长乐江流域非点源氮素污染的关键源区识别

以浙江长乐江流域为研究对象,基于2007-2009年的野外监测、调查、分析结果,构建了ArcSWAT模型所需的各类空间数据库和属性数据库,实现了基于ArcSWAT的流域径流、泥沙和氮污染过程动态模拟,定量识别了非点源氮素污染的关键时期和关键源区.结果表明,模型在校正和验证期对径流、泥沙和氮污染过程模拟的效率系数≥0.5、决定系数≥0.6、相对误差＜20％,能满足研究和管理工作需要.雨季(6-8月)的累积氮入河量约占了全年人河总量的50％,是流域氮污染的关键时期.在流域所含的7个乡镇中,崇仁镇、鹿山街道和甘霖镇单位面积的年均氮入河量最大,分别为42.8、48.5和43.7 kg·hm-2·a-1,是流域氮污染的关键区域.在该关键区域中,土壤氮库、大气沉降与氮肥施用产生的氮对氮入河总量的贡献率分别为23％、29％和38％,是需要重点关注的氮源.以上关键时期和关键源区定量识别结果,为实现流域氮污染有效控制提供了重要科学依据.     

海岛非点源污染负荷估算方法研究

基于流域单元思想,提出一种非点源污染负荷估算方法：借助GIS提取模拟河网,识别流域边界,并划分汇水区和子流域,为流域非点源污染的估算提供基础的数据平台.在此基础上,与土地利用专题图叠加,计算各子流域内不同土地利用类型的面积,构建非点源负荷系统,利用各污染排放系数和入海系数,结合多年的降雨量,并引入坡度因子作为限制条件,估算污染负荷总量.结果显示,南长山岛非点源全氮、全磷年负荷量分别为11539kg和2025kg.氮污染中,各污染源强的贡献率依次为居民生活> 大气沉降> 土地利用> 畜禽养殖;磷污染中,各污染源强的贡献率依次为居民生活> 土地利用> 大气沉降> 畜禽养殖.基于此,探讨海岛地区非点源污染排放特征及对水环境质量影响,可为海岛地区污染物总量调控和环境健康发展提供一种技术方法.     

云蒙湖流域土地利用变化对非点源氮污染负荷的影响

以临沂市水源地云蒙湖流域为研究区域,利用人工模拟降雨实验,结合输出系数模型获取流域内各土地利用类型氮素输出系数,在GIS和RS支持下,分析近25年来土地利用变化对非点源污染氮素负荷时空变化的影响.结果表明,1986、1995与2010年非点源污染氮素负荷分别为3.77×103、4.45×103、5.5×103t,呈上升趋势;从土地利用类型来看,耕地非点源污染TN逐年增加,其贡献率也逐年增加,贡献率由1986年的80.11%,1995年82.60%上升至2010年85.59%,林地、草地TN变化较小,贡献率呈减小趋势,居民用地TN增加幅度大,但由于面积较小,其贡献率较小;就子流域而言,耕地面积比例高的子流域,氮素污染负荷增加程度较大;流域耕地与氮素负荷呈显著正相关,对氮产出负荷起＂源＂作用,林地、草地与氮素负荷量呈负相关,对氮产出负荷起＂汇＂作用.因而,可通过调整土地利用结构以减少和控制流域氮流失对水体环境的污染.     

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.     

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.     

浑河流域沈抚段氮素污染综合溯源研究

通过对浑河流域沈抚段水体样品和主要污染源样品采集及检测,结合氮氧双稳定同位素及SIAR模型,统计分析研究区域氮素污染现状及氮素污染来源,绘制典型污染源的δ15N、δ18O特征分布图并估算其贡献率,准确追踪和定量外来性氮,从而更好地控制进入浑河流域的氮负荷.结果表明,浑河流域沈抚段受排污口、支流输入、工业废水的影响较大,氮素污染严重.研究区域δ15N值在-5.23‰~33.8‰范围内波动,δ18O值变化范围较大,为-4.12‰~61.54‰.工业废水对氮素贡献率为20.6%~96.3%,贡献率最高,其次是生活污水与粪便、化学肥料、土壤,贡献率分布范围分别为0.3%~29.4%、1.2%~33.5%、1.7%~30.1%,大气沉降对氮素贡献率最低,为0~7.2%.考虑大气污染及污废水排放规律能更准确的确定氮素的污染来源.     

木沥河流域氮素污染及其污染源解析

为甄别粤港澳大湾区木沥河流域氮污染物来源,本研究应用铵盐同位素示踪技术、硝酸盐同位素示踪技术和多元线性混合模型等方法有效识别了该流域氮素来源的变化.结果表明,木沥河流域氮素污染严重,木沥河水体NH~+_4-N和NO~-_3-N浓度显著高于上游两条支流;除此之外,大坑山支流断面和木沥河下游养殖区断面虽无明显人口居住,仍然面临较高的氮素污染风险.铵盐同位素和硝酸盐同位素定性分析结果表明,木沥河流域氮素污染主要来源于土壤、肥料、大气颗粒物和动物及人排泄物;多元线性混合模型计算结果显示,大坑山支流上流处氮素主要来源为大气沉降,其贡献率在80%左右;鸡笼坑支流上游土壤有机氮平均贡献率可达33%,大于大坑山支流(9%)和木沥河(24%);大坑山支流下游、鸡笼坑支流下游和木沥河中上游污水及粪肥对氮素污染贡献率最高可达70%;值得注意的是,养殖区断面远离人口聚集地,各种养殖已被清理,但污水及粪肥的贡献率仍高达56%,远高于木沥河下游的淡水河水闸断面(3%),这可能要归咎于沉积物中残留的禽畜排泄物.本研究定性和定量地分析了木沥河流域氮素来源,为大湾区的水质管理和污染源治理提供了理论依据.     

流域内污染负荷分布的评价模型研究 ——以密云县蛇鱼川小流域为例

在引入欧洲学者建立的潜在非点源污染指数模型PNPI的基础上,根据我国的社会经济条件和流域状况对其进行了土地利用类型扩展、土地利用类型比对和土壤渗透性等级划分等3个重要改进,建立了一个评价流域污染负荷分布的潜在污染指数模型PPI(Potential Pollution Index),并在北京市密云水库流域典型的3个小流域——曹家路、黄土坎和蛇鱼川进行了初步应用和分析验证.研究表明,改进后的PPI模型能够综合考虑养殖场、旅游区等各种污染源对河流水质的潜在污染影响,可用其评价流域内各种污染源对河流造成的潜在污染的空间分布.     

小流域大气氮干湿沉降特征

大气氮沉降是陆源污染物和营养物质向水生生态系统传输的重要途径之一.在人类活动影响较大的流域,大量氮素通过大气沉降的形式输入到水体中,能够对地表水体的营养结构、水生生物的生存环境等造成严重的负面生态效应.本文以密云水库石匣小流域为例,采集并分析了研究区大气氮沉降(颗粒态干沉降与湿沉降)样品,探讨了该流域大气氮沉降通量的变化特征及其主要影响因子,进而明确了大气氮沉降对流域氮输入的贡献程度.结果表明:(1)石匣流域大气氮总沉降(颗粒态干沉降与湿沉降之和)呈现出明显的季节变化特征;对湿沉降而言,总氮、氨氮在夏季沉降通量最大,溶解性有机氮沉降通量在春季最大,而硝态氮季节变化并不明显;对颗粒态干沉降而言,总氮和氨氮的沉降通量在冬季最高;硝态氮在不同季节变化不明显,但其沉降趋势与总氮基本一致;溶解性有机氮在秋季出现最高值.(2)该流域氮沉降通量为43. 14 kg·hm-2,其中湿沉降通量占39. 85%,颗粒态干沉降通量占60. 15%.(3)降雨和风速条件是影响大气氮沉降的重要影响因子,其中雨量和雨强与氮湿沉降浓度均呈明显的负相关关系;对颗粒态干沉降而言,监测期内平均风速是影响颗粒态氨氮干沉降通量的重要因子.(4)大气氮沉降占该流域总的氮素输入量的15. 09%,是仅次于畜禽养殖和农村生活的重要污染源.本研究结果可为密云水库上游流域氮素综合管理提供科学参考.     

北沙河上游流域氮、磷污染风险空间分布特征解析

非点源污染是全球水环境污染治理面临的严峻挑战之一,氮（N）、磷（P）污染是非点源污染重要的组成部分,解析N、P污染风险空间分布特征是非点源污染治理的关键.本研究以北沙河上游流域为例,采用输出系数法综合估算区域不同土地利用类型、畜禽养殖和居民生活的N、P污染负荷,将其视为污染源因子指标以替代潜在非点源污染指数（Potential Non-point Pollution Indicator,PNPI）模型中的土地利用指标,利用改进后的PNPI模型解析该流域N、P污染风险空间分布特征.结果表明：(1)研究区N、P污染风险皆呈东南部居民区高、西北部山区低的空间分布特征;(2)P污染主要源自居民生活,N污染主要源自土地利用输出,各土地利用类型中耕地输出的N、P污染量最多;(3)N、P污染极低风险区面积占比最大,面积占比分别为59%和56%,极高风险区面积占比最小,分别为5%和3%.研究结果有望为北沙河上游流域非点源N、P污染防治提供依据,为流域综合治理提供参考.     

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.     

基于GIS和模型的流域非点源污染控制区划

采用GIS技术和USLE,SCS-CN,污染物流失经验模型及AnnAGNPS机理模型相结合,对农业集约化程度较高的南方中等尺度流域进行农业非点源污染控制区划.结果表明:利用GIS和经验模型回答了流域农业非点源污染氮磷来源与贡献,标识了农业非点源污染氮磷等污染物的关键源区,发挥了经验模型所需模型参数少、研究尺度较大、效率较高的优点,通过GIS的栅格数据空间分析功能,实现了流域非点源污染的分布式模拟,识别了NPS的关键源区.借助AnnAGNPS机理模型,在模型得以校验的前提下,模拟了非点源污染管理措施方案.以模型和GIS的定量结果为依据,对九龙江流域农业非点源污染控制进行了区划,共划分了水土流失控制区、生猪养殖+水土流失控制区、化肥施用+生猪养殖控制区、水土流失+化肥施用控制区及化肥施用+水土流失控制区5类控制单元.      

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.     

海河流域农村非点源污染现状及空间特征分析

采用污染排放系数法估算了2008年海河流域农村生活源、畜禽分散养殖、农田化肥流失3个主要农村非点源COD、TN、TP和NH3-N 4种污染物的排放量,并对其排放强度和空间分布特征进行了分析.结果表明,海河流域农村非点源污染源排放COD、TN、TP和NH3-N总量分别为2435826, 3042079, 540568, 1798760t/a,平均排放强度分别为11.10, 13.97, 2.98, 8.28t/(km2·a).海河流域内河北省的3个农村非点源的4种污染物排放量均居首位,农村居民生活源对海河流域非点源污染贡献最大,是流域非点源污染控制最主要的对象;子牙河水系农村非点源污染物排放总量最大,而徒骇马颊河水系排放强度最大,是海河流域内污染最严重的水系,其首要非点源污染源是山东省的农村生活源.流域内非点源污染排放量和排放强度均呈现区域性分布,山区和平原区分别呈现出低污染等级和高污染等级.     

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.     

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.     

涪江流域农业非点源污染空间分布及污染源识别

采用输出系数模型,借助地理信息系统技术,对涪江流域的农业非点源污染进行了模拟,分析了流域非点源污染的空间分布特征,并对主要污染源进行了辨识,以期为流域非点源污染控制与管理提供决策支持.研究表明,2010年研究区农业非点源总氮污染负荷为9.11×104t,全区平均负荷强度为3.10 t.km-2;农业非点源总氮负荷总量最主要分布在旱地、绵阳市和缓坡区,农业非点源总氮负荷强度的高负荷区为旱地、德阳市和缓坡区;农业用地的化肥流失是污染的首要污染源,贡献率为62.12%,其中旱地的化肥流失是最主要来源,贡献率为50.49%.可见,改进粗放的农业耕作方式、积极推进"退耕还林"、合理处理养殖废水、集中收集农村生活污水等是研究区非点源污染有效的控制措施.     

基于MEA情景的长江流域氮平衡及溶解态无机氮通量:流域-河口/海湾氮综合管理

以长江流域氮循环为研究对象,基于千年生态系统评估框架下的4种情景,预测了2050年长江流域的氮循环在不同驱动因子作用下的未来变化趋势,并提出长江流域生态系统的优化管理的建议.研究结果表明,在1970—2010年期间,长江流域氮输入量增加了5倍,长江向河口输出的溶解态无机氮(DIN)通量增加了8倍,流域土壤中的氮已经达到饱和并且氮过剩量持续增加,流域对氮的截留率下降,水体输送的DIN通量增加,区域氮循环失衡问题日益严重.在千年生态系统评估框架下,预测在2050年,在采取积极措施的预测情境下,河流向河口和近海输送的溶解态无机氮通量将会比2000年有所下降,而在消极应对的预测情境下,河流向河口和近海输送的溶解态无机氮通量将会继续增加,从而加剧河口和近海地区水体的污染程度.非点源氮输入将是长江溶解态无机氮输出通量的主要来源,其中以化肥氮输入为主,其次为禽畜粪便氮输入,贡献率最低的是点源污水氮输入.情景预测及源解析研究表明,2050年长江流域-河口/海湾氮污染控制的重点在于减少长江下游-太湖流域、沅江-湘江-洞庭湖流域、赣江-鄱阳湖流域及岷江流域的化肥及畜禽粪便排放,2050年要实现长江水系水质全面达标,长江流域的氮输入量需要削减29%,其中长江下游-太湖流域削减40%,汉江流域削减43%,沅江-湘江-洞庭湖流域削减31%.从子流域尺度制定氮污染管理策略更适用于流域-河口/海湾系统框架下的综合管理.     

北运河上游非点源污染负荷模拟与最佳管理措施评估研究

非点源污染是水污染的重要来源之一,揭示非点源污染负荷空间分布特征、筛选并布设最佳管理措施(best management practices,BMPs)对水污染的高效治理有至关重要的意义. 北运河作为北京市重要的排水通道和连接京津冀的重要生态走廊,加强北运河上游非点源污染治理对北运河流域的水质改善至关重要. 然而,当前缺乏针对非点源污染关键源区内布设不同BMPs生态效益评价的研究. 因此,为了解析北运河上游非点源污染空间分布特征,评估关键源区布设不同措施的生态效益,本文基于SWAT模型定量模拟了2019年北运河上游总氮、总磷负荷空间分布特征,并采用单位负荷指数法识别了非点源污染关键源区,同时评估了关键源区布设不同BMPs的总氮、总磷削减效果. 结果表明:①2019年北运河上游流域产生的总氮、总磷负荷分别为126 444.22和12 394.76 kg,呈东南高西北低的空间分布特征,主要来源于城镇用地、耕地和果园等地类. ②北运河上游关键源区分布在东南部17条子流域,占流域总面积的13.16%,产生的总氮、总磷负荷分别占全流域的39.16%和38.10%. ③1/5面积比植被缓冲带的总氮、总磷削减率最高,分别为38.20%和40.37%;2 km河道植草的总氮、总磷削减率最高,分别为19.47%和50.90%;由于关键源区范围内农地面积较小(9.62%),化肥减施措施下污染物削减较低. 研究显示,非点源污染关键源区主要分布在人类活动较多的流域东南部,可通过布设合适的植被缓冲带和河道植草措施,降低关键源区非点源污染负荷.      

基于SWAT与DNDC模型对比研究亚热带流域氮淋溶与输出过程

本研究通过对亚热带香溪河小流域的氮输出进行长期监测,并通过DNDC与SWAT模型对流域氮素流失进行对比模拟研究,以期为合理建立适合亚热带流域氮循环模型提供科学依据.结果表明:(1)影响DNDC模型模拟小流域内氮素流失的关键参数包括降水、坡度以及氮肥施用量,而影响SWAT模型模拟的关键参数包括地下水滞后系数、最大冠层截留量、基流系数和土壤蒸发补偿系数;(2)DNDC模型模拟小流域内2014年的径流量、TN和NO-3-N排放量与实测值的偏差分别为5.19%、8.10%和71.70%,SWAT模型模拟小流域内2014年的TN、NO_3~--N和NH_4~+-N的排放量与实测值的偏差分别为2.04%、14.29%和8.89%;(3)通过对SWAT与DNDC模拟结果对比分析香溪小流域氮素流失时空分布特征,进一步耦合了DNDC和SWAT模型,有助于提高亚热带流域氮素流失模拟精确度.