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...     

基于改进输出系数模型的非点源污染评估及关键源区识别：以北运河上游流域为例

非点源污染对水生态环境威胁极大,定量解析非点源污染空间分布特征和准确识别关键源区是实现其高效精准治理的基础.输出系数模型广泛应用于非点源污染的模拟,但该模型忽略污染物迁移过程中的损失量,需要进一步改进.以北运河上游流域为例,通过对非点源污染物迁移物理过程的模拟,量化产流、产沙和下渗过程中污染物的损失率改进输出系数模型,并分析Johnes、常用和改进输出系数模型的模拟精度,探究3个输出系数模型对非点源污染空间分布特征和关键源区模拟结果的影响.结果表明：(1)改进输出系数模型模拟误差(-6.79%)明显低于Johnes模型(50.44%)和常用模型(-84.01%),显著提高了非点源污染模拟精度.(2)不同输出系数模型得到的非点源污染空间分布特征和关键源区存在较大差异,改进的输出系数模型模拟结果更符合流域非点源污染特征.流域非点源污染呈西北部低东南部高的空间特征,城镇用地和耕地是主要污染源.(3)基于改进输出系数模型确定的流域非点源污染关键源区主要分布在昌平、沙河、史各庄、温泉乡北部和马连洼街道西部等区域,占流域总面积6.71%.研究可为缺资料地区的非点源污染评估和治理提供更有效的工具支撑...     

巢湖流域非点源磷流失关键源区识别

农业非点源磷污染是水体富营养化的重要原因.识别流域内各类景观中土壤磷向水体流失风险最大的关键源区并加以重点控制是流域非点源磷污染治理的重要手段.以巢湖流域为研究区,尝试采用改进的磷指数法在较大的流域尺度开展非点源磷流失风险评价及关键源区识别.在影响磷流失的污染源因子中增加了土壤磷吸持指数和磷饱和度指标.以反映土壤磷在水土界面迁移能力的差异;在迁移因子中又考虑了污染源与巢湖的距离.以反映污染源对最终受纳水体的影响;同时根据研究区特征及研究尺度对磷指数各指标分级与等级值进行了修改.结果表明,流域土壤磷吸持指数空间差异较小,总体上偏低,具有较高的流失风险;而土壤磷饱和度空间差异较显著,饱和度>25%的高风险区域超过流域面积的40%.巢湖流域非点源磷污染风险指数空间差异显著,风险等级最高(占流域面积5%)的区域分布在主要入湖河流下游的两岸平原地区,应作为磷污染重点控制的关键源区.磷指数法能够快速而方便地识别非点源磷污染的关键源区,应用于较大尺度流域可以从宏观上掌握非点源磷污染的空间差异并实施有效治理.     

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.     

基于关键源区识别的饮用水水源保护区划研究

准确划定饮用水水源保护区是实现饮用水安全精细化管理的重要前提.基于源头削减和全过程协同管理的思路,将GIS平台、ArcSWAT模型、成本-效益分析技术相结合,以贵州省红枫湖饮用水水源保护区为例,通过对近5年（2010-2014年）水污染负荷特征进行模拟,识别影响水环境污染控制的关键源区,在此基础上划定水源保护区.结果表明:① 研究区总氮、总磷污染负荷主要来源为农业面源,其中农业种植和畜禽养殖的负荷贡献分别达到89.7%和91.8%,总氮和总磷负荷高风险区主要集中在流域西北部地势较高且农业耕作活动频繁区域;② 污染控制措施的成本效益分析表明,测土配方施肥、1°~15°坡耕地等高植物篱、保护性耕作、植被缓冲带的成本-效益比较高,在该区域水环境污染控制中具有较高的推广应用价值;③ 基于水污染关键源区识别结果,划定饮用水源四级风险区,其中一级、二级风险区总面积为97.6 km2,仅占原饮用水水源一、二级保护区面积的41.4%,可削减总氮、总磷负荷的60%~70%,所需的搬迁成本仅为原划定方案的35%.研究结果可为我国中西部人口密度大且逐水而居的地区饮用水水源保护区及管控政策的制订提供理论基础和技术参考.      

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.      

东辽河流域土地利用变化对非点源污染的影响研究

采用国际前沿的SWAT模型及CLUE-S模型,基于3S技术和统计分析方法,分析了吉林省东辽河流域土地利用2000~2005年的土地利用动态变化,并借助于Logistic回归结果探讨了2000~2005年土地利用变化的驱动力空间特征;运用2000年和2005年土地利用数据,结合CLUE-S模型,模拟不同预测方案下东辽河流域未来20a土地利用变化情况.在此基础上,应用SWAT模型分别对研究区2025年2种情景下非点源污染负荷进行模拟.结果表明:不同的土地利用条件下,情景2比情景1的多年平均径流减少了12.26mm、泥沙减少了8.4×103t、溶解态氮减少了8.29kg、有机氮减少了9.49kg、总氮减少了8.4kg、溶解态磷减少了8.61kg、有机磷减少了7.18kg、总磷减少了7.18kg,情景2比情景1更能有效的控制非点源污染.     

江川农场旱田改水田对水环境的影响研究

黑龙江省江川农场实施旱田改水田后,粮食产量持续上升,同时也暴露了以总氮和总磷为主的非点源污染问题。农田氮磷流失主要包括以下几个方面：降雨径流（排水）过程、土壤侵蚀和泥沙输移过程、污染物迁移转化过程。文章基于美国通用土壤流失方程（USLE）和降雨径流模型（SCS）,结合调查资料,分别估算2013年江川农场水田和旱田的总氮和总磷的年输出负荷,从而得出旱改水对水环境的影响结论。     

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。

     

涪江流域农业非点源污染空间分布及污染源识别

采用输出系数模型,借助地理信息系统技术,对涪江流域的农业非点源污染进行了模拟,分析了流域非点源污染的空间分布特征,并对主要污染源进行了辨识,以期为流域非点源污染控制与管理提供决策支持.研究表明,2010年研究区农业非点源总氮污染负荷为9.11×104t,全区平均负荷强度为3.10 t.km-2;农业非点源总氮负荷总量最主要分布在旱地、绵阳市和缓坡区,农业非点源总氮负荷强度的高负荷区为旱地、德阳市和缓坡区;农业用地的化肥流失是污染的首要污染源,贡献率为62.12%,其中旱地的化肥流失是最主要来源,贡献率为50.49%.可见,改进粗放的农业耕作方式、积极推进"退耕还林"、合理处理养殖废水、集中收集农村生活污水等是研究区非点源污染有效的控制措施.     

三峡库区非点源污染氮磷负荷时空变化及其来源解析

三峡库区是我国重要水源保护区,也是长江流域经济迅速发展区域之一.非点源污染是库区水环境恶化的主要原因,因此研究库区非点源污染状况对于区域的生态安全以及可持续发展具有重要意义.研究采用改进输出系数模型,估算库区1990～2015年的非点源氮磷污染负荷总量,分析非点源氮磷污染的时空变化特征,并通过计算各污染源的贡献率确定主...     

土地利用结构变化对非点源污染的影响研究

目前,应用模型对非点源污染进行时空模拟是非点源污染研究的重要方向,而输出系数模型在我国中、大尺度流域的非点源污染负荷研究时表现出独特的优越性。文章通过洪湖地区为例,利用输出系数模型,结合GIS技术,模拟洪湖地区污染物负荷空间分布及估算污染物总负荷。结果表明:(1)非点源污染高负荷区占洪湖市大部分面积,主要是农业耕作区带来的面源污染;沿路以及沿湖一带林地、草地为非点源污染低负荷区,这部分面积占洪湖总面积较少。(2)1995-2000年5年中耕地对TN的贡献率下降0.19个百分点,对TP的贡献率下降0.15个百分点,城镇用地对TN的贡献率上升0.18个百分点,对TP的贡献率上升0.13个百分点,林地和草地的贡献率略有上升,这与耕地面积减少,建设用地的不断扩张有关。(3)耕地对TN、TP贡献率在各种土地利用类型中占主导地位,贡献率其次为城镇用地、未利用地、林地、草地。     

沱江流域总氮面源污染负荷时空演变

根据四川省沱江流域水环境受总氮(TN)面源严重污染的现状,采用排污系数法估算2007 ～ 2017年该流域来自各面源污染源的TN污染负荷,并利用空间重心统计法和空间分析技术揭示沱江流域TN污染负荷时空分布特征及转移趋势,以期为相关部门精准防控和预警沱江流域面源污染提供理论依据.结果 表明,2007 ～ 2017年畜禽养...     

淮河流域农业非点源污染空间特征解析及分类控制

农业非点源污染是导致流域水质恶化的重要原因,识别流域内关键源区并加以重点控制是流域非点源污染治理的最有效手段.以淮河流域为研究对象,采用清单分析法核算了流域173个县(市、区)的畜禽养殖、农村生活、农田种植、水产养殖4种污染源化学需氧量(COD)、总氮(TN)、总磷(TP)排放量和排放强度.利用SPSS和GIS软件对污染排放强度进行聚类分析、敏感性评价及空间解析,解析出流域非点源污染的敏感地区、重点污染源及其空间分布特征,并依据污染源贡献大小对流域进行分类控制.结果表明,2009年淮河流域农业非点源COD、TN、TP排放量分别为206.74×104t、66.49×104t、8.74×104t;排放强度分别为7.69、2.47、0.32 t·hm-2;COD、TN、TP排放比重分别为73%、24%、3%.识别出COD、TN、TP的主要贡献污染源为畜禽养殖和农村生活;解析出淮河上游沙河、颍河、北汝河、贾鲁河以及清潩河等子流域为整个流域非点源污染的敏感区和优先控制区,畜禽养殖为流域优先控制区中的重点污染源.畜禽污染型和综合污染型分别是流域污染贡献率最高和控制难度大的污染类型.     

南四湖流域种植业面源污染氮磷源解析研究

利用田间径流池采集南四湖流域种植业农田地表径流样品,分析其不同形态的氮磷数据,汇总数据得到南四湖流域种植业的氮磷源成分谱;并在南四湖区11条主要入湖河流入湖口处采集水样,测定氮磷含量,利用主成分分析法对南四湖流域种植业面源污染氮磷来源进行了源解析.结果表明,南四湖流域氮磷种植业面源污染来源有3种,3个主成分累积方差贡献率为95.275%.第一类污染途径为降雨淋溶小麦-玉米轮作农田产生的地表径流对河流产生的污染,这种污染的范围广且贡献率较大为50.220%;第二类污染途径为降雨淋溶大蒜-玉米轮作农田产生的地表径流流入南四湖入湖河流引起的,影响面也较广,贡献率为25.119%;第三类污染途径为自然降雨时,小麦-水稻轮作农田产生的地表径流对河流的污染,贡献率为19.937%.     

我国湖泊富营养化效应区域差异性分析

通过分析我国湖泊富营养化相关指标的区域差异性,发现在相同营养物质条件下,浮游藻类生物量却有所差异,说明不同区域浮游藻类对营养物质总氮（TN）和总磷（TP）的利用效率存在显著的区域差异性.利用SPSS中的曲线估计功能,分析我国不同湖泊区域lg Chl-a分别与lg TN和lg TP的线性方程,通过比较线性方程的斜率分析不同湖泊区域浮游藻类对营养物质TN和TP的利用效率,蒙新高原、云贵高原、东北平原-山地、长江中下游平原及华北平原,lg Chl-a与lg TP线性方程的斜率由高到低依次为1.002、0.817、0.761、0.545、0.250.lg Chl-a与lg TN线性方程的斜率由高到低依次为1.401、1.058、0.447、0.239、0.099,分别为长江中下游平原、云贵高原、华北平原、东北平原-山地及蒙新高原.由此可见,东北平原-山地和蒙新高原TP对浮游藻类生长的影响大于TN,而在华北平原、长江中下游平原和云贵高原,TN对浮游藻类生长的影响大于TP.另一方面,通过分析浮游藻类生物量与水体透明度之间的相关性,阐明藻类生长繁殖对不同区域湖泊水体透明度影响的区域差异性,结果表明,湖泊中浮游藻类生长繁殖对水体透明度影响最大的是云贵高原,其次是东北平原-山地、蒙新高原和华北平原,长江中下游平原水体透明度与浮游藻类生物量之间没有显著相关性.     

参数空间分布对非点源污染模拟的影响

以大宁河流域为研究区域,应用非点源模型SWAT（soil and water assessment tool）,模拟了参数空间分布对流域径流和营养物质流失的影响.利用大宁河流域巫溪水文站2000～2004年的实测数据对模型进行了率定和验证,将流域划分为6种数量不等的子流域,利用相同的模型参数输入,模拟了不同的流域划分方案对径流和营养物质流失的影响.结果表明,不同的流域划分方案,年平均流量的最大相对误差为19.6%,6种方案年平均流量的效率系数为0.52～0.82,月平均流量的效率系数为0.80～0.83,随着子流域数量的增加,径流量出现了先下降、后上升的趋势;有机氮和有机磷的最大相对误差分别为16.2%和7.7%,不同的流域划分方案对营养物质的流失产生了轻微的影响,但没有明显的变化趋势和规律.     

东江湖流域农业面源污染负荷研究

水土流失是吸附态氮磷污染输出的主要方式,也是面源污染评估的重要环节。以东江湖流域为主要研究区域,采用土壤侵蚀经验模型和氮磷污染负荷经验模型对研究区的吸附态氮磷污染负荷进行了估算,重点提取并分析了耕地面源污染负荷,并划分出农业面源污染重点控制区,为流域农业面源的氮磷流失防治提供理论依据。结果表明,东江湖流域农业面源污染土壤侵蚀总量为144.7万t,吸附态氮磷的流失总量分别为2 658.3和504.1 t,其中旱地吸附态氮磷流失风险高于水田;由化肥施用而产生的吸附态氮磷流失量分别为1 561.9和215.4 t,分别占耕地吸附态氮磷流失总量的58.8%和42.7%;东江湖流域农业面源污染防治的主要区域包括沤江区、浙水区以及主要河流入湖的环湖区。