农田降雨径流污染模型探讨——以上海郊区农田氮素污染模型为例

农田降雨径流污染是非点源污染研究中的一个重要问题 ,估算其发生负荷的难度很大。通过对农田降雨径流污染模型结构的理解和适当简化不可直接建模的部分 ,对农田非点源污染物输出的重要环节———降雨径流和污染物迁移进行了模拟。根据实测资料对SCS法的部分参数作了修正 ,使小块农田的降雨径流关系适合上海的区域自然地理条件 ;采用比较完善的径流试验资料建立了相应的径流单位线 ;并利用水流流速与固体颗粒被冲刷强度的关系 ,选择合适的试验资料 ,分析得到了径流过程与氮素流失浓度的相关关系 ,从而建立了以修正的SCS法、径流单位线和径流过程与氮素流失浓度的关系为基础的农田降雨径流污染模型。在具备较长系列降雨量资料的条件下 ,该模型确定了不同降雨量频率代表年份上海郊区农田氮素的年流失量     

降雨径流面源污染年负荷预测方法的开发——以镇江古运河为例

在对镇江古运河2009~2013年的降雨量、降雨径流污染物量监测的基础上,运用回归分析建立降雨量-径流污染方程,并采用灰色理论对未来降雨量进行预测,进而得出降雨径流面源污染年负荷值。结果表明:2014~2020年间,镇江古运河降雨径流中污染物TP、NH₃-N和SS的年负荷与降雨量同向变化,2020年降雨量达到1 381.2 mm时,污染物TP、NH₃-N和SS的年负荷可分别达到217.15 t、421.4 t、5 811.87 t,数值较大;灰色理论与回归分析结合所提出的降雨径流面源污染年负荷预测方法,能够在小样本、贫信息和波动数据序列情况下,简捷有效的对降雨径流面源污染负荷进行高精度的预测,实用与推广价值较大。     

太湖地区典型小流域非点源污染物流失规律 --以宜兴梅林小流域为例

由农业产生的非点源污染是湖泊的主要污染源。为了研究太湖流域非点源污染负荷流失规律,选择了宜兴梅林小流域为研究对象,对降雨过程中径流流量及其污染物浓度随降雨—径流变化过程进行监测研究。采用统计和系统分析方法,建立径流量和非点源污染负荷输出量之间的数学统计模型,得出该流域非点源污染物流失规律,此方法可以推广到与该流域相似的其它地区的非点源污染研究中,应用于太湖流域水污染综合治理。     

基于SCS法模拟的上海郊区农田地表产流特征及原因

利用上海市近8 a的日降雨数据,采用修正的SCS模型模拟得出上海地区农田地表径流流量,分析出了上海地区农田地表产流的特征。主要结论：（1）旱地在土壤湿度为干燥、几乎饱和、饱和条件下产生地表径流临界降雨量分别为847、358、141 mm;水田的土壤湿度几乎一直为饱和状态,产生地表径流的降雨临界值为026 mm。（2）旱地和水田产流量分布形状都呈极度右偏状,旱地和水田产流最大值分别为13559和18570 mm,但是9811%的天数中旱地产流量小于10 mm,9540%的天数中水田产流量小于20 mm。年产流量在月份中分布比例大体上是以6月和8月为峰的双峰分布,这个峰有从8月向6月前移的趋势。旱地产流量相对于水田的更加集中在5～9月。（3）旱地年产流总天数在50 d左右波动,水田年产流天数在120 d上下波动。旱地连续产流的天数一般不会超过5 d,水田连续产流天数一般不会超过7 d     

基于流域地形地貌特征的分布式汇流方法

以长江三峡区间沿渡河流域为例,采用HEC-HMS水文模型系统为模拟工具,基于流域下垫面特征和水动力条件提出了一种分布式单位线方法,并应用于降雨径流过程模拟。以自然分水线划分子流域,基于DEM数据和GIS工具提取河网水系特征。采用7种模型评估指标,分别从总量平衡,过程拟合,高水流量和低水流量4个角度评判模型的模拟效果及精度,并给出了模型模拟结果的量化统计指标。模拟结果表明:25场洪水中,洪峰流量相对误差小于20%的有80%,径流深相对误差小于20%的有96%,Nash-Sutcliffe效率系数大于0.8的有84%。由此可知,提出的分布式汇流方法可有效利用流域下垫面特征和GIS工具提取模型参数信息,适应于无资料流域的降雨径流过程模拟应用。     

城市地表污染物累积和降雨径流冲刷过程研究进展

城市地表污染物是城市降雨径流污染的主要来源,其累积和降雨冲刷过程分别是沉降-悬浮-再沉降以及悬浮-沉淀-再悬浮的动态过程。描述累积过程的模型主要有线性、指数、对数等形式,其中以指数及一些变形形式发展相对成熟并得到了广泛的应用。这些模型都将雨前干期天数（ADWP）作为主要的影响因子。而描述冲刷过程的模型主要基于一级反应动力学假设,这类模型已被人们广泛接受。为使冲刷模型更接近实际,人们进一步在其中引入了雨天排污因素,并取得较好的成效。虽然城市地表径流的研究取得了较大的进步,但是目前的模型基本属于经验型或基于大量监测数据的统计学模型,尚缺对污染物输移过程的机理性描述。因此,从城市地表污染物输移过程的机理出发,建立城市地表污染物累积和降雨冲刷过程的物理模型是今后城市降雨径流污染研究工作中一个亟待解决的问题.     

贵州红枫湖大冲小流域农业面源污染负荷特征研究

为揭示红枫湖汇水区农业面源污染物氮、磷、有机物输出的一般规律,以典型农业小流域为研究对象,自2010年1~12月,对流域降雨、流域出口的径流、TN、TP、CODcr浓度进行同步监测,并对流域内各个不同土地利用类型的产污负荷进行监测分析。结果表明,流域除TP外,其他指标严重超标;监测期间小流域径流量为414×105 m3,TN、TP、CODcr入湖总量分别为2 5467、856、10 8832 kg,其日均单位排放负荷分别为577、019 、1451 kg/(km2·d);在降雨丰富、农业生产活动频繁的6~10月,TN、TP、CODcr的含量都明显高于其他月份,分别占各自总量的94.8%、73.3%、94.3%;坡耕地、天然林、疏林地产生的TN、TP、CODcr污染负荷量分别为流域入湖污染总负荷的13.38%、13.29%、13.54%,稻田、蔬菜地径流中TN、TP、CODcr含量分别为0.84~10.32、0.07~0.18、20.50~68.00;2.16~7.54、0.01~0.04、4.50~22.40 mg/L。居民生活污水中TN、TP、CODcr含量分别为13.84~50.11、3.20~5.10、35.7~207.0 mg/L,蔬菜、水稻种植、居民生活污水及禽畜养殖对流域面源污染贡献大;大冲小流域面源污染负荷与径流间存在极强的相关性     

丹江口库区坡耕地柑桔园不同覆盖方式下地表径流氮磷流失特征

以坡耕地柑桔园为研究对象,地表覆盖方式采用对照、秸秆覆盖和地膜覆盖3个处理,实验采用完全方案。结果表明,在本实验条件下,坡地地膜覆盖处理一定程度增加了径流量,而秸秆覆盖处理与对照每次降雨径流量基本相当;各处理土壤氮磷养分均有一定程度的流失,以氮素流失量较高,磷素流失量相对较低;在地膜覆盖条件下,柑桔园地表径流中N、P流失量较高,其总氮和总磷流失系数分别达0054%和0064%,而秸秆覆盖总氮和总磷流失系数最低;对不同地表覆盖方式柑桔园地表径流水体氮素形态特征分析表明,可溶性氮素占总氮的比例较高,可溶性氮素中又以NO-3 N为主,而NH+4 N所占的比重较低。以上结果说明,在丹江口库区,氮素污染风险要高于磷,防控的主要矛盾是氮,而秸秆覆盖是减少坡耕地养分流失较好的管理措施     

太湖流域农田生态系统管理与非点源污染控制

太湖是我国的五大淡水湖之一,正面临着严重的水体富营养化问题。随着点源污染得到逐步治理,农田非点源污染已成为太湖水体富营养化的主要污染源。概述了太湖流域农田生态系统管理与非点源污染控制,指出随着流域内化肥用量以及农田氮磷盈余量的不断增加,流域内农田非点源污染负荷将进一步加大。农田中的氮磷通常通过农田排水和地表径流等途径进入地表水体。为有效控制农田非点源污染,应实施科学合理的农田生态系统管理：避免氮磷肥的过量使用,适当增施有机肥和钾肥,推广应用测土配方施肥,加强微生物肥和控效肥等新型肥料的研制和推广,实行保护性耕作,合理安排农事活动时间,以此减少非点源污染物形成;调整土地利用方式,优化土地资源配置,对潜在的非点源污染物进行有效的截留。     

大盈江流域降雨径流变化趋势及原因分析

采用滑动平均法、累积距平法和Mann—Kendall检验法对大盈江流域1956年以来逐月长系列降雨、径流资料进行分析研究。结果显示：大盈江流域降雨与径流变化过程关系密切，但两者变化趋势因受气候与人类活动干扰表现出一定的差异；近45年来，降雨呈增多趋势（通过了α=0．05的M-K检验），其中9月份降雨量增多趋势非常明显（通过了α=0．01的M-K检验）；与降雨量的显著增多不同，年径流量的增加趋势不显著，其中2月份径流量显著减少，9月份径流量显著增多（均通过了α0．05的N-K检验），且年内分配不均匀程度增大。流域降雨的增加可能是由于全球气候变暖，导致南亚季风增强引起的。影响年径流量的因素较复杂，气候变化和地下径流量等自然因素是主要原因，但人类活动影响的作用正在增加。旱季人类活动对径流量影响较大。     

基于SWAT模型的昌江流域土地利用变化对水环境的影响研究

土地利用快速变化对水环境带来较大影响,定量分析土地利用与水环境污染的关系是土地利用结构调整的重要依据。利用3S技术,通过SWAT模型对1983年与2012年昌江流域的水量和水质模拟,分析了土地利用时空变化,结合氨氮、总磷模拟数据,定量分析了土地利用变化下该流域的水环境污染负荷。研究结果表明:该区域林地、草地、水域、城镇及建设用地呈增加趋势,耕地则呈减小趋势。林地占比最大,为70%左右,其次为水田。水田为水环境非点源负荷贡献的第一大来源,且其占流域略多于20%的面积,贡献了该区域总磷总量的53.48%~57.01%和氨氮总量的51.86%~56.57%;农业耕作以25%的地类面积,贡献了60%~65%的非点源污染负荷;旱地的单位面积贡献污染负荷高于林地及城镇及建设用地,表明农业非点源污染是该区域水环境非点源污染的主要来源。     

城市化与环境污染：中国省际面板数据的实证研究

对环境库兹涅茨曲线（EKC）假说进行了扩展，选取1998～2005年中国30个省（市、自治区）的面板数据，构建了6类环境污染指标同城市化水平及控制变量间的计量模型，并运用Eviews软件进行了实证检验。研究结果表明：4类污染物同城市化水平之间存在倒U形曲线关系，另外2类污染物同城市化水平之间存在正U形曲线关系，目前中国大体上已经进入U形曲线的右半段，但由于地区发展差距的存在，各地进入曲线右半段的时间不同；控制变量的加入不仅改变了转折点出现的时间，而且改变了某些污染指标同城市化水平之间的U形曲线关系；贸易开放并不一定造成环境的恶化，“污染天堂”假说在中国不成立；产业结构变动是造成环境污染的重要因素；技术进步引致的单位GDP能耗下降能减轻环境污染压力；快速的经济增长将导致更加严重的环境污染。     

基于集对分析法的农田土壤环境质量评价

集对分析是一种新的不确定性分析方法,其联系度概念具有鲜明的辨证性、完整性,使其成为处理不确定性问题的有效方法。农田土壤环境质量受多种因素影响,具有较强的不确定性,因此拟引入集对分析理论,以江汉平原后湖农场为研究对象,应用单因子指数法和集对分析法对其农田土壤环境质量进行综合评价。结果表明,研究区9种单要素污染程度依次为Cd＞Zn＞As＞Cu＞DDT＞Hg＞Cr＞Pb＞HCH,Cd为主要污染元素,8个地块已受到Cd的轻度污染,土壤中的农药残留主要成分为滴滴涕;集对分析结果显示8745%的农田是安全的,1255%的农田处于轻污染状态。整体而言,江汉平原农田土壤环境质量属清洁和安全范围,符合发展现代农业的要求。集对分析法为农田土壤环境质量评价提供了一种新的思路。     

基于水功能区纳污能力的攀枝花限制排污总量研究

实施水功能区限制纳污红线管理,控制陆域范围污染物排放总量,是保障水功能区水质达标的根本途径。针对现有水功能区划分及管理偏重考虑水体自然属性和完整性,缺乏与行政区划、陆域污染源分布的衔接,提出以水功能区划分成果为基础,综合考虑自然水系、行政区划、污染源分布情况的陆域控制单元划分方法,在此基础上,利用GIS空间分析建立水功能区与陆域控制单元的响应关系,制定基于水功能区纳污能力的陆域污染物限制排放总量方案。以攀枝花市河段为例,将攀枝花市划分为15个控制单元,19个控制子单元进行限制排污总量计算及分配,攀枝花全市COD、氨氮限制排放总量分别为17 437.6 t/a、1 866.0 t/a,与攀枝花市污染物总量控制规划成果基本一致。     

河流水污染损失补偿模型研究

我国水污染问题的突出表现之一是省际间、地区间水污染纠纷接连不断, 严重影响经济发展和社会稳定。在流域不同主体之间建立水污染补偿机制,可以把水污染造成的环境外部损失内部化,从而促使污染者在治污成本和经济补偿之间进行权衡,促进水污染治理措施的有效执行和水污染纠纷的解决。在水污染经济损失评估的基础上,以河流为研究对象,采用水环境数学模型的方法描述了污染物排放的空间影响关系,进而把超量排放的环境影响与经济影响联系起来,对模型的基本特征、处理方法和应用范围进行了讨论,并且以太湖流域范围内的京杭运河为例进行实证研究,得到了河流水污染损失补偿的数学模型。     

基于Hydrus-1D模型的太湖流域农田系统水分渗漏和氮磷淋失特征分析

在土壤水分长期定位观测基础上,应用Hydrus-1D模型对太湖流域典型稻麦轮作农田土壤水分渗漏进行动态模拟,并结合深层土壤溶液取样及氮磷浓度测定,分析了当前耕作方式下农田水分渗漏和氮磷淋失特征。结果表明,土壤水渗漏与降雨、灌溉及前期土壤含水率有关;麦季深层渗漏量小但持续时间长,而稻季单次渗漏量大却持续时间短。模拟时段内铵态氮和可溶解性总磷的淋失主要发生在稻季,淋失量分别为2.62、0.49 kg/hm²,分别占稻麦轮作期总淋失量的96.0%、96.0%,而硝态氮淋失主要发生在麦季,淋失量为57.97 kg/hm²,占总淋失量的80.2%;无机氮淋失的主要形态为硝态氮,其淋失量占总淋失量的96.4%。综合看来,硝态氮应作为主要阻控对象,以减少农田面源污染对地下水及太湖水体的污染风险。此外,氮磷淋失在6、7月份即休耕期和水稻生长早期容易达到峰值,应得到重视。     

基于SWAT模型的丹江口水库流域农业非点源污染的时空分布特征

利用SWAT模型,基于GIS技术和流域DEM,构建了丹江口水库流域农业非点源污染基础信息库,并根据实测资料对模型的参数进行了率定和验证,在确定模型适用性的基础上分析了流域农业非点源污染负荷的时空分布特征,模拟计算了流域内主要的土地利用类型的单位面积农业非点源污染负荷量。结果表明：研究区农业非点源污染负荷年内分布不均,污染负荷与降雨量具有较强的相关性,氮负荷同月径流的相关系数为0896,磷负荷同泥沙负荷的相关系数为0920;氮、磷等营养物质的流失量具有较大的空间差异性,且不同土地利用方式下单位面积的农业非点源污染有较大的差别,耕地和裸露地的单位面积污染负荷均较高,而林地单位面积的泥沙负荷污染负荷最低,其单位面积的泥沙负荷、吸附态氮、溶解态氮、吸附态磷和溶解态磷分别为715 t/hm2、892 kg/hm2、835 kg/hm2、807 kg/hm2、006 kg/hm2;设计不同的情景,模拟了不同施肥量和水土保持措施对农业非点源污染物产出的影响,与基准情景相比,发现减少化肥施用水平对研究区农业非点源污染总氮和总磷负荷削减比例较大,采取退耕还林和还草两种水土保持措施能有效减少流域泥沙负荷和农业非点源污染负荷     

前置库技术在水库水源地面源污染控制中的应用

近年来,农业面源污染对水库水源地的水质保护形成了威胁。为防治环境污染,保护水库水源地水体的水质,充分发挥资源的生产潜力,对水库水源地保护区进行面源污染控制尤显重要。前置库技术因其费用较低,可以多方受益、适合多种条件等优点,是目前防治水库水源地保护区内面源污染的有效途径之一。在考虑水库水源地特有的地形特点及其面源污染的突发性、大流量等问题的基础上,阐述了前置库系统的组成并解释其水质净化机理,提出了前置库如何选址及其库容的确定,并对前置库内部生态系统及水生生物配套工程的建设加以分析说明,最后提出了前置库技术在应用过程中存在的局限性。这种因地制宜的水污染治理技术,对减少水库外源有机污染负荷,特别是去除入库地表径流中的氮、磷安全有效,具有广泛的应用前景。