Validation of an agricultural non-point source （AGNPS） pollution model for a catchment in the Jiulong River watershed, China

This study tested and evaluated the agricultural non-point source(AGNPS)model for the Wuchuan catchment, a typical agricultural area in the Jiulong River watershed, Fujian Province. China. The AGNPS model was calibrated and validated for the study area with observed data onten storms. Thedata on eight stormsin 2002 were used for calibration while data on two stormswere used for validation of the model. Considering the lack of water quality data over a long-term series, a novel method, comparing an internal nested catchment with its surrounding catchment, was used to supplement the less long-term series data. Dual calibration and validation of the AGNPS model was obtained by this comparison. The results indicate that the correlation coefficients were 0. 99 and 0. 98 for runoff, 0. 94 and 0. 95 forthe peak runoff rate of the large catchment and the small catchment, respectively, and 0. 76 forthe sediment of the small catchment only. Each pair of correlation coefficients is homogeneous for the same event for the two catchments. With the exception of the sediment yield and particulate phosphorus, the peak nmofr rate and other nutrients were well predicted. Sensitivity analysis showed that the Soil Conservation Service curve number and rainfall quantity were the most sensitive parameters, which resulted in high output variations. Erosivitv and other parameters had little influence on the hydrological and quality outputs.     

多情景分析的农业面源污染关键源区识别软件开发及应用

为解决农业面源污染关键源区识别过程中情景单一、数据量大、涉及环节多,以及模型复杂、操作繁琐和治理效果不明确等问题,采用GIS技术结合InVEST的产水量与营养物传输率模型,构建可进行农业面污染关键源区识别与治理模拟的信息系统。设计了基于入河负荷、潜在径流浓度、负荷与产水量比值3种不同情景下的关键源区识别功能,模拟了3种情景下关键源区的分布状况;整合了InVEST的产水量、营养物传输率和流失负荷等模型;设计了面源污染关键源区治理模拟功能,可直观展示3种情景下识别出的关键源区的治理效果;并以海河流域为例,应用该软件对农田总氮（TN）面源关键源区进行了识别和模拟治理。结果表明：1）基于入河负荷情景下识别出的关键源区较为分散,分布在除永定河与子牙河水系外的大部分水系;基于潜在径流浓度情景下的关键源区分布较为集中,多分布在流域中部至南部,其余分布在东南部;基于负荷与产水量比值情景下识别出的关键源区分布高度集中,分布在流域中部至南部。2）基于潜在径流浓度、负荷与产水量比值情景在TN、总磷（TP）模拟治理中的效果接近,且明显优于基于入河负荷情景;结合软件中设定的基于入河负荷、潜在径流浓度、负荷与产水量比值3种情景进行分析,能降低复杂地理环境带来的影响,提高面源污染关键源区的识别效率,提升面源污染关键源区治理决策的科学性,具有实用性。

     

AGNPS在我国东南亚热带地区的检验

利用地理信息系统（GIS），基于数字高程模型（DEM），提取AGNPS（A Agricultural Non-Point Source Model)模型所需的水文和地形参数，并通过实地调查及专题制图等手段获取AGNPS模型所需的土地利用、土壤质地及施肥水平等其它参数，最后利用监测降水，实测水文参数、营养盐及沉积物负荷等验证AGNPS模型在我国东南亚热带地区的应用。     

基于GIS的苏州河非点源污染的总量控制

通过模拟试验修正非点源污染模型;利用GIS技术建立非点源污染信息数据库,并对研究区域和苏州河进行网格和河网概化;以COD_Cr为控制因子,根据各断面的水环境目标,计算其水环境容量,以确定其削减量.结果表明,为达到苏州河2010年总量控制目标,各种非点源污染均须不同程度地削减,以村镇用地和畜禽养殖的污染负荷削减为主,村镇和鱼塘的单位网格削减量较高.最后提出非点源污染的总量控制对策,寻求目标总量控制和容量总量控制的有机结合.     

中国农业面源污染物排放量计算及中长期预测

利用第一次全国污染源普查数据,计算了我国内地31个省市自治区农业面源污染排放量,在此基础上,预测了2010—2030年农业面源污染情况.结果表明,2007年,我国农业面源污染的污染物总排放量为1057×104t,其中,COD排放量为825.9×104t,总氮为187.2×104t,总磷为21.6×104t,氨氮为22.4×104t.如果不加大对面源污染的治理力度,2020年前我国农业面源污染有加剧的趋势.在高排放情景下,2030年农业面源污染中COD排放量可能上升到1466.5×104t,面源污染需引起高度重视.目前,东部沿海地区是我国农业面源污染的主要排放区,但未来我国农业面源污染排放的空间分布可能趋于均衡.     

基于层次分析法的农业面源污染防治技术评价

针对我国农业面源污染防治技术特点,建立了包含经济效益、环境效益和技术适用性3个方面共14项评价指标的指标体系,将指标体系与层次分析法(AHP)相结合,建立基于层次分析法的农业面源污染防治技术评价体系。由指标的权重结合相关领域专家打分,对技术进行综合评价,以此判定技术的等级。用建立的技术评价方法对6项农业面源污染防治技术进行评价,结果表明:生物活性炭施用控制养分流失技术和生态拦截技术的技术评价等级分别为中和良;玉米秸秆微生物发酵床生猪养殖污染控制技术和上流式厌氧污泥床(UASB)+序批式活性污泥反应器(SBR)处理技术的技术评价等级分别为良和中;厌氧-土壤净化床处理技术和厌氧-跌水充氧接触氧化-人工湿地处理技术的技术评价等级均为中;所建立的技术评价方法适用于同类型农业面源污染防治技术中不同单项技术的对比和筛选。     

两种新型流域非点源污染负荷估算模型的比较

为探索简单快捷、实用性强的流域非点源估算模型,基于降雨量差值法的基本思想,应用径向基函数(RBF)神经网络和支持向量机(SVM)2种技术,以渭河流域历年降雨量资料为基础建立了相应的流域非点源污染负荷估算模型.并将2种模型估算结果与相关分析法估算结果进行了比较,综合分析渭河流域历年径流量与三者所推得的历年点源负荷的标准差.结果表明,支持向量机的估算结果最为合理,且计算简单,操作便捷,具有实用价值.     

大尺度区域非点源污染负荷计算方法

针对我国非点源污染研究中存在的主要矛盾,即已有的实验和研究多集中在小流域和小区域范围内(10000 km2以下),而缺乏全流域尺度下的非点源污染负荷估算方法,通过分析非点源污染负荷研究中的尺度问题及其解决途径,提出了大尺度区域非点源污染负荷的计算方法,以适应规划层次下非点源污染控制和管理的需要.研究在分析非点源污染负荷产生和迁移途径的基础上,依据水文产汇流和污染物迁移过程,建立了大区域尺度非点源污染负荷估算模型;在地理信息系统(GIS)支持下,分别按城市径流、农业生产、农村居民点和畜禽养殖4种类型,计算了2000年我国10个一级水资源区的溶解态非点源污染负荷量.结果表明,2000年全国范围内非点源污染情况比较严重,耗氧有机物(以COD计)、TN、TP和NH4 -N的人河量分别达到6.65×106t、3.28×106t、1.56×106t和0.83×106t.最后,采用各流域机构的非点源污染调查数据(2000年),对模型计算结果进行了验证,结果表明,模型结构基本合理,计算结果具有一定的可靠性.     

北京市农业面源污染负荷特征分析及控制分区

运用清单分析法、等标负荷法、聚类分析和地理信息系统(GIS)软件等对北京市2016年农业面源的污染源、污染物及其空间分布特征进行分析。结果表明:北京市农业面源主要污染源为农村生活和畜禽养殖,农业面源污染管控中应加强对农村生活和畜禽养殖污染的控制;北京市农业面源污染呈较强的区域分异特征,水产养殖污染主要集中在平谷区,农村生活污染以房山区为最严重;房山、通州、顺义、昌平和大兴等区的总氮(TN)、总磷(TP)和化学需氧量(COD)等标污染指数均超过全市平均水平,其中房山区最高。通过农业面源污染风险空间聚类可将北京市划分为高度、中度和轻度风险区3个一级分区,进一步结合各区主要污染源类型可划分为8个二级分区,由此可对农业面源污染进行分类管控,并提出北京市农业面源污染的防治对策。     

流域农业面源污染迁移过程与模型研究进展

当前农业面源污染仍是我国水污染的主要来源,面源污染过程涉及农业、水利、环境、生态等多学科交叉,是国内外环境污染学术研究和流域污染控制与管理关注的焦点之一。不同学科通常在不同的时空尺度上采用不同的方法研究农业面源污染的产生与迁移过程,如农业学科注重农田—山坡—流域尺度下灌溉、不同作物在不同阶段施肥、营养盐转化吸收及其土壤库收支与微生物对营养盐的作用等过程,但忽略了不同尺度或系统之间的迁移过程内在联系,尤其是较少开展集成模拟研究。本文综述了典型空间尺度（从田块到山坡,再到流域尺度）农业面源污染迁移过程及影响因素,总结了流域农业面源污染建模方法,提出在模型系统中除需要深入考虑田块、山坡等尺度的局部水文及其污染物产生、累积、释放与迁移外,还迫切需要综合考虑农田—山坡—流域系统的水文和污染物迁移过程与集成面源模型的研发。同时,针对农业面源污染迁移过程的尺度转换、建模方法和模型不确定性,分析了其现有研究存在的不足,并对未来研究进行了展望。

     

田埂在农业面源污染治理中的应用现状与展望

农业面源污染是当前影响我国水环境质量持续改善的主要因素之一。农业面源污染中约1/4的氮、磷污染物来自种植业污染,其主要通过径流、侧渗和下渗等方式向受纳水体迁移。田埂作为农田环境的重要组成部分之一,是种植田块内污染物进入受纳水体的第一道处理设施,能有效减少径流、降低侧渗和减轻水土流失,从而降低种植田块向水体排放的污染物量,被认为是一项经济、简单又具有广泛推广使用基础的农业面源污染治理技术。基于文献分析,从降低农业面源污染的角度系统梳理了国内外有关田埂对农田退水中污染物去除效果的研究成果,综述了田埂的研究现状,阐述了田埂去除污染物的主要方式,分析了田埂去除污染物的可能机理,最后探讨了田埂广泛推广应用还需要关注的问题。

     

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.     

长乐江流域非点源氮素污染的关键源区识别

以浙江长乐江流域为研究对象,基于2007-2009年的野外监测、调查、分析结果,构建了ArcSWAT模型所需的各类空间数据库和属性数据库,实现了基于ArcSWAT的流域径流、泥沙和氮污染过程动态模拟,定量识别了非点源氮素污染的关键时期和关键源区.结果表明,模型在校正和验证期对径流、泥沙和氮污染过程模拟的效率系数≥0.5、决定系数≥0.6、相对误差＜20％,能满足研究和管理工作需要.雨季(6-8月)的累积氮入河量约占了全年人河总量的50％,是流域氮污染的关键时期.在流域所含的7个乡镇中,崇仁镇、鹿山街道和甘霖镇单位面积的年均氮入河量最大,分别为42.8、48.5和43.7 kg·hm-2·a-1,是流域氮污染的关键区域.在该关键区域中,土壤氮库、大气沉降与氮肥施用产生的氮对氮入河总量的贡献率分别为23％、29％和38％,是需要重点关注的氮源.以上关键时期和关键源区定量识别结果,为实现流域氮污染有效控制提供了重要科学依据.     

基于GIS的汉江中下游农业面源氮磷负荷研究

根据汉江中下游农业面源污染治理决策的需求，在大量实地观测资料区域地理与农业环境数据基础上，开发并建立了汉江中下游农业面源动态监测信息系统。以此为技术支持，运用数学模型及其与GIS相结合的技术，研究了汉江中下游农业面源污染的负荷及分布规律。     

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 .     

全国非点源污染分区分级

从非点源污染产生和迁移的水文过程机理出发,结合中国<水资源分区>和<中国水文区划>,提出了全国非点源污染分区分级体系;在地理信息系统(GIS)空间数据库支持下,基于非点源污染负荷产生和迁移的规律分析,在全国范围内进行了非点源污染分区分级,进而初步绘制全国非点源分区分级图,确定了全国非点源污染负荷估算模型的空间框架.全国非点源污染分区分级体系包括5级,非点源污染一级区为中国主要十大流域;主干河流自然流域分区作为非点源污染的二级区,共80个;在二级区基础上,依据非点源污染产生的水文气候特征,划分三级区共214个;在三级分区内,以影响非点源污染产生、迁移和转化的产汇流条件、社会经济结构、地形条件等为指标,划分非点源污染的四级分区322个;五级分区以非点源污染类型为标准进行划分.     

长江经济带农业废水面源污染与农业经济增长的脱钩关系

推进农业废水面源污染与农业经济增长的脱钩,是实现长江经济带农业经济高质量发展的迫切要求,因此,本文测算分析了2011~2016年长江经济带农业废水中氨氮、化学需氧量、总磷、总氮排放量与农业经济增长的脱钩关系及其演化趋势,结果表明：长江经济带农业废水面源污染总脱钩指数的变动幅度较小且小于0,但2015~2016年各污染源脱钩程度有所恶化;分省统计结果方面,四川农业废水中氨氮和化学需氧量排放脱钩为扩张性负脱钩,贵州、江苏、江西、上海、云南以及重庆化学需氧量排放为绝对脱钩,污染物排放绝对脱钩的省市主要位于长江经济带中游;农业废水面源污染的氨氮、化学需氧量排放的异质性空间边界溢出效应较明显,而总磷、总氮排放同质性溢出效应较明显;农业废水面源污染排放物的Moran’s I随距离升高,但随着空间边界地理距离的拉大,长江经济带农业废水面源污染的空间溢出效应脉冲式递减;氨氮、化学需氧量、总氮和总磷的排放对农业经济增长的长期影响呈U型趋势,影响效应贡献最大的为化学需氧量,其次为氨氮,总磷和总氮的影响较小,而总磷的影响持续为正.     

基于SWAT模型的沙塘川流域非点源氮磷污染特征及关键源区识别

湟水是黄河上游最大的支流,沙塘川流域是湟水重要且具有代表性的支流.通过建立SWAT非点源污染模型,研究沙塘川流域氮磷非点源污染特征,并识别面源污染发生的关键源区,对湟水流域水污染治理具有重要意义.研究结果表明:沙塘川进入湟水河的非点源总氮污染负荷为236.77 t?·?a?1,非点源总磷污染负荷为51.02 t?·?a...     

抚仙湖一级支流尖山河小流域的面源污染物贡献特征

对云南省抚仙湖尖山河小流域降雨量以及坡耕地、梯坪地、灌草丛、人工林和次生林5种土地类型及村庄和道路等非生产用地产生的地表径流量和泥沙量进行了定位观测,并对地表径流和泥沙中所含面源污染物进行了测定.结果表明:①6～10月份是该流域出现较大阵雨的主要时期,2006年6～10月份降雨量占全年降雨总量的83.2%,这一时期是产生水土流失和面源污染的主要时期.②坡耕地和人工林是地表径流和泥沙产生的主要场所.坡耕地的地表径流和泥沙产生量分别占小流域产生总量的22.97%和62.96%,人工林的地表径流和泥沙产生量分别占小流域产生总量的34.69%和16.76%.③尖山河小流域面源污染物主要来源于坡耕地和人工林.在坡耕地和人工林,随地表径流产生的面源污染物TN、TP和COD分别占流域产生总量的75.01%、51.63%和66.42%,随泥沙产生的TN、TP和有机质分别占流域产生总量的74.12%、73.18%和62.14%.④村庄和道路等非生产用地单位面积的面源污染物产生量较高,但由于总面积较小,在流域面源污染物产生总量中的比例很小,TN和TP分别只占产生总量的3.98%和1.05%.在流域中所占面积很少的坡耕地(仅占7%)却成了面源污染产生的主要场所.     

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.