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.      

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％.     

非点源污染最佳管理措施成本-效益分析研究综述

农业非点源污染由于其特有的分散性及时空异质性等特点,对其进行有效的控制较为困难。最佳管理措施(BMPs,Best Management Practices)是实现流域农业非点源污染控制的有效手段。国内外相关经验表明,合理的BMPs配置能够有效控制农业非点源污染的影响。而对BMPs方案的成本-效益进行评估则是实现BMPs优化配置的前提条件。通过对目前国外及中国的成本—效益研究案例剖析基础上,分析了BMPs成本—效益研究的现状、意义以及局限性。结果表明:(1)目前BMPs配置的成本—效益研究多以"典型"区域或小尺度模型为基础进行分析,未考虑不同研究区之间的差异;(2)仅关注某种措施的生态效益,或者BMPs实施中所发生的直接成本(如:成本—收益、成本效益曲线),未考虑BMPs实施的外部成本;(3)对BMPs成本-效益评估的不确定性表征不足。基于上述评述,对中国今后流域非点源污染控制BMPs配置研究中成本—效益分析及相关政策的制定和实施提供了一些建议和启示。     

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.     

沙颍河流域(河南段)非点源氨氮污染模拟与时空特征分析

沙颍河流域是我国淮河流域污染最严重的区域之一.为揭示流域非点源的时空分布特征并评估其对水污染的贡献,以沙颍河流域（河南段）为研究区,采用流域水循环系统模型（HEQM模型）模拟了重点断面2012-2015年月径流和氨氮浓度过程,辨识了污染源类型及其贡献,揭示了非点源负荷的年内和年际变化.结果表明:①径流和氨氮浓度的模拟效果较好,HEQM模型在沙颍河流域（河南段）具有较好的适用性.②非点源氨氮污染负荷占多年平均总负荷量的37.40%,在污染时期占比为29.32%.沙河和颍河上游污染时期的非点源负荷比例较高,分别为91.49%和90.45%.③非点源氨氮负荷对丰水期（6-9月）和平水期（3-5月、10-11月）污染的贡献较大,占总负荷的48.83%和51.92%;从年际变化来看,2012-2015年各年份的空间分布特征基本相似,但2014-2015年单位面积非点源污染负荷较2012-2013年明显下降.研究显示,沙颍河流域（河南段）非点源对氨氮污染的贡献已不可忽视,丰水期和平水期是非点源污染治理的关键时期.      

基于L-THIA模型的四川省濑溪河流域非点源污染负荷分析

非点源污染是造成流域水环境恶化的重要原因之一,掌握非点源污染的时空分布特征是流域水环境污染防治和流域综合管理的基础性工作.为落实国家《水污染防治行动计划》,四川省启动了濑溪河等流域综合治理达标方案编制工作,探明濑溪河流域非点源污染负荷及其分布特征是该方案编制的前提.以四川省境内濑溪河流域为研究区域,基于GIS（地理信息系统）,利用L-THIA（long-term hydrologic impact assessment,长期水文影响评价）模型,基于2015年土地利用地图数据、土壤水文数据以及长时间序列（2009—2014年）逐日降雨数据,调整模型参数,使模型模拟径流量符合水文站监测数据,进而模拟2014—2015年流域内的非点源污染负荷空间分布.L-THIA模型模拟得到濑溪河流域径流量约为5.10×108 m3,和控制水文站实测径流量相比,模型模拟相对误差为5%,表明模型模拟质量较好,模拟结果可信度较高.结果表明,流域内TP、NH₃-N、COD_Cr非点源污染负荷分别为204.10、353.12、5 162.53 t;农业用地对研究区的非点源污染影响最大,林地最小;根据濑溪河水系分布特点将研究区划分为16个控制单元,各控制单元TP、NH₃-N、COD_Cr的空间分布特征及比例相似,研究区非点源污染平均负荷强度为3.72 t/km2,TP、NH₃-N、COD_Cr的输出范围分别为（0.08~0.15）（0.14~0.27）（2.19~3.89）t/km2.研究显示,流域非点源污染产生量的估算和空间分布特征的揭示为编制濑溪河流域水污染治理方案提供了科学参考.      

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.      

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%.     

控制流域氮流失的最佳管理措施配置及效率评估

以潮河流域为研究对象,分别进行流域整体单一措施配置和氮流失分区综合措施配置,既采用负荷去除法从污染负荷削减率的角度对BMPs配置效率进行评价,也采用R-R-V （Reliability-Resilience-Vulnerability）指数法从可靠性、可修复性和脆弱性等角度对流域水质改善效果进行评价.结果表明,分区进行氮流失综合措施配置效果更为理想,研究年内流域出口总氮削减率为14.35%~31.65%,年平均削减率为24.98%,在地表水Ⅱ类评估标准下,年平均总氮R-R-V指数为0.37、0.24、95.78,而多项单一措施的年平均削减率为17.48%,月尺度平均总氮R-R-V指数为0.36、0.24、112.96.R-R-V指数法从可靠性、可修复性和脆弱性等角度反映消减效率,无论单一措施配置或分区综合措施配置,可靠性指数与脆弱性指数的改善效率较高（大于14%）,而可修复性指数的改善效率较低.多数情况下可靠性指数与脆弱性指数的改善效率高于总氮削减率,可修复性指数的改善效率低于总氮削减率,表明流域总氮负荷虽然得到一定程度的削减且短期低于标准负荷,但其生态修复难度依旧较大.营养物标准负荷所对应浓度的设定是评估流域R-R-V指数改善效果的关键,且评估标准越严格,待评估营养物的R-R-V指数越趋于稳定.     

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.     

丹江口水库流域非点源污染的最佳管理措施优选

研究运用SWAT模型模拟了非点源污染最佳管理措施在丹江口水库流域的减排效果.在综合考虑了各项措施的成本、占用耕地程度、控制效果等因素后,在不同等级坡度区域下运用基于信息熵的多属性决策方法对措施进行综合评价优选.根据优选结果,提出建议:在25°区域以退耕还林措施为主.研究为丹江口水库流域非点源污染最佳管理措施的实施提供了明确实际的决策支持.     

最佳管理措施对非点源污染控制效果的预测——以北京密云县太师屯镇为例

选取北京市密云水库上游太师屯镇为研究区,针对该区农业非点源污染特征,设计了最佳管理措施(BMPs).同时,在非点源污染损失估算的基础上,率先尝试从经济学角度预测8种不同非点源污染措施在控制氮、磷和泥沙流失的效果及所获得的环境效益、经济效益,并将各单项措施的控制效率进行了比较分析.研究结果表明：改变土地利用类型的3种措施中,25°以上荒草坡还林措施效果最好,对总氮、总磷、泥沙流失的控制效果都超过15%,最高可达30%以上,且经济效益最大;25°以上坡耕地还林效果次之,对总氮、总磷、泥沙流失的控制效果都超过5%,最高可达12%;15°~25°坡耕地变果园措施最差,对总氮、总磷、泥沙流失的控制效果一般为4%~8%.坡度为0°~15°坡耕地在土壤侵蚀控制中具有重要地位;坡耕地植物篱和保护性耕作对土壤侵蚀类非点源污染的控制效果相近,削减的污染损失占非点源污染损失总价值的13%,具有明显的环境效益.针对畜禽养殖污染设计的农村户用沼气池,其经济效率在10%左右;测土施肥技术可减少氮素流失、节约大量化肥,且削减的污染损失达到非点源污染损失总价值的19%.作为综合污染控制措施的河岸缓冲带,可以有效地拦截氮、磷和泥沙的流失,对泥沙的控制效果最好,为83%,对氮的控制效果最低,仅为27%;而从经济效益方面比较,缓冲带减少氮素流失所获得的经济效益最大,约为该措施总经济效益的56%,泥沙次之,占28%;植被缓冲带削减非点源污染的总经济效率最高,可达35%,折合经济价值约1.69×106元.     

基于多准则分析的非点源污染评价和分区——以北京怀柔区北宅小流域为例

非点源污染控制难度大、成本高,因此有必要对污染源划分等级,从而分别进行管理与规划.本研究提出了“风险评价-规划分区-分别管理”的非点源污染规划思路.“风险评价”在借鉴已有的非点源风险评价模型基础上,提出了基于多准则分析的非点源污染评价方法.该评价方法以土地利用因子、径流因子和距离因子为参评指标,采用改进的理想解法(Technique for order preference by similarity to ideal solution,TOPSIS)确定因子权重,减少了人为主观性;“规划分区”依据“适度保护、优先规划、重点管理”的原则,结合风险评价结果,可将流域划分为5类管理分区;“分别管理”是对各类管理区分别配以针对性的BMPs和生态工程措施.“风险评价-规划分区-分别管理”这套方法层层递进不仅能评价流域非点源污染,也能定量为流域内非点源污染源的管理提供科学方案.最后将该方法在北宅小流域进行了应用,结果表明,该方法克服了传统方法的过于主观、局限性大的缺陷,可为类似流域非点源污染评价和管理提供参考.     

农业面源污染滨岸缓冲带控制技术BMPs体系研究

在综合分析国内外农业面源污染有关控制技术及其BMPs体系的基础上,结合上海市地方特点及区域农业面源污染特征,建立了农业面源污染滨岸缓冲带控制技术BMPs体系,主要包括:缓冲带布局,细化设计,施工建设,养护与管理,以及与之配合实施的前置工程性BMPs措施,并提供了一种基于水环境功能目标的不同坡度、不同草皮缓冲带的最佳宽度...     

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.     

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。     

Evaluation of non-point source pollution reduction by applying Best Management Practices using a SWAT model and QuickBird high resolution satellite imagery

This study evaluated the reduction e ect of non-point source pollution by applying best management practices (BMPs) to a 1.21 km2 small agricultural watershed using a SWAT (Soil andWater Assessment Tool) model. Two meter QuickBird land use data were prepared for the watershed. The SWAT was calibrated and validated using daily streamflow and monthly water quality (total phosphorus (TP), total nitrogen (TN), and suspended solids (SS)) records from 1999 to 2000 and from 2001 to 2002. The average Nash and Sutcli e model e ciency was 0.63 for the streamflow and the coe cients of determination were 0.88, 0.72, and 0.68 for SS, TN, and TP, respectively. Four BMP scenarios viz. the application of vegetation filter strip and riparian bu er system, the regulation of Universal Soil Loss Equation P factor, and the fertilizing control amount for crops were applied and analyzed.