流域农业面源污染防治科学问题与技术研发需求

农业面源污染是当前我国面临的重要环境问题之一,也是影响我国水体环境质量持续改善的瓶颈.近年来,我国面源污染治理日益受到重视,相关治理管理体系逐步建立,但我国农业面源污染治理起步相对较晚、研究基础较薄弱.本文针对农业面源污染的现状及研究进展,总结提出了流域农业面源污染的三大科学问题及技术难题：流域面源污染发生规律及水体水质响应机制、农业面源污染削减和资源化原理、监管机制,并从农业面源污染通量监测、负荷核算、适用性技术研发、考核评估机制建立等方面提出了技术研发的需求,以期为我国流域农业面源污染防治及管理提供科学参考.     

抚仙湖子流域尺度氮排放清单构建及关键源解析

对高原湖泊流域总氮（TN）污染的精准调控是预防湖泊水体富营养化的重要环节.但过去基于全流域尺度具体时点建立的流域TN排放清单,因忽略TN污染的时空异质性,导致关键因子识别不清,控源减排措施针对性不强等问题.以典型高原深水湖泊抚仙湖为例,通过资料收集和现场调查,根据上中下游子流域特征,建立子流域尺度TN污染负荷模型;结合GIS空间分析功能,构建抚仙湖流域1990～2020年25个子流域的TN排放清单,分析TN污染负荷时空分布特征及关键污染来源.结果表明：(1) 1990、 1995、 2000、 2005、 2010、 2015和2020年的抚仙湖流域TN污染负荷分别为933.43、 1 012.90、 1 090.25、1 096.93、1 075.69、996.27和514.80 t,点源污染负荷逐年递增,但面源污染负荷仍是其主要来源. TN面源污染负荷主要来自化肥施用,点源污染负荷主要来自于农村生活;(2)TN污染负荷在空间上呈放射状递减的特点,流域整体单位面积负荷为65～6 877 kg·km-2,下游子流域单位面积TN污染负荷（1 009～6 877 kg·km-2）远远高于上...     

基于分布式水文模型的三峡库区污染负荷对气候变化的响应研究

在建立的耦合了污染负荷模拟模块的三峡水库分布式水文模型的基础上,结合多个全球气候模式的集合平均模拟结果,采用统计降尺度模型SDSM将全球气候模式和分布式水文模型耦合,评估了未来气候变化对三峡库区污染负荷的影响,考虑到研究中存在的不确定性,采用假设情景法,分析了三峡库区污染负荷对不同降水量变化的响应情况.结果表明,库区总氮和总磷负荷均与降水量成正相关,在降水量增加量相同的情况下,总氮负荷变化比总磷更剧烈,而在降水量减少量相同的情况下,总磷负荷变化比总氮更剧烈.另外,降水变化主要对三峡库区4—8月的污染负荷量有较大影响.     

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%.     

辽河流域面源污染负荷定量试验研究

本文通过对辽河流域面源污染物来源途径分析及系统采样进行试验测定，获得了不同面源污染类型的流失物中可进入水体的COD、总氮和总磷负荷，通过试验核算首次对辽河流域面源污染负荷进行了定量化研究。     

信息约束条件下的流域农业面源污染控制优化

我国广大小流域迫切需要开展农业面源污染控制,但却面临着水质、水文、气象、土地等监测资料不足的信息约束条件。为了应对此问题,本文以具有冻融变化特征的东北地区为例,开发了一套信息约束条件下的流域农业面源污染控制优化系统。首先,提出了农业面源污染负荷的计算方法。其次,分析了流域水质的影响因素。接着,建立了面源污染输入与流域出水口水质之间的响应关系,经验证该系统输出数据与实际污染状况相吻合,能够很好地模拟流域污染状况。最后通过各种削减策略的运用,模拟出农业面源污染削减率和削减后的总氮浓度。通过采用本研究制定的控制优化方案,改变种植类型和面积以及改善施肥配施比,将污染源数据进行量化作为输入数据,经系统输出得到模拟污染输出数据,可得到较好的污染削减效果。研究结果为信息约束条件下治理流域农业面源污染提供了决策支持。     

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.     

洱海流域农业面源污染空间分布特征及分类控制策略

作为典型的高原坝区农业型流域,洱海流域农业面源污染严重,威胁洱海水质.以洱海流域为研究对象,综合数理分析及GIS技术,开展流域农业面源污染负荷分析及评价,使用排污系数法估算了2018年洱海流域农村生活、畜禽养殖业和种植业污染中COD（化学耗氧量）、TN（总氮）、TP（总磷）的排放负荷,并通过等标污染负荷法在GIS空间分析反映流域内污染排放分布情况.结果表明:①2018年洱海流域农业面源主要污染物COD、TN、TP的排放量分别为11 188.20、2 752.56和259.33 t.COD排放量主要来自畜禽养殖,TN与TP的排放量均主要来自种植业.②洱海流域农业面源主要污染物COD、TN、TP等标污染负荷分别为559.41、2 752.56和1 296.63 m3/a.种植业等标污染负荷在总等标污染负荷中的占比最高,为36.40%,其次是畜禽养殖业,为34.44%.③各乡镇的等标污染负荷差异较大,等标污染负荷范围为（286.16±150.67）m3/a,等标污染负荷强度范围（0.13±0.067）m3/a.④聚类分析结果表明,洱海流域农业面源污染可分为种植业主导型、种植业高污染型、生活污染主导型和畜禽养殖业主导高污染型等4种类型.研究显示:来源于种植业的面源污染是洱海流域水环境保护需要控制的首要污染源,TN是需要控制的首要污染物;排放量与等标污染负荷的空间分布特征均呈流域北部乡镇污染物排放量较高,但流域西部各乡镇排放强度较大的特征;流域内各乡镇防治面源污染需要针对其污染来源特点分别采取推进种养平衡、推广绿色种植、分区控制农田径流以及推进农村生活污水治理等分类控制策略.      

基于SPARROW模型的面源污染模拟研究进展

随着点源污染的有效控制,面源污染逐渐成为我国水环境治理亟须解决的问题。但是,由于面源污染物的来源及其传输过程难于监测,因此需要使用模型模拟的方法进行评估分析。对面源污染模拟常用的统计模型方法和机理模型方法的分析比较发现,空间属性回归模型(SPAtially referenced regressions on watershed attributes,SPARROW)在利用统计学方法的同时,考虑了简单的水文传输过程,是一种介于简单统计模型与复杂机理模型之间的实用模型模拟方法。通过对该模型在污染溯源模拟与分析、流域变化预测分析和管理措施评估等方面的综述,得出结论如下:1) SPARROW模型模拟所需的数据相对较少,难度适中,十分符合我国流域人为干扰严重且监测数据相对不足的管理特点;2) SPARROW模型以空间模拟为主,可以基于目标水体的污染物负荷对上游流域的污染贡献进行溯源分析,并为面源污染的模拟研究提供技术支持。3) SPARROW模型可以在不确定性分析、时间分辨率和空间差异性等方面进行优化改进,进而实现更为广泛的应用。     

三峡库区澎溪河流域氮湿沉特征及其来源

本研究收集了澎溪河流域及万州城区共6个站点2016年1~12月大气湿沉降样品,分析了澎溪河流域大气湿沉降氮的时空变化特征、来源及其对流域水体的输入贡献.澎溪河流域氮湿沉降空间上差异较小,呈现区域性特征;季节上差异较大,呈现春夏大于秋冬的特点.总氮沉降（TDN）浓度和通量分别为1.1mg N/L和11.8kg N/（hm²·a）.来源主要包括二次源、地壳源、交通源和养殖源,其贡献占比分别为47.4%、23.5%、14.3%和10.9%,而工业源和化石燃料燃烧源仅分别贡献2.8%和1.1%.通过湿沉降直接输入流域水体的氮素为76.9t/a,约占总氮输入的1.8%;沉降通量超过了水体富营养化临界负荷.流域湿沉降铵态氮（NH₄⁺-N）、硝酸盐氮（NO₃^--N）和有机氮（DON）沉降通量分别占总沉降的63.3%、25.9%和10.7%,减少NH₄⁺-N排放能有效控制流域氮沉降量.     

区域尺度黄河流域面源污染负荷特征与来源解析

掌握黄河流域甘肃段面源污染负荷特征及其来源,是在区域尺度上提升水环境污染治理水平的重要基础。基于DPeRS面源模型,从农田径流、城镇径流、畜禽养殖、农村生活、水土流失5大污染类型,选取TN、TP、NH₃-N和COD 4个污染指标,对甘肃黄河流域9个市(州)58个县(区)面源污染进行污染负荷估算、污染来源解析及空间分布分析。结果表明:从模型估算结果看,2018年整个流域TN、TP、NH₃-N和COD面源污染排放负荷均值分别为65.6,11.8,19.1,77.2 kg/km2。从区域尺度分析,甘肃黄河流域TN、TP面源污染负荷最高的区域均是兰州市安宁区,分别占整个流域总负荷的10.83%和5.16%;NH₃-N和COD面源污染负荷最高的区域均是临夏回族自治州临夏市,分别占整个流域总负荷的26.23%和56.56%。从污染产生来源分析,TN、TP、NH₃-N和COD的首要污染来源分别为农田径流、水土流失、农田径流和畜禽养殖。从空间分布分析,黄河流域各县(区)面源污染总负荷呈中间高两边低的分布特征,污染负荷较重的区域主要集中在黄河兰州段、大夏河临夏段、渭河天水段等局部区域。     

太湖流域农业面源污染防控措施研究分析

近年来,太湖流域农业面源污染占流域污染负荷的比例逐步提高,已经成为太湖流域水污染物的主要来源.阐述了流域农业面源污染的概况,从种植业、畜禽养殖业、农村生活和水产养殖4个方面分析流域农业面源污染的构成.其中,种植业污染主要是由化肥、农药和农膜的过度使用引起.接着从政策、经济和技术3个层面详细探讨了农业面源污染产生的内在机理,并在此基础上提出相应的防控措施建议.     

鄱阳湖流域面源污染负荷模拟与氮和磷时空分布特征

基于气象、土壤、土地利用、数字高程模型和农业管理等数据基础上,对输入鄱阳湖赣江、抚河、信江、饶河、修水等"五河"上的7个水文站的径流、泥沙和面源氮(N)和磷(P)污染负荷进行参数的敏感性分析,利用实测数据对参数校准和验证,通过SWAT模型对2003—2012年十年间入湖的径流、泥沙和面源N、P污染负荷进行了模拟.2003—2012年面源总氮(TN)、总磷(TP)、硝氮(NO-3-N)、有机氮(ON)和有机磷(OP)面源污染负荷入湖特征呈现出:时间变化上,年际间变化大、年内集中在4—7月入湖,鄱阳湖N、P污染负荷主要来自于面源污染,入湖面源TN组份中NO-3-N所占比重较高,TP组份中OP所占比重较高的特征;空间分布上,"五河"中赣江流量和流域面积最大,流域各项面源N、P污染物入湖量最大;修水流量和流域面积最小,流域各项面源N、P污染物入湖量最小的特征.     

基于DPeRS模型的海河流域面源污染潜在风险评估

运用DPeRS（diffuse pollution estimation with remote sensing）模型对海河流域面源污染物的空间分布特征和污染来源进行遥感像元尺度解析,结合地表水质评价标准,构建了面源污染潜在风险分级方法,评估了海河流域面源污染潜在风险.结果表明：污染量上,海河流域总氮（TN）、总磷（TP）、氨氮（NH₄⁺-N）和化学需氧量（COD）面源污染排放负荷分别为429.2、25.7、288.3和1017.0 kg ·km^-2,入河量分别为2.5万t、1597.2 t、1.7万t和6.6万t;污染类型上,农田径流是海河流域最主要的氮磷型（TN、TP和NH₄⁺-N）面源污染源,对于COD指标,城镇生活是首要污染类型,其次为畜禽养殖;空间分布上,海河流域中部和南部地区面源污染负荷较高,此区域也是该流域面源污染高风险集中分布区,氮磷型面源污染高风险区域分布相对较为集中,化学需氧量型则较为零散;海河流域有36%以上的区域存在氮磷型面源污染风险,有2.94%的区域存在化学需氧量型面源污染风险.     

利用DPeRS模型估算巢湖流域氨氮和化学需氧量的面源污染负荷

巢湖作为安徽省重要的饮用水源,其面源污染问题受到广泛关注.本文利用一种基于遥感分布式面源污染计算模型——DPeRS(Diffuse pollution estimation with remote sensing)模型,估算了巢湖流域2010年氨氮(NH+4-N)和化学需氧量(CODCr)面源污染物负荷,并进行污染特征解析,结果表明:1巢湖流域污染物以耗氧有机物为主,2010年产生NH+4-N 1562 t,进入水体800 t;CODCr9×104t,进入水体5×104t.22010年不同月份面源氨氮和CODCr污染负荷均有显著性差异,其中,7—8月氨氮和CODCr污染产生量较高.3空间分布上,氨氮和CODCr污染物主要集中在巢湖流域西北部地区;从区县角度来看,合肥市市辖区面源污染物产生量及入河排放量最大.4污染类型分析结果表明:城镇径流是氨氮最主要的面源污染源,且氨氮污染负荷与城镇人口密度的相关系数达到0.98,氨氮污染负荷与农田氮平衡的相关系数为0.65;而畜禽养殖是CODCr最主要的面源污染源,且CODCr污染产生负荷与畜禽养殖密度之间有显著的空间关联性,其相关系数达到0.91.     

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...     

深圳市石岩水库流域面源污染负荷研究

本研究通过分析城市面源污染的来源和特征,针对石岩水库流域城市土地利用和下垫面类型特点,建立城市面源污染预测模型,计算得出石岩水库流域COD、BOD、TN、TP等污染物的负荷.     

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.     

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%.     

近20年来广东省农业面源污染负荷时空变化与来源分析

广东省农业面源污染负荷产生量大,对区域生态环境造成严重影响.采用清单分析法分析了近20年(1999～2019年)广东省农业面源污染负荷时空变化特征,探讨了农业面源污染的来源情况,并分析了农业生产投入强度、农业面源污染负荷和农业面源污染指标的关系.结果表明,近20年广东省农业面源污染总负荷下降6.08%,其中化学需氧量(COD)、总氮(TN)和总磷(TP)的污染负荷增幅分别为-11.88%、 4.99%和26.17%,耕地化肥和农药投入强度分别上升112.19%和60.38%.珠三角地区是广东省农业面源污染负荷最高的地区,其次分别是粤北、粤西和粤东地区.畜禽养殖是COD的主要来源,化肥和畜禽养殖是TN的主要来源,畜禽养殖和水产养殖是TP的主要来源,且水产养殖污染物排放占比呈现出明显上升趋势.不同区域的污染物来源存在一定差异,粤西、粤北和粤东地区COD和TP主要来源是畜禽养殖,TN的主要来源是化肥;珠三角地区水产养殖业成为TN和TP污染负荷的主要来源.广东省面源污染负荷总量下降主要源于城镇化水平的提高和农村人口比例减少.总体而言,广东省面源污染存在时间阶段性变化与空间差异,应当采取全面治理...