Reductions in non-point source pollution through di erent management practices for an agricultural watershed in the Three Gorges Reservoir Area

Non-point source water pollution generated by agricultural production is considered a major environmental issue in the Three Gorges Reservoir Area(TGRA) of China.The Annualised Agricultural Non-Point Source Pollution(AnnAGNPS) model was selected to assess the impact of the application of various management treats,including seven crops,five fertilizer levels and three-group management practice scenarios,on water quality from Heigou River Watershed in TGRA.The scenario subsets include conservation tillage pra...     

农业面源污染视角下的三峡库区重庆段水资源的安全性评价——基于DPSIR框架的分析

农业面源污染已成为我国流域污染的主要来源,并已威胁到城乡居民的饮水安全,影响社会经济的可持续发展.三峡库区是生态脆弱区,水资源安全对促进库区生态环境保护与区域经济社会和谐发展尤为重要.为探明三峡库区重庆段农业面源污染与流域水资源安全演进变化的过程与内在机制,根据DPSIR框架原理,运用结构方程模型进行分析,并评价了2000-2011年流域水资源安全程度.结果表明:流域水资源安全程度分为两个阶段,2000-2005年水资源安全等级从一般安全下降到很不安全,2005-2011年水资源安全等级从很不安全上升到安全,出现阶段变化的主要原因在于从2006年开始,政府认识到流域生态环境的重要性并加大了对农业面源污染的控制力度,加强了对水土流失的治理.因此,为有效地减缓农业面源污染、改善流域水体质量,需要调整农业经济发展方式和农业产业结构,依靠科学技术提高农业生产效率,降低农用化学药品的投入,推广有机农业、改善耕地质量;加强水资源监督管理,实施农业生产节水措施;进一步加强面源污染控制投入,有效控制水土流失程度以减缓面源污染,实现流域水资源安全可持续利用.     

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.     

三峡库区(重庆段)种植业污染负荷空间分布特征

以土地利用、农户访谈等数据为基础,运用化肥施用强度、单位面积污染负荷和农作物类型指数等指标,在ARCGIS和逐步回归方法的支持下,对库区(重庆段)种植业污染负荷的空间分布特征进行分析.结果表明:1库区(重庆段)种植业单位面积施肥折纯量为TN 23.25 t·km-2、TP 20.34 t·km-2,由其产生的污染负荷总量较高,达3.54 t·km-2;2种植业污染负荷总体展现出较大的空间差异,且这一分布与作物种植结构、种植业的集聚关系密切;3种植业距离区域中心点越近由施肥产生的污染负荷越高,具有"类点源"特征,且乡(镇)中心点较近区与较远区施肥产生污染负荷的空间分布差异比区(县)中心点的更显著;4(农作物类型指数、单位耕地面积产值和务农人员比例)、(农作物类型指数)和(单位耕地面积产值)分别对库区(重庆段)种植业污染负荷总量、TN和TP的影响较为显著;5除耕地流转外,其他因素对污染负荷总量、TN和TP均产生正向作用.     

三峡库区面源污染的时空特征及EKC分析

在全面核算2008~2018年三峡库区19个区县农业面源污染TN、TP排放量的基础上,分析了其时空变化特征.基于环境库兹涅茨曲线(EKC)理论,构建了基于面板数据的回归模型,探究了库区农业经济发展与面源污染排放强度的演替关系.结果显示,库区农业TN排放波动减少,TP波动增加.各区县的TN和TP年均排放量分别在374~6046t和105~1267t之间.其中,农田化肥与畜禽养殖单元的总产污贡献率达80%以上.库区TN排放强度、畜禽养殖与农村生活单元的TN、TP排放强度均存在显著的"倒U型"EKC关系,目前已跨越拐点.农田化肥TP排放强度、水产养殖与农田固废单元的TN、TP排放强度呈现显著的"直线型"EKC关系,处于与经济同步增长的阶段.建议重点升级农田化肥单元的污染防控能力,以配套推进农村人居环境的改善,促进区域氮磷减排.     

三峡库区兰陵溪小流域养分流失特征

三峡库区蓄水后,库区部分支流速度变缓,小流域面源污染已经成为库区面临的重要环境问题.本文以兰陵溪小流域的一个封闭式集水区为研究对象,监测集水区尺度典型降雨条件下氮磷流失的过程和负荷,比较不同养分流失途径,结果表明:①TN的浓度随着径流量的增加的逐渐降低,降雨停止后缓慢上升,而TP的浓度随着径流量的增加而迅速升高,降雨停止后则迅速下降;②TN的负荷流失过程和降雨量关系较为密切,TP的负荷流失受降雨强度影响较大,N素的流失以溶解态为主,而P素则以颗粒态为主;③地表径流是研究区P素和N素流失主要途径,同时壤中流对N素流失的影响也非常大;④N和P各形态的流失负荷与径流量均呈显著的线性关系;⑤集水区TP的年流失负荷为28.94 kg·(a·km2)-1,TN的年流失负荷为1 040.41 kg·(a·km2)-1。     

官厅水库周边不同土地利用方式下氮、磷非点源污染模拟研究

利用小型人工降雨模拟器 ,选择官厅水库周边 4种典型土地利用类型 ,通过进行天然大暴雨实验 ,研究了氮、磷随暴雨径流及径流沉积物的迁移过程 ,同时估算了总氮、总磷在不同土地利用方式下的流失速率 .研究结果表明 ,在相同降雨条件下 ,4种土地利用类型的产流量和沉积物产生量大小顺序均为 :不施肥菜地 >葡萄果园 >施肥玉米地 >海棠果园 ,产流量和沉积物流失量成显著正相关 .氮、磷流失速率和流失量随土地利用类型的不同表现出明显差异 ,地表径流水相TN、TP的流失大小顺序为葡萄果园 >施肥玉米地 >海棠果园 >不施肥菜地 ,其中大部分是以悬浮颗粒态形式流失 .单位面积表层 10cm土壤氮、磷流失量分别高达 17.5 3～ 41 14g·m- 2 和 1 99～ 14 2 5g·m- 2 ,其中随径流沉积物相迁移的氮、磷占绝大部分 .地表径流水相氮、磷的流失速率分别在 2 5 9～ 4 47mg·m- 2 ·min- 1 和 0 43～ 0 63mg·m- 2 ·min- 1 之间 ,而径流沉积物相氮、磷流失速率则分别高达 3 86 42～ 13 61 76mg·m- 2 ·min- 1 和 2 10 5 6～ 5 3 0 19mg·m- 2 ·min- 1 .     

三峡库区黑沟小流域非点源污染物输出的动态变化

农业施肥水平和耕作方式等流域管理措施影响非点源污染物的输出.选择三峡库区黑沟小流域60种管理措施组合,即5种化肥施用水平(FL1-现用量、FL2-70%现用量、FL3-推荐用量、FL4-70%推荐用量、FL5-30%推荐用量)、4类耕作方式(CT-传统耕作、NT-免中耕、CS-等高种植、RC-留茬覆盖)和3种年降雨模式...     

基于数据库的农业非点源污染最佳管理措施效率评估工具构建

针对流域非点源污染的关键源区,配置最佳管理措施（BMPs,Best Management Practices）是非点源污染控制的有效途径.然而,受限于研究成本和不同地区自然地理条件的差异性,通过实地监测对BMPs削减效率进行评估的研究案例还不多见.多数相关研究仅关注单一类型BMPs的效率评估,使得研究成果仅仅适用于某些特定区域.对BMPs的潜在效益进行评估,可通过收集不同区域内BMPs的削减效率信息来实现.本文采用基于文献的BMPs效率评估方法,通过整理国内154篇关于BMPs研究的文献信息,建立适用于农业流域非点源污染控制的BMPs数据库.在此基础上,采用VBA（Visual Basic for Applications）和SQL（Structured Query Language）程序语言构建BMPs削减效率评估工具箱.该工具箱适用于非点源污染控制措施削减效率的评估,能够根据不同研究区特征,给出目标BMPs的污染负荷削减量,从而为BMPs的优选提供定量依据.以密云水库上游蛇鱼川小流域为案例研究区,根据该流域的非点源污染特征,对拟采用的BMPs进行评估,结果表明：草型植物篱、25 m河岸缓冲带、河岸带畜禽活动护栏以及集中放牧等措施控制效率最高.     

三峡库区重庆段农村面源污染时空格局演变特征

论文以三峡库区重庆段21 个区县为实例,利用空间自相关及冷热点分析方法,在区县级尺度上,研究了化学肥料施用、有机肥施用、农作物秸秆、畜禽养殖、水产养殖、农村生活污水、生活垃圾和农田土壤侵蚀等8 个来源中农业面源污染化学需氧量(COD)、生化需氧量(BOD5)、全氮(TN)、全磷(TP)的时空变化特征,结果表明:① 从Moran's I 值判断,2005-2011年间,三峡库区重庆段的COD、BOD5、TN、TP在区域上一直处于较高的集聚状态,2005-2008年集聚减弱,2008-2011 年集聚增强。② 从COD、BOD5、TN、TP排放总量来看,由农业面源污染引起的COD、BOD5、TN、TP 绝对排放量,2005 年分别为15.85×10⁴、7.35×10⁴、5.50×10⁴ 和0.97×10⁴ t·a^-1;2008 年分别为10.93×10⁴、6.45×10⁴、5.60×10⁴ 和1.04×10⁴ t·a^-1;2011 年分别为14.67×10⁴、8.68×10⁴、6.94×10⁴和1.14×10⁴ t·a^-1。COD、BOD5 绝对排放总量经历了先降后升的趋势,TN和TP绝对排放总量则一直处于增长的态势。③ 从冷热点分析结果来看,三峡库区腹地是热点区域的集中区,而三峡库区库尾都市核心区是冷点区域集中区。     

丹江口水库流域非点源污染的最佳管理措施优选

研究运用SWAT模型模拟了非点源污染最佳管理措施在丹江口水库流域的减排效果.在综合考虑了各项措施的成本、占用耕地程度、控制效果等因素后,在不同等级坡度区域下运用基于信息熵的多属性决策方法对措施进行综合评价优选.根据优选结果,提出建议:在25°区域以退耕还林措施为主.研究为丹江口水库流域非点源污染最佳管理措施的实施提供了明确实际的决策支持.     

三峡库区规模化顺坡沟垄果园氮、磷输出过程及流失负荷

通过对三峡库区顺坡垄沟构型的规模化柑橘园集水区次降雨过程径流氮、磷进行动态监测,分析典型降雨事件氮和磷流失负荷,并探讨了规模化柑橘种植对土壤氮磷流失及入库河流水环境的影响.结果表明:①顺坡沟垄柑橘园集水区径流氮和磷年流失负荷分别为13.43 kg·(hm²·a)^-1和1.26 kg·(hm²·a)^-1,春季施肥及强降雨冲刷是集水区污染物高负荷的主要原因;②集水区全年总氮(TN)和总磷(TP)的EMC为8.49 mg·L^-1和0.87 mg·L^-1,超过发生水体富营养化含量标准;③春季施肥后的2场典型降雨中,长历时暴雨径流硝态氮(NN)和溶解态磷(DP)负荷为4.94 kg·hm^-2和0.28 kg·hm^-2,分别占TN和TP流失负荷的92.90%和64.69%;短历时大雨径流NN和DP负荷为0.52 kg·hm^-2和0.05 kg·hm^-2,分别占TN和TP的65.92...     

Development and application of a water pollution emergency response system for the Three Gorges Reservoir in the Yangtze River, China

There are many watercraft and production accidents in the Three Gorges Reservoir Area (TGRA) of the Yangtze River in China every year. Accidents threaten the water quality of the 1085 km2 surface area of the TGRA and millions of local people if oil and chemical leakage were to occur. A water pollution management system for emergency response (WPMS ER) was therefore designed for the management of pollution in this area. An integrated geographic information system (GIS)-based water pollution management information system for the TGRA, called WPMS ER TGRA, was developed in this study. ArcGIS engine was used as the system development platform, and Visual Basic as the programming language. The models for hydraulic and water quality simulation and the generation of body-fitted coordinates were developed and programmed as a dynamically linked library file using Visual Basic, and they can be launched by other computer programs. Subsequently, the GIS-based information system was applied to the emergency water pollution management of a shipwreck releasing 10 tons of phenol into the Yangtze River during two hours. The results showed that WPMS ER TGRA can assist with emergency water pollution management and simulate the transfer and di usion of accidental pollutants in the river. Furthermore, it can quickly identify the a ected area and how it will change over time within a few minutes of an accident occurring.     

三峡库区兰陵溪小流域径流氮磷输出及其降雨径流过程特征

以三峡库区兰陵溪农林复合系统小流域为研究对象,对小流域氮磷流失量及其浓度进行连续监测,结合丰水期次降雨分析径流氮、磷输出变化特征及其响应过程.结果表明:(1)小流域雨季径流总量为50.92×10~4m~3,输出总氮载荷为52.43kg·hm~(-2),其中以硝态氮(30.26 kg·hm~(-2))和颗粒态氮(21.61 kg·hm~(-2))为主体,输出总磷为0.10 kg·hm~(-2);(2)降雨量分布具有阶段性特征,丰水期强降雨是土壤养分输出的主要驱动,其降雨径流贡献了雨季88%的总氮和90%的总磷流失;(3)小流域土壤养分氮、磷主要经由降雨形成地表径流过程输出,占养分总流失量的68%和74%;(4)降雨径流过程硝态氮浓度与径流量表现为负相关,养分输出主要在径流过程后期;径流的氨氮、总磷浓度与降雨量显著正相关,输出主要在径流过程前期;(5)雨季流域水体总氮浓度超标,降雨或非降雨期间均属劣Ⅴ类水质.     

三峡库区及其上游流域水污染防治规划

着眼于以往规划对流域内部生态环境特征和环境问题类型差异考虑不足等问题,开展了三峡库区及其上游流域水污染防治规划研究. 构建了基于控制单元的分区、分类水污染防治技术框架,提出在划分控制区和控制单元的基础上,识别控制单元问题并进行类型划分,进而以此为导向规划治理措施. 从分区角度将三峡库区及其上游流域划分为3个控制区(库区、影响区和上游区)和49个控制单元(库区5个、影响区15个、上游区29个). 从分类角度将流域所有控制单元归类为14个预防型单元、24个改善型单元和11个治理型单元. 对赤水河遵义市控制单元(影响区预防型单元)、龙川江楚雄州昆明市控制单元(上游区改善型单元)、长江嘉陵江重庆市辖区控制单元(库区治理型单元)3个典型控制单元提出了各自污染防治方案,方案实施后,3类单元COD_Cr负荷分别削减0.78×104、1.47×104和2.78×104 t/a,氨氮负荷分别削减1 110.7、2 364.9和8 936.2 t/a,满足削减需求,各控制单元水质目标可达标.      

三峡库区重庆段总磷污染来源解析及控制对策

利用2001—2015年水质监测数据分析了三峡库区重庆段出入境断面总磷浓度的变化趋势,通过开展污染源调查和总磷通量计算,建立了总磷负荷的输入输出平衡关系,并以此判断重庆段总磷负荷的主要来源。结果表明:2001—2015年,重庆段入境断面朱沱和出境断面培石总磷浓度呈升高趋势,总磷负荷主要来自于长江和乌江的入境输入,重庆境内污染源排放总磷负荷约为12%。为保障三峡库区水质安全,有效控制总磷污染,应大力开展上下游省市的污染联防联控,加快实施流域水质综合管理。     

三峡库区(重庆段)生态系统健康评价

生态系统的健康和相对稳定是人类赖以生存与发展的必要条件. 分析了三峡库区(重庆段)生态系统的健康状况,使用3S技术获取基础地理数据,构建基于压力-状态-响应模式的三级指标体系模型,并以AHP法结合专家咨询法选取人口密度、地质灾害易发度等10项指标,进行综合得分计算并分级. 结果表明:①在生态环境调查的基础上,应用GIS空间分析方法进行生态系统健康评价具有可操作性和结果的可靠性;②三峡库区(重庆段)生态系统健康质量表现出2～4级生态系统占主体(82.6%)的特点,生态质量一般,人类社会经济活动对生态系统的健康状况造成较大影响;③生态系统健康质量水平分布表现出明显的区域差异,从行政范围来看,彭水县、巫山县较好,巫溪县、武隆县等次之,云阳市、万州区等则较差. 结合系统聚类分析方法分析三峡库区(重庆段)生态系统健康状况空间分异的成因;并从宏观尺度上提出了对该地区人为活动的不良生态后果予以积极预防和有效调控的综合对策.      

三峡库区重庆市内重点工业园区氮、磷排放特征

为了解三峡库区重点工业园污水排放现状,以重庆长寿工业园区、涪陵工业园区和万州工业园区为研究对象,对园区各主要污水处理厂排水口、排污口、入库河流以及毗邻长江干流的48个采样点进行取样并分析水质。结果表明:污水处理厂排水口$NH^{+}_{4}$-N、TN和TP年均浓度分别为2.58、13.91和0.43 mg/L;园区排污口$NH^{+}_{4}$-N、TN和TP浓度分别为18.88、29.38和4.42 mg/L;主要入库河流$NH^{+}_{4}$-N、TN和TP浓度分别为5.48、12.89和0.78 mg/L;毗邻长江干流$NH^{+}_{4}$-N、TN和TP浓度分别为0.32、5.12和0.22 mg/L。工业园区主要污水处理厂排水口及排污口氮、磷污染非常严重,是毗邻长江干流水体中的1.93~59.59倍,说明外源污染的输入对库区水质有影响。建议重庆市合理规划工业园区建设,严格控制不同工业行业废水达标排放,减少入河污染负荷,降低库区水环境风险。     

三峡库区次级河流中有机锡污染物浓度及形态分布规律

以三峡库区次级河流大宁河和小江回水区为研究区域,于2013年5月采集地表水样,采用固相微萃取-气相色谱-质谱(SPME-GC-MS)方法测定水样中丁基锡和苯基锡浓度,分析该时期库区支流水环境中有机锡污染情况.研究结果表明:该时期大宁河和小江表层水体同时检测到内分泌干扰物三丁基锡(TBT)、三苯基锡(TPh T)及它们的降解产物一丁基锡(MBT)、二丁基锡(DBT)和一苯基锡(MPh T)、二苯基锡(DPh T).大宁河和小江苯基锡污染均以MPh T为主,但大宁河丁基锡污染以MBT为主,小江丁基锡污染以MBT和DBT为主.除大昌监测点有新近的TBT输入外,大宁河和小江水体中的TBT和TPh T输入均有一段时间,且发生了明显的降解.     

三峡库区水体多氯联苯污染特征与环境交换

为了掌握三峡库区水体多氯联苯环境污染状况,在长江三峡库区分两次采集了91件水体样品,并用气相色谱(GC-ECD)内标法分析了多氯联苯(PCBs)的含量,研究了三峡库区水体中PCBs的残留水平及其环境交换。结果表明:库区水体中PCBs的含量范围为N.D.～48.67ng/L,均值为24.34ng/L(共31种),最大值出现在朝天门,为48.67ng/L;干流断面采样点PCBs的含量仅有一个点位超过了《地表水水质标准》(GB3838—2002)标准,超标倍数为1.16倍;长江支流PCBs的分布特征是,与嘉陵江有关的采样点PCBs的含量都相对较高,其次是大宁河,但与嘉陵江同等级的乌江其含量却很低;水库中PCBs的环境交换主要集中在被淹没的土壤与库区水体之间,因此三峡大坝的蓄水和冲砂会使曾经被吸附的PCBs释放出来,导致库区水体中PCBs的含量增加。