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%.     

AnnAGNPS 模型应用于辽河源头小流域的主要参数确定方法

农业非点源污染已成为辽河源头区水体污染的治理重点,农业非点源污染模型AnnAGNPS(Annualized Agricultural Non-point Source Pollution Model)模拟农业非点源污染是可行的,但模拟精度取决于模型参数.本文以辽河源头区典型小流域为例,根据集水区的划分与流域非点源污染的空间分布密切相关,以不同的临界汇水区面积CSA(the critical source area)和最小初始沟道长度MSCL(the minimum source channel length)划分出不同数量的集水区进行多次模型模拟,当多种污染源负荷均趋于稳定时确定集水区单元划分数量;针对我国土壤普查数据的土壤质地体系与建立AnnAGNPS模型的土壤质地体系不同,假设土壤累积粒径成对数正态分布,利用插值进行土壤粒径的转换,采用EPIC(Erosion-Productivity Impact Calculator)模型计算土壤可蚀性因子;经多次模拟实验与野外实测数据分析,上述确定参数方法是可行的.     

AnnAGNPS模型数据库的建立及径流模拟应用——以桃江流域农业区为例

AnnAGNPS模型可以连续模拟和预测来自流域的地表径流、沉积物、污染负荷。借助GIS平台及1stOp(tFirst Optimization)工具,以桃江小流域农业区为例,详述了AnnAGNPS模型数据库(包括土壤、土地利用、地形、气象、作物管理、径流曲线等)相关参数的提取和确定过程;并基于已建立的数据库对桃江流域农业区的径流进行了模拟和适用性评价,采用的3个评价指标(相对误差Re<10%,效率系数Ens≥0.9,相关系数R2>0.9)均达到较高精度要求,表明AnnAGNPS模型适用于桃江流域研究区的径流模拟,反映了数据库建立的正确性。     

基于DEM流域河网水系的提取研究

本文介绍了一种从DEM中提取流域河网水系的实用方法。该方法首先对DEM进行预处理即洼地的确定、填充和平地的抬升；然后采用D8算法确定．DEM中每一个栅格单元的水流方向，根据水流方向数据，计算每一个栅格单元的上游集水面积，再根据给定的阈值，得出河流栅格网络图，生成需要的水系。此外，以古佛河小流域为例进行了水系提取，其结果与实际水系几乎完全匹配。     

DEM格网尺度对AnnAGNPS预测山地小流域径流和物质输出的影响

为了解流域地形空间参数和其它参数的精度对农业非点源污染模型AnnAGNPS预测准确性的影响,利用三峡库区黑河小流域观测资料校准了AnnAGNPS模型,分析了1.5-12.5m格网尺度DEM对地形参数和模型负载输出的影响.结果表明,1.5～12.5m格网尺度DEM对流域径流量、洪峰流量、总N输出影响不显著,但对泥沙、总P、有机碳输出影响显著.三峡库区类似小流域宜采用5m格网尺度DEM,AnnAGNPS模型较不适合于尺度较小、坡度较大的小流域泥沙负载预测.     

AnnAGNPS模型在潋水河流域产水、产沙的模拟评价

日益严重的土壤侵蚀造成了土地退化、水体污染等一系列的环境和生态问题,利用基于过程的数学模型已成为流域土壤侵蚀状况定量评价和控制的有效方法.利用美国农业部开发的流域尺度AnnAGNPS模型,设计了基于地形特征的cell离散方案,在多种地理数据采集和参数化的基础上,对江西兴国潋水河流域1991～2005年的径流、产沙过程进行了分布式计算机模拟.在对产水量进行径流滤波分析的基础上,分别对模型模拟的地表径流和产沙量进行了校正和验证.地表径流模拟结果多年平均相对误差为11.8%,确定性系数R2为0.94,产沙量模拟结果的多年平均相对误差为19.71%,确定性系数R2为0.77.表明AnnAGNPS能较好地模拟潋水流域年、月尺度的地表径流和产沙过程.地下径流模拟结果误差较大,其原因和地下径流模拟模块在潋水流域的适用性有待进一步研究检验.对潋水流域土壤侵蚀定量分析表明,潋水流域的年平均侵蚀模数为1 150.29.t(km2.a)-1,属于轻度侵蚀等级,流域内侵蚀较严重的区域集中分布于居民地附近和公路沿线,其水土流失与人类活动有很大关系.     

子汇水区划分精度对SWMM模拟城市非点源的影响

SWMM作为动态模拟的城市非点源污染模型,被广泛应用于城市非点源负荷估算研究,并在很多小尺度研究中取得了很好的效果。随着中国城市发展不断加快,城市非点源污染研究的空间尺度也随之变大,如何科学合理选择建模时子汇水区划分精度成为研究中一个重要问题。文章主要分析SWMM应用于城市区域非点源污染模拟时,不同子汇水区划分精度对水质模拟结果的影响,并在此基础上,以降低SWMM建模工作量并保证模拟结果的准确度为原则,对如何选择子汇水区的精度进行了深入的探讨。结果表明事件降雨为降雨输入时,子汇水区划分精度对水质模拟结果影响较大,宜采用高精度或高中精度模型;单月份和雨季连续降雨为降雨输入时,子汇水区划分精度对水质模拟结果影响较小,可以使用低精度模型。     

青山湖流域景观格局对河流氮磷营养盐影响的时空尺度效应

景观格局对水质的影响具有时空尺度依赖性,然而不同空间尺度下景观组成、景观配置及景观坡度对季节性水质的影响程度仍然不甚明了. 基于青山湖流域26个监测点的总氮、总磷、硝态氮和铵态氮数据,采用景观格局分析、冗余分析和偏冗余分析方法定量景观格局对河流氮磷营养盐影响的时空尺度效应. 结果表明：①子流域尺度内景观格局对河流氮磷浓度的解释力比在缓冲区尺度上高6.8%~8.4%,且这种作用在干季更明显. ②在子流域尺度,林地占比和居民地的散布分裂程度对河流氮磷浓度影响较大;而缓冲区尺度上,农田和居民地分布的坡度以及林地斑块的聚集度是影响氮磷浓度的关键因子. ③景观配置对河流氮磷浓度变化的独立贡献率（20.1%~36.5%）高于景观组成（4.1%~14.5%）和景观坡度（5.5%~23.7%）的独立贡献率,且景观配置对河流氮磷浓度影响随季节变化的敏感度最高,而景观坡度对河流氮磷浓度影响具有更高的空间尺度敏感性. 因此,通过景观格局调控非点源污染应从多尺度角度考虑. 研究结果可从宏观上为制定以非点源污染控制为目标的景观格局优化措施提供科学依据.     

非点源污染对重庆市綦江河流域的影响研究

本文研究，分析了非点源污染对水体环境的综合影响。应用污染物一体化迁移模型模型计算了大气沉降，地表径流水对水体污染的分担率，结果表明非点源污染不容忽视。     

Estimation of runoff and sediment yield in the Redrock Creek watershed using AnnAGNPS and GIS

Sediment has been identified as a significant threat to water quality and channel clogging that in turn may lead to river flooding. With the increasing awareness of the impairment from sediment to water bodies in a watershed, identifying the locations of the major sediment sources and reducing the sediment through management practices will be important for an effective watershed management. The annualized agricultural non-point sourcepollution(AnnAGNPS) model and newly developed GIS interface for it were applied in a small agricultural watershed, Redrock Creek watershed, Kansas, in this pilot study for exploring the effectiveness of using this model as a management tool. The calibrated model appropriately simulated monthly runoff and sediment yield through the practices in this study and potentially suggested the ways of sediment reduction through evaluating the changes of land use and field operation in the model for the purpose of watershed management.     

基于HSPF及回归模型的淡水河流域非点源负荷计算

应用分布式水文模型HSPF结合回归模型,对广东省东江流域中淡水河流域的非点源负荷进行计算.研究结果显示,模型较好地再现了悬浮泥沙(SS)、CODCr、NO3--N及TP在2010年内的通量随时间的变化过程.统计结果表明,淡水河流域的SS、CODCr、NO3--N及TP在汛期的通量对年通量的贡献十分显著,分别占年通量的86.81%、77.56%、69.83%和73.08%;NH4+-N和TN的计算结果与实测值之间拟合程度较弱,可能是由于这两类污染物与人类活动的点源排放关系密切,而本研究中所用回归方程只考虑了径流量与污染物通量之间的关系,并没有更多地考虑与人类活动相关的因素.     

Critical flow-storm approach to total maximum daily load(TMDL) development: an analytical conceptual model

One of the key challenges in the total maximum daily load (TMDL) development process is how to define the critical condition for a receiving waterbody. The main concern in using a continuous simulation approach is the absence of any guarantee that the most critical condition will be captured during the selected representative hydrologic period, given the scarcity of long-term continuous data. The objectives of this paper are to clearly address the critical condition in the TMDL development process and to compare continuous and event-based approaches in defining critical condition during TMDL development for a waterbody impacted by both point and nonpoint source pollution. A practical, event-based critical flow-storm (CFS) approach was developed to explicitly addresses the critical condition as a combination of a low stream flow and a storm event of a selected magnitude, both having certain frequencies of occurrence. This paper illustrated the CFS concept and provided its theoretical basis using a derived analytical conceptual model. The CFS approach clearly defined a critical condition, obtained reasonable results and could be considered as an alternative method in TMDL development.     

输入数据精度与准确性对SWAT模型模拟的影响

以潮河流域为研究区域,利用潮河流域1990~2013年监测数据,构建SWAT模型,在模型结构和参数不改变的情况下,探究输入数据精度（DEM分辨率）与准确性（降水插值）对径流和总氮模拟结果影响.结果显示：DEM分辨率变化（30~300m）对径流及总氮模拟效果不同,对径流模拟影响不明显,纳什系数（ENS）和R²可达到0.87以上;对总氮模拟结果影响较大,分辨率越精细,模拟效果越好.不同水文年,DEM分辨率变化对总氮负荷模拟表现不同.丰水年对总氮负荷影响较大,负荷量差异较为明显,枯水年影响相对较小;不同DEM分辨率下,年均（1993~2002年）总氮负荷强度空间分布相似,高负荷区均位于潮河中游,潮河上游及下游的负荷强度相对较低.不同降水输入数据站点分布、站网密度和准确性不同,流域内降水空间分布差异显著.总体上,基于站点较少的气象站插值数据与雨量站实测降水数据,径流和总氮模拟效果较为接近;基于SWAT官方雨量站插值数据,径流和总氮模拟效果较差.不同降水数据输入情景下,模拟的总氮负荷强度模拟的空间分布差异明显;降水量分布较高的区域,负荷量也较高;不同水文年下,不同降水输入对总氮负荷模拟表现不同.丰水年和枯水年,基于气象站插值数据的总氮模拟结果与基于雨量站实测数据的模拟结果较为接近,而基于SWAT官方雨量站插值的模拟误差较大;平水年,基于SWAT官方雨量站插值的模拟结果较气象站插值数据的模拟结果更好.该研究可为流域开展模型构建提供科学参考和借鉴.     

基于DEM数据的HEC-HMS和Vflo降雨特征模拟对比研究——以北京密云区为例

选用密云地区30 m和90 m DEM数据并运用ArcGIS软件提取该地区DEM数据的水文地理信息,通过分析水文模型HEC-HMS、EPASWMM和Vflo后选择应用HEC-HMS和Vflo模型对该地区降雨进行分析.同时,统计分析密云地区过去30年(1989—2018年)的降雨数据,并结合研究区水文情况,基于密云地区普通降雨、暴雨、大暴雨和特大暴雨的降雨数据选用HEC-HMS和Vflo软件进行水文模拟.结果表明,HEC-HMS和Vflo软件可有效地模拟密云地区的降雨情况.HEC-HMS和Vflo软件输出的仿真结果很好,仿真模型的确定系数均大于0.82.分析HEC-HMS软件输出的普通降雨、暴雨、大暴雨、特大暴雨的降雨强度及其它参数,发现降雨强度越小模拟结果越接近实际数值,基于Vflo水文模拟软件也有相同结果.这同时也说明在对暴雨、大暴雨和特大暴雨进行水文模拟时需要开发或优化相应软件来满足实际需求,最终为生态系统建设提供一定的研究基础.     

利用MODIS遥感数据反演广州市气溶胶光学厚度

利用中分辨率成像光谱仪(MODIS)数据和NASA的V5.2气溶胶业务反演算法,对广州市进行了高空间分辨率气溶胶光学厚度的反演,并应用地面太阳光度计(CE-318)观测的气溶胶光学厚度进行验证.结果表明,利用MODIS L1B数据进行高分辨率气溶胶光学厚度反演,结果精度较高.利用反演结果分析2008~2009年冬季广州市的气溶胶光学厚度时空变化特征,2008年12月的气溶胶光学厚度较低,平均大约为0.65,随后气溶胶光学厚度逐渐增大,到2009年2月,气溶胶光学厚度平均大约为1.35.广州市气溶胶光学厚度空间差异显著,在0.1~1之间变化,呈东北低西南高的空间分布特征.即森林覆盖率比较高的地区气溶胶较低.     

基于改进输出系数模型的非点源污染评估及关键源区识别：以北运河上游流域为例

非点源污染对水生态环境威胁极大,定量解析非点源污染空间分布特征和准确识别关键源区是实现其高效精准治理的基础.输出系数模型广泛应用于非点源污染的模拟,但该模型忽略污染物迁移过程中的损失量,需要进一步改进.以北运河上游流域为例,通过对非点源污染物迁移物理过程的模拟,量化产流、产沙和下渗过程中污染物的损失率改进输出系数模型,并分析Johnes、常用和改进输出系数模型的模拟精度,探究3个输出系数模型对非点源污染空间分布特征和关键源区模拟结果的影响.结果表明：(1)改进输出系数模型模拟误差(-6.79%)明显低于Johnes模型(50.44%)和常用模型(-84.01%),显著提高了非点源污染模拟精度.(2)不同输出系数模型得到的非点源污染空间分布特征和关键源区存在较大差异,改进的输出系数模型模拟结果更符合流域非点源污染特征.流域非点源污染呈西北部低东南部高的空间特征,城镇用地和耕地是主要污染源.(3)基于改进输出系数模型确定的流域非点源污染关键源区主要分布在昌平、沙河、史各庄、温泉乡北部和马连洼街道西部等区域,占流域总面积6.71%.研究可为缺资料地区的非点源污染评估和治理提供更有效的工具支撑...     

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.     

北运河粪源微生物分布特征及健康风险评价

河流微生物污染研究对流域水环境保护和公共卫生管理至关重要.本研究以海河流域北运河水系典型河流断面为研究对象,系统评估了北运河水系微生物污染特征及其健康风险.结果表明,北运河水系丰水期的粪源微生物污染严重,大部分断面菌群量超过105MPN·L~(-1),平水期和枯水期粪源微生物菌群量约为103～105MPN·L~(-1),变化不显著;流域内的农业河段粪源微生物最为严重,呈劣五类水体概率超60%,城市河段降雨前后粪源微生物含量变化更明显,部分河流断面的粪源微生物菌群量从103MPN·L~(-1)增长为106MPN·L~(-1); 2017年丰水期,北运河水系粪大肠菌群的单次暴露风险主要在0. 015～0. 035之间,莲花河、马草河、清河下、温榆河下为人体健康风险的关键敏感断面,需重点关注.