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.      

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.     

基于改进输出系数法的矿区重金属面源污染负荷核算模型

借鉴农业面源污染负荷核算研究成果,结合我国实际情况,以输出系数法为基础,提出矿区面源污染负荷核算模型.考虑重金属污染的来源和特点,将矿山地区的土地类型分为尾矿库区、降尘污染区、运输污染区和自然土地4类,分别计算各类型土地的输出系数.考虑到重金属在水中的溶出率影响,在模型中引入了溶出率因子,以构建适应矿区流域的重金属非点源污染负荷核算模型,并用该模型对浑河流域重金属面源负荷进行了估算.结果表明:矿山地区重金属污染主要来自运输污染区和自然土地,占总污染负荷的77%左右.从模拟过程和模拟结果可知,面源污染负荷核算模型所需原始资料较少,参数计算较方便,是计算矿山地区重金属面源污染负荷的可靠方法.      

农业非点源污染研究综述

针对农业非点源污染的研究现状,综述了非点源污染的定义、特征、污染现状以及危害,并介绍了国内外学者在非点源污染研究的技术方法方面的进展,指出利用与RS、GIS的紧密结合来建立基础信息数据库,对非点源污染过程进行模拟是进行非点源污染研究必然的发展趋势,并简单介绍了两个在国内外应用较广泛的非点源污染模型AnnAGNPS和SWAT模型,最后讨论了利用模型模拟非点源污染过程的优势。     

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。     

水文水质模型联合应用于水库水质预测研究

联合应用流域水文非点源AnnAGNPS模型和水库水质CE-QUAL-W2模型,AnnAGNPS模型输出黑河流域非点源污染负荷,将其转化为金盆水库入库浓度作为CE-QUAL-W2模型的输入,对黑河金盆水质进行预测,研究非点源污染对陕西金盆水库水质影响.结果表明,在对水库水质进行预测时,应对洪水期和非洪水期的非点源污染区别对待.非点源污染在洪水期时对金盆水库水质有较大影响,而在非洪水期时非点源污染对水库水质影响不显著.非点源污染对水库纵向和垂向水质影响存在差异性.林地对流域非点源污染削减起到很大作用.     

农业面源污染模型AGNPS的应用现状及在我国应用的展望

农业面源污染具有广泛性、分散性和隐蔽性的特点，治理和监测的难度大，已成为当前水质恶化的一大威胁。本文介绍美国--农业部开发的农业面源污染模型——AGNPS模型及其应用，阐述了AGNPS模型的发展历程、优缺点、组成部分、各部分功能以及最新的版本AnnAGNPS。并对我国及三峡库区应用该模型研究农业面源污染问题作了分析和展望。     

巢湖流域氮磷面源污染与水华空间分布遥感解析

基于遥感监测手段,分别应用DPeRS模型和MODIS水华提取方法对巢湖流域氮磷面源污染特征和巢湖水体水华爆发规律进行遥感像元尺度解析,结果表明: 2010年巢湖流域总氮产生量为1900.3t,入河量为846.5t;总磷为244.1t,入河量为76t.巢湖流域农业面源污染对氮素污染贡献最大,而水土流失则对磷面源污染贡献最大;综合巢湖流域氮磷面源污染和水华爆发的时空特征分析,明确氮磷面源污染与巢湖水华具有相关性,并且时间上水华爆发频率较氮磷面源污染具有先滞后后同步的特征,且面源污染负荷与水华爆发面积的相关系数为0.45;在空间上,面源污染负荷较大区域与水华爆发频度较高区域也有较好的匹配性;基于这种相关性,应用DPeRS模型对巢湖流域进行氮磷减排情景分析,结果表明在施肥量减少30%,农村生活垃圾处理率提高到60%,畜禽粪便处理率和城市垃圾处理率提高到80%的情况下,氮磷面源污染平均削减率可以达到50%.     

巢湖地区无监测资料小流域面源磷污染输出负荷时空特征

在来自工业和城镇生活污水的点源污染得到有效控制的状况下,面源磷污染正逐步成为湖泊和河流富营养化的主导因子.在缺少监测资料的流域,移植处于同纬度和具有相同自然条件的流域的模型参数,是开展SWAT模型模拟的有效方法.因此,本文以巢湖地区的柘皋河小流域为例,通过移植率定好的模型参数,运用SWAT模型分析研究区面源磷污染输出负荷的时间变化和空间分布特征.结果表明,1980—2012年面源磷污染负荷围绕着平均值上下波动,不同水平年的磷污染负荷有较大差异,其中,1996—2012年的面源磷污染的年负荷大于1980—1995年的磷污染年负荷.两个时期内不同月份的总磷负荷均有显著性差异,其中,6—8月的磷污染负荷较大.两个时期的面源磷负荷的空间分布存在一定的差异,1996—2012年单位面积的面源磷负荷明显大于1980—1995年的单位面积面源磷负荷,其中,面源磷负荷的增加主要集中在水田区域.土地利用类型的变化和化肥的大量使用是导致研究区面源磷污染负荷增加的主要因素.     

太湖上游流域下垫面因素对面源污染物输出强度的影响

应用流域断面监测、GIS的流域空间分析等手段建立太湖上游地区流域基础数据,通过多元逐步回归和冗余分析(redundancy analysis, RDA)手段,研究了太湖上游流域下垫面要素对流域出口污染物输出影响特征以及不同要素影响的相对强度,提取了影响太湖上游流域面源污染产出的主要下垫面因素并分析各小流域水质控制性要素的空间特征.研究结果表明,流域面源污染与下垫面要素具有很大的相关性,其中流域土地利用对面源污染产出的影响最为显著,其次是流域土壤特征、流域坡度,流域面积的影响最小;影响流域面源污染输出变化的控制性因素为居民用地、耕地面积比例和流域平均坡度,对水质数据进行解释的显著性和重要性水平均较高,能解释59.5%的流域水质信息、98.6%的下垫面特征-水质指标关系信息,且在不同小流域中这3个因素对流域水质影响的贡献率不同.     

海河流域氮磷面源污染空间特征遥感解析

以MODIS遥感数据为驱动,采用以遥感像元为基本模拟单元的DPeRS（Diffuse pollution estimation with remote semsing）面源污染负荷估算模型,分析了2016年海河流域氮磷面源污染空间分布特征,并对“十三五”《重点流域水污染防治规划》中划定的海河流域172个控制单元进行面源污染优先控制单元分析.结果表明,2016年海河流域总氮（TN）排放量为13.62万t,入河量为2.53万t;总磷（TP）排放量为8152t,入河量为1597t;空间分布上,海河流域中部和南部地区氮磷面源污染较重,其中河北省片区氮磷面源污染物排放量及入河量最大;农田径流型是海河流域氮磷面源污染的主要类型,其次城镇径流影响也较大;筛选出海河流域TN和TP面源污染优先控制单元分别为127和131个,面积占比分别为84.2%和87.0%.     

汉丰湖流域农业面源污染氮磷排放特征分析

为把握汉丰湖流域农业面源污染现状,探明其首要污染源和重点控制区域,应用排污系数法估算了汉丰湖流域2015年种植业源、畜禽养殖业源和农村生活源TN、TP污染物的贡献量,利用GIS空间分析法研究了其排放的空间分布特征.结果表明,2015年汉丰湖流域农业面源污染TN和TP的总负荷量分别为2721.42 t和492.04 t;等标污染负荷量以南河子流域最大,汉丰湖子流域最小;不同类型农业面源等标污染负荷总量差异很大,以肥料源和畜禽养殖源为主要来源,其中肥料源等标污染贡献率为76.92%,是汉丰湖流域首要污染源;各乡镇中,敦好镇、铁桥镇和白桥镇的等标污染负荷量较高,均高于350 m³·a^-1,为重点控制乡镇.等标污染负荷评价及聚类分析结果表明,汉丰湖流域农业面源有种植业源-畜禽养殖源复合主导型、肥料源-畜禽养殖源复合主导型、种植业源严重污染型和肥料源复合主导型这4种污染类型.     

基于模糊物元模型的西苕溪流域生态系统健康评价

本文借助RS/GIS技术,结合遥感影像数据、环境监测数据和社会经济数据,运用模糊物元模型,从水域、水陆交错带和陆域子系统选取21项评价指标,建立了流域生态系统健康综合评价指标体系,对西苕溪流域生态系统健康状况的空间分布规律和限制性因子进行了探讨.研究结果表明,西苕溪流域生态系统健康整体呈现出优良状态,其中,生态系统健康优秀地区面积占68.2%,良好地区面积占31.8%,能够正常发挥流域服务功能,维持生态系统可持续发展.西苕溪流域生态系统健康在空间分布上呈现出上游好、下游差的局面.在各子系统健康评价中,水域生态系统优于陆域生态系统,水陆交错带生态系统最差.底栖动物完整性遭受破坏、湿地退化、人为干扰活动、水源涵养功能减弱、点源和面源污染负荷较重是限制西苕溪流域部分评价单元生态系统健康的重要因素.     

AnnAGNPS模型在九龙江典型小流域的适用性检验

在中国东南丘陵山区—中尺度流域——九龙江流域选取4个土地利用方式不一的典型小流域,借助GIS和相关资料率定模型参数,并通过对2003年4月至9月各小流域出口降雨水质水量的同步监测,检验了连续－分布式参数模型（Annualized　AGricultural NonPoint Source Model,AnnAGNPS）的适用性研究结果表明,模型对于地表径流量的模拟能力好于对泥沙和营养盐的模拟,对总磷和泥沙输出的模拟结果表现出了较大的不确定性。     

海河流域农业面源污染潜在风险识别方法

在综合分析农业面源污染风险源汇因子的基础上,筛选出影响海河流域农业面源污染的8个主要因子（年降水量、溶解态面源污染物入河系数、吸附态面源污染物入河系数、年植被覆盖度、坡度、土壤可侵蚀性因子、农田氮表观平衡量和农田磷表观平衡量）,建立了农业面源污染潜在风险识别指标体系,采用多因子综合分析法对海河流域农业面源污染潜在风险等级进行评价,并与DPeRS模型风险识别结果进行偏差分析.结果表明,海河流域有61.91%的区域存在农业面源污染潜在风险,集中分布在流域的中部和南部地区,高风险区主要分布在北京市东南部、天津市中部、流域山东段东北部和河南段南部等区域;与DPeRS模型识别结果对比验证,显示同一风险等级面积相差不超过12%,且高风险级别面积相差仅为0.12%,97.17%以上的区域均为偏差小或无偏差,表明该识别方法具有与DPeRS模型法同等水平的农业面源污染潜在风险识别精准度,可实现区域农业面源污染潜在风险的快速、高效识别.     

基于流域水环境模型评估重金属面源污染负荷

为定量评估重金属面源污染负荷,以分布式流域水环境模型SWAT模型为基础,借鉴输出系数模型,考虑溶出率影响,发展了一个重金属面源污染模型—SWAT-MT模型. SWAT-MT模型模拟重金属在流域内的大气沉降、地表径流冲刷、土壤和河道中的运移过程,结构较为简单,兼具机理模型和输出系数模型的优点. 本文应用SWAT-MT模型评估了湘江株洲段一个子流域的铅面源负荷,并通过敏感性分析和蒙特卡洛模拟识别了铅面源模拟的敏感参数,量化了模型输出中的不确定性. 结果表明:①研究区铅的面源侵蚀量为2.09 t/a,侵蚀强度为5.27 kg/(km2·a). 铅侵蚀强度时空差异明显,汛期(4—7月)雨水集中,铅的侵蚀量大. 侵蚀强度高的地方集中在流域下游,城镇用地的侵蚀强度约为流域平均水平的2倍. ②流域出口的铅负荷为0.79 t/a,约60%的铅侵蚀量滞留在河道,说明沉降是河道运移的主要过程. ③蒙特卡洛模拟结果显示,模型输出存在显著的不确定性, 95%置信区间下,铅的面源侵蚀量为1.62～2.59 t/a,流域出口负荷为0.50～1.16 t/a;为降低模拟不确定性并提高模型可靠性,应重点关注城市地表积尘的铅浓度、铅溶出率和河道铅沉降速率等敏感参数的取值. 研究显示,通过合理的参数赋值,SWAT-MT模型能够提供较为可靠的重金属面源负荷估算结果,为重金属污染综合防治工作提供科学工具.      

考虑面源污染的农业开发流域生态安全评价研究

随着农业开发的进程,流域生态安全会发生相应变化,在考虑面源污染的基础上,以挠力河为例开展该研究.该流域14年来的土地利用类型发生较大变迁,耕作方式改变,破坏了流域的生态安全,同时大量农药化肥的使用,使得大量氮、磷为主的营养污染物引发农业面源污染,面源污染将成为生态安全评价的一项重要指标.为了对农业面源污染进行量化,对生境质量进行直观评价,考虑面源污染做出流域生态安全的变化评估,选取SWAT模型和InVEST模型（生态系统服务和交易的综合评估模型）,同时考虑面源污染及生境质量,对比挠力河流域2000年、2006年、2014年三个年份的生态安全变化.根据输出结果,分析时空变化模式,得到氮磷负荷、生态环境质量对时空变化的响应,讨论提出有效的防控建议.     

太湖地区蠡河流域不同用地类型面源污染特征

以太湖上游蠡河流域为研究区,通过对面源污染为主子流域和城镇地表径流进行监测,结合GIS空间分析方法,分析了流域林地、耕地及城镇用地等土地利用类型的面源污染流失特征.结果表明,林地产出径流面源COD、TN和TP浓度分别为2.987±1.582,1.690±0.349,0.019±0.009mg/L;耕地的产出径流面源COD、TN和TP浓度分别为9.874±5.146,2.534±2.459,0.185±0.149mg/L;小城镇的产出径流面源COD、TN和TP浓度分别为7.729,1.790,0.117mg/L.蠡河流域的面源污染COD、TN和TP负荷量分别为919.9,306.0,13.5t/a.     

基于扰动分析方法的AnnAGNPS模型水文水质参数敏感性分析

参数敏感性分析对于水文水质综合模型的构建及推广应用具有重要的意义.本研究基于AnnAGNPS模型机制,选取可能对模型产生影响的地形、水文气象、田间管理、土壤等4大类31个参数,以太湖地区典型低山丘陵小流域——中田河流域为实验区,利用扰动分析方法评价了模型参数对水文水质模拟结果的敏感性.结果表明,11个地形参数中,LS对径流、泥沙与氮磷等模拟结果普遍敏感,RMN、RS和RVC对泥沙输出分别为一般敏感和弱敏感,其余参数不敏感.水文气象参数中CN对模型径流和泥沙输出特别敏感,对其余结果也都比较敏感.田间管理与植被作物肥料参数中CCC、CRM和RR对泥沙和颗粒态污染物输出弱敏感,6个肥料参数(FR、FD、FID、FOD、FIP、FOP)对氮磷营养盐输出特别敏感.土壤参数中,K对模型除径流之外的所有结果都特别敏感,土壤氮磷含量的4个参数(SONR、SINR、SOPR、SIPR)对相对应的氮磷输出结果弱敏感.通过对中田河流域2005~2010年径流量的模拟和校正检验发现,模拟期与校正期年径流量偏差基本都在10%以内,模拟精度优秀.本研究对AnnAGNPS模型构建中的参数选取与校验调整具有直接参考价值,对研究区的径流模拟结果也证明了模型敏感性分析对于调参过程的可行性和该模型在太湖地区低山丘陵流域径流模拟的适用性,对于模型在国内的推广应用具有重要的指导意义.     

降雨面源污染及其模型研究近况

本文以降雨产生的面源污染为讨论对象，介绍了国内外开展的涉及面源污染预测的流域水文特征，泥沙流失，污染物输出等模型，以及国内外综合面源污染模型的研究近况，并讨论了模型参数的选择及面源模型的最新研究进展。