漳卫南运河流域非点源污染负荷估算及最佳管理措施优选

制定实施流域TMDL(total maximum daily load)计划的一项关键技术就是借助水文模型量化流域非点源污染负荷,设置BMPs(best management practices),实施非点源负荷削减.采用构建的SWAT模型估算了漳卫南运河流域不同水平年(丰、平、枯)非点源负荷大小,分析了非点源负荷的空间分布特征.丰水年总氮非点源负荷占总负荷的0.07%,总磷非点源负荷占总负荷的27.24%.空间上,流域非点源输出负荷较大的区域主要为具有一定坡度的农业用地和城镇居民用地.对照基准情景非点源输出负荷,通过对47种不同BMPs控制措施的模拟,核算出不同BMPs对8个优先控制子流域的有机氮、有机磷、硝酸盐氮、溶解态磷和矿物磷共5种污染物的削减效率.通过对比分析不同BMPs的费用效益,优选出漳卫南运河流域最佳的总氮和总磷污染物削减措施为修建植被型沟渠,其TN、TP单位削减费用分别介于16.11～151.28元.kg-1和100～862.77元.kg-1之间,该项措施是47种BMPs中最经济有效的.相关研究结果可以为流域非点源污染负荷削减提供科学依据,为流域水环境改善和水生态修复提供技术支撑.     

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.      

中国湖泊富营养化防治策略研究

随着湖泊富营养化的加剧,藻类水华暴发的频率也越来越高,规模越来越大,成为制约中国社会和国民经济持续发展的重大环境瓶颈问题,前景堪忧.本文从全国湖泊流域整体层面出发,分析制定基于生态分区的营养物基准和富营养化控制标准,以富营养化控制标准为依据,建立全国不同分区的营养物总量控制和生态修复体系,提出全国湖泊营养物削减和富营养化控制的国家方案,希望为中国湖泊富营养化防治工作提供借鉴.     

不同河岸带修复策略对氮磷非点源污染的净化作用

选择北江的重要支流流溪河流域为研究对象,基于现有河岸带对非点源污染削减作用的模拟结果,采用情景分析法,预测不同河岸带修复策略对非点源污染的削减作用,使用效益-成本指数表征TN和TP削减率提高幅度与增加河岸带面积的关系,比较不同河岸带修复策略的效率.结果表明:河岸带对TN和TP的削减能力具有较大的空间差异性.各修复情景都在不同程度上提高了河岸带对TN和TP的削减率(TN:23.36%~30.72%;TP:27.19%~39.86%),河岸带增加总面积与削减率呈现对数增长关系(P<0.05).选择综合考虑了流域非点源负荷量以及河岸带状况的优先修复子流域进行河岸带修复时,效益-成本指数达最高为1.19%.     

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%.     

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.     

基于流域尺度的农业非点源污染物空间排放特征与总量控制研究

农业非点源污染是导致流域水质恶化的重要原因之一.依据农业污染源主要污染物空间排放特征和排放强度分析,划分农业非点源污染空间管理分区,并研究设计分区污染物总量控制方案,是提高农业非点源污染控制成效的重要途径之一.以湖北省四湖流域为研究案例区,系统开展了流域尺度的农业非点源污染空间排放特征识别与总量控制研究.结果表明,四湖流域水环境COD、总氮、总磷、氨氮负荷主要来自于农业非点源污染,4类非点源污染物分别占到流域污染物排放总量的67.6％、 82.2％、 84.7％和50.9％.对四湖流域非点源污染物空间排放特征分析结果表明,水产和畜禽养殖业发达的洪湖、监利、潜江、沙洋地区是流域非点源污染物的主要贡献源区.根据污染物在流域空间上的排放特征和源强评价结果,将四湖流域划分为3个农业非点源污染管理分区,即长湖上游水产和畜禽养殖污染重点控制区、四湖干渠农村非点源污染综合控制区和洪湖水产养殖污染重点控制区,针对不同管理分区分别提出了污染控制措施.基于水质改善和水体纳污能力综合考虑,设计了针对3个非点源污染管理分区的总量控制方案,分阶段实现监测断面全指标达标和满足水体纳污能力要求.主要污染物中,COD主要削减区域为四湖干渠区和洪湖区,分别占到流域COD削减量的43％和42％;氨氮主要削减区域为四湖干渠区,占到氨氮总削减量的66％;总氮主要削减区域为四湖干渠区和洪湖区,分别占到流域总氮削减量的42％和31％;总磷主要削减区域为四湖干渠区,占到流域总磷削减量的53％.     

富营养化控制标准经济分析方法研究

中国湖泊富营养化控制标准制定过程中,经济分析应该被考虑其中。该文对湖泊富营养化执行过程中的经济影响因素进行了分析。具体采用系统动力学对富营养化控制标准经济因素进行分析,以洱海流域水环境和社会经济状况的基本数据为基础,结合流域经济发展、污染物负荷情况、治理难度与投入的综合比较,推荐适宜当地的经济发展模式。把洱海Ⅱ类水质计算水环境容量输入系统动力学模型,按照推荐经济发展模式进行模拟,估算营养物削减量,并对营养物削减工程投资做出预算。通过系统动力学模型模拟出控制标准经济评估指标体系的变化趋势,得出控制标准实施对经济的影响是否重大。为不同规划期污染物削减方案及富营养化控制标准的科学合理执行提供依据。     

中田河流域景观异质性对水体总氮浓度影响研究

土地利用变化使输移至河流的营养盐负荷发生变化从而导致地表水水质变化.研究景观异质性对营养负荷的影响程度对改善水质的最佳管理措施至关重要.本研究从2013年1~12月,对中田河流域干支流水系20个监测点的地表水总氮浓度进行了周年定点监测,考虑到流域单元的嵌套关系,选择7个土地利用结构和13个景观格局指数,探讨了景观异质性对中田河流域水体总氮浓度的影响.研究表明:1建设用地和草地对总氮浓度有重大影响,表现为建设用地会恶化水质,而草地可以改善水质;2景观斑块-形状指数、景观斑块-面积指数和建设用地是景观尺度上影响流域总氮浓度的主要因素;3回归分析进一步显示建设用地和景观斑块-面积指数对总氮浓度的贡献分别是67.31%和32.69%.     

基于SWAT模型以北运河上游流域氮负荷削减为重点的山水林田湖草修复措施配置研究

利用SWAT模型对北运河上游流域进行模拟分析,评估了 4类10项24种山水林田湖草生态治理措施对氮负荷的削减效果及山水林田湖草系统治理措施效果.结果表明,径流率定及验证纳什系数(NSE)＞0.50,相对误差(PBIAS)≤±40％,泥沙量、氮负荷总体PBIAS≤±40％,SWAT模型对径流、泥沙、总氮的模拟值与实测值展...     

基于多准则决策的长江经济带国土空间脆弱性与恢复力研究

科学评估国土空间脆弱性与恢复力并解释其时空分布特征,能为国土空间开发与保护相关决策提供参考。采用综合指数法和有序加权平均(Ordered Weighted Averaging, OWA)法分别评价和模拟长江经济带市域国土空间脆弱性及国土空间恢复力,并对二者的组合情况进行综合分析。结果表明:(1)2008-2017年间长江经济带国土空间脆弱性指数有明显下降趋势,累计下降率为16.49%,脆弱性指数从西向东逐步下降;(2)长江经济带"生态优先型""维持现状型""开发优先型"政策情景下国土空间恢复力分别处于较高(占47.22%)、中等(占35.19%)、低恢复力(占99.07%)水平;(3)长江经济带国土空间以低脆弱性—中等恢复力、低脆弱性—较低恢复力为主导,占30.63%,国土空间整体脆弱性低,恢复力处于较低至中等水平。     

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.     

调蓄经济植物湿地技术在农田径流污染控制中的工程应用及评价

为评价调蓄经济植物湿地技术在农田径流污染控制中的运行效果和经济效益,采用现场调研长期跟踪监测调蓄经济植物湿地进、出水水质和水量变化,深入探索其营养盐质量浓度分布特征及其去除效能.结果表明:①调蓄经济植物湿地能够有效截留营养盐,稳定出水水质,2015年7月-2017年4月出水ρ（TN）、ρ（TP）和ρ（COD_Cr）平均值分别为1.2、0.07和17.0 mg/L,TN、TP和COD_Cr去除率分别为65.8%、75.5%和41.3%.②不同调蓄量下TN和TP去除率随着进水水量的增大而减小,表现为枯水期>平水期>丰水期;COD_Cr去除率与调蓄量之间呈负相关,表现为丰水期>平水期>枯水期;在调蓄经济植物湿地中单位面积TN、TP和COD_Cr去除负荷量表现为丰水期>平水期>枯水期.③调蓄经济植物湿地中莲藕、海菜花和螺蛳产量分别为26.25、22.50和2.46 t/（hm2·a）,氮、磷去除总量分别为275和30 kg/（hm2·a）.研究显示,调蓄经济植物湿地能够有效截留氮、磷,在不同水文期均有良好的净化效果,不仅具备景观效益,且具有良好的经济价值.      

Three-dimensional hydrodynamic and water quality model for TMDL development of Lake Fuxian, China

Lake Fuxian is the largest deep freshwater lake in China. Although its average water quality meets Class I of the China National Water Quality Standard (CNWQS), i.e., GB3838-2002, monitoring data indicate that the water quality approaches the Class II threshold in some areas. Thus it is urgent to reduce the watershed load through the total maximum daily load (TMDL) program. A three-dimensional hydrodynamic and water quality model was developed for Lake Fuxian, simulating flow circulation and pollutant fate and transport. The model development process consists of several steps, including grid generation, initial and boundary condition configurations, and model calibration processes. The model accurately reproduced the observed water surface elevation, spatiotemporal variations in temperature, and total nitrogen (TN), total phosphorus (TP), and chemical oxygen demand (COD) concentrations, suggesting a reasonable numerical representation of the prototype system for further TMDL analyses. The TMDL was calculated using two interpretations of the water quality standards for Class I of the CNWQS based on the maximum instantaneous surface and annual average surface water concentrations. Analysis of the first scenario indicated that the TN, TP and COD loads should be reduced by 66%, 68% and 57%, respectively. Water quality was the highest priority; however, local economic development and cost feasibility for load reduction can pose significant issues. In the second interpretation, the model results showed that, under the existing conditions, the average water quality meets the Class I standard and therefore load reduction is unnecessary. Future studies are needed to conduct risk and cost assessments for realistic decision-making.     

深圳湾流域TN和TP入海年通量变化规律研究

采用经验排污系数法、输出系数模型以及平均浓度法,分别研究1986~2011年间深圳湾流域内深圳和香港两个区域的总氮(TN)和总磷(TP)入海污染负荷年通量的变化规律.结果表明,整个深圳湾流域在80年代、90年代和2000年之后的3个时期内TN入海负荷量平均值分别为10 388.2、10 727.9和10 937.3 t,TP为2 694.5、1 929.2和1 388.7 t.其中深圳一侧随着社会经济和城市化的快速发展,TN和TP年负荷通量大幅增长,26年来点源污染分别增加了4373.6 t和195.9 t,相应增长了261.0%和64.2%,非点源污染增加了1067.2 t和151.0 t,相应增长了63.4%和84.9%,建设和交通用地的扩张是非点源污染负荷增长的主要因素;深圳一侧对深圳湾流域入海污染负荷的贡献率分别从42.4%和27.0%增加到85.1%和75.2%;而香港一侧TN和TP年负荷通量分别减少了3028.5 t和1031.5 t,相应削减了66.3%和79.0%.     

基于LOADEST和数字滤波的水源地基流氮素输出定量方法应用实例

地表直接径流和基流均是流域非点源氮/磷养分输出的重要水文途径.科学认识和定量模拟基流氮/磷养分输出对于准确解析水源地水体非点源污染来源至关重要.基于Load Estimator模型和数字滤波算法,建立了定量水源地基流氮素输出的方法体系.以浙江省珊溪水源地的玉泉溪流域为例,利用玉泉溪2010-01—2013-12期间逐月总氮(TN)水质监测数据和逐日流量数据,展示了该方法的计算过程.结果表明,本文建立的水源地基流氮素输出定量方法结果合理,模拟精度高,决定系数和纳什系数分别为0.83和0.80;玉泉溪流域2010—2013年TN负荷量为141.21～274.68 t·a~(-1),平均208.63 t·a~(-1),年基流TN负荷量为84.39～168.68 t·a~(-1),平均127.69 t·a~(-1);基流对玉泉溪年均TN负荷量贡献率高达60%以上,流域基流养分输出对地表水体的污染应引起足够重视.     

浅基质层干植草沟运行效果的现场实验

为避免设施出水下渗污染地下水并防止市政管道雨污倒灌进入设施,于上海市区高架路下方建造一座排水管上弯的不透型浅层干植草沟.根据2019年汛期内进、出水量及水质的长期监测,对设施水文及水质控制效果进行评价.结果表明监测期内设施径流总量控制率为39.4%,对初始雨强小于8.0 mm·h^-1的降雨具有明显峰值削减效果;设施能有效去除道路径流中总悬浮固体(TSS)、化学需氧量(COD)、总磷(TP)和总氮(TN),污染物负荷去除率分别为95.4%、 83.1%、 90.0%和57.7%;设施基质层添加的发酵木屑和排水管上弯的构造可在进水期实现反硝化并在前期无雨期(ADP)维持一定反硝化效果,设施水力负荷(HLR)的增大及无雨期的延长分别影响进水期与无雨期硝酸盐氮(NO^-₃-N)的去除.在基质层饱和渗透速率较高、厚度较浅条件下,设施有效改善了道路径流水质.不透型干植草沟可与市区河道的调蓄容积结合,共同承担起高地下水位地区实现年径流总量与污染负荷控制率的任务.     

内循环移动床生物膜反应器的研究与应用

对传统移动床生物膜反应器进行改进,开发了内循环移动床生物膜反应器,通过处理模拟生活污水的研究,考察了反应器去除有机物和脱氮的能力。结果表明,在填料投加率为35%、进水COD为200～800mg/L、HRT为6h、有机负荷为0.8～3.2kg/(m.3d)的条件下,系统COD的去除率在89%以上;同时反应器具有良好的同步硝化反硝化脱氮能力,在DO为2.0mg/L、C/N为25、HRT为6h的条件下,NH4-N和TN的平均去除率分别可以达到98%和93%。另外,内循环移动床生物膜反应器与移动床生物膜反应器的对比实验结果表明,前者对COD和氮的去除效果都优于后者。