. 7%、17. 6%和18. 7%.     

Control division of agricultural non-point source pollution at medium-sized watershed scale in Southeast China

This paper presents the study carried out for controlling agricultural non-point source pollution (NSP) in a medium-sized watershed covering 1.47 × 10⁴ km² in Southeast China using quantitative analysis coupled with geographic information system (GIS), universal soil loss equation (USLE), soil conservation service-curve number (SCS-CN), nutrient loss equations, and annualized agricultural nonpoint source model (AnnAGNPS). Based on the quantitative results derived from GIS and environmental models, five control division units were generated for NSP control in Jiulong River watershed, namely, controlling unit for soil losses, controlling unit for livestock breeding and soil losses, controlling unit for excessive fertilizer use and livestock breeding, controlling unit for soil losses and fertilizer use, and controlling unit for excessive fertilizer use and soil losses. This study proved that integrating GIS with environmental models can be adopted to efficiently evaluate major sources and contributors of NSP, and identify the critical source areas of NSP, which enables adjusting measures to local conditions by further control division units developed through such study for control and management of water quality degradation induced by NSP in the Jiulong River watershed. __________ Translated from Research of Environmental Sciences, 2006, 19(4): 119–124 [译自: 环境科学研究]     

九龙江河流-库区系统沉积物磷特征及其生态学意义

采用沉积物磷形态的标准测试方法 (SMT)分析了九龙江北溪河流-库区系统16个站位的沉积物磷含量和形态组成,探讨了该系统沉积物磷的空间分布、形态特征及其生态学意义.结果表明,沉积物总磷(TP)的含量为387～2 092 mg.kg-1,平均1 032 mg.kg-1.以无机磷(IP)为主要赋存形态,IP占TP的48%～98%,而IP中以铁铝结合态磷(Fe/Al-P)为主,占IP的43%～99%.TP和Fe/Al-P含量呈现上游高、下游低的空间分布规律,与表层水DTP含量和陆源污染负荷的分布一致.北溪沉积物TP含量的高低主要受Fe/Al-P控制.沉积物富磷、高Fe/Al-P比例(释放潜力大)以及"上游高下游低"的空间分布特征,加上九龙江上游水体较低的氮磷比值属于藻类生长磷弱限制,极可能是九龙江水华首先在上游暴发并向下游库区蔓延的主要原因.九龙江沉积物磷的这些特征在水华过程中具有重要的调控作用和生态学意义.     

黄河支流非点源污染物(N、P)排放量的估算

为了估算黄河支流域非点源污染物的排放量,为今后黄河流域的治理提供科学的依据,对黄河流域的6个子流域(渭河流域、泾河流域、洛河流域、无定河流域、窟野河流域、黄甫川流域)进行了水样、土样和泥沙样的采集分析;结合6个子流域的多年水文资料,利用已经被证明了的平均浓度法对黄河6个子流域的氮磷污染物进行了定量描述,估算出各个流域的氮磷排放量.结果表明,95%的全磷、大于53%的全氮来自于非点源污染,非点源污染是造成黄河污染的主要原因.各流域非点源污染的发生具有明显的地域分异特征.硝态氮主要来自于渭河,铵态氮主要来自于泾河,其次是渭河.从全氮看,绝大部分氮来自于渭河和泾河.全磷则主要来自于泾河,其次是渭河.泾河和渭河是6条河流中对黄河污染物排放量贡献最大的2条河流.     

九龙江流域河流氮输出对土地利用模式和水文状况的响应

流域土地利用模式与水文状况影响河流氮的来源、迁移转化和输出,关乎流域健康与淡水生态系统服务的供给.本研究基于2010~2017年观测数据,采用流域模型、地理信息技术和数理统计等方法从多时空尺度探究亚热带中尺度近海流域——九龙江流域河流氮输出对流域土地利用模式和水文状况的响应机制.结果表明,NO₃^--N是九龙江流域河流水体主要的无机氮形态;农业和城市流域河流水体的氮浓度、输出负荷及其年际与季节变异性高于自然流域;丰水年各类流域河流水体的氮浓度和输出负荷差异总体上高于枯水年;相比水文状况,土地利用与氮年均浓度和输出负荷的正相关性更显著.总体而言,河流氮输出时空变化特征受流域土地利用模式和水文状况的共同作用.