一维水质模型结合改进的输出系数法在流域非点源污染负荷估算中的应用

非点源污染是导致流域水体水质恶化的关键污染来源之一,为了估算流域非点源污染负荷,本文提出将一维水质模型应用于分离监测断面点源污染负荷和非点源污染负荷的方法,并结合了改进的输出系数法,以COD_Mn和NH₃-N为代表性指标,将该模型应用于潮河下游流域,并与传统的水文分割法结合改进的输出系数法估算非点源污染负荷的结果进行对比。结果表明,一维水质模型结合改进的输出系数法估算流域非点源COD_Mn和NH₃-N污染负荷模拟值的纳什系数均在0.800以上,具有良好的模拟精度,同时避免了水文分割法无法较好地模拟枯水期非点源污染负荷的弊端。该方法在运用SWAT（soil and water assessment tool）模型预测得到水文数据的情况下,能够预测流域非点源污染负荷,作为SWAT模型对COD模拟的补充。     

多模型方法在非点源污染负荷中的应用展望

对非点源污染进行定量化和有效控制的方法是通过非点源污染负荷模型对各类非点源的形成、迁移转化以及负荷量进行模拟。然而,流域非点源污染模型的不确定性是单一模型模拟污染负荷面临的重大挑战。借鉴多模型方法在降低水文模型不确定性方面的优越性,通过分析水文模型与非点源污染模型的相通性,提出多模型方法在非点源污染负荷中应用的基本思路并分析了多模型方法在非点源污染负荷估算中面临的挑战,总结了多模型方法在非点源污染负荷应用中的重点和难点问题。     

非点源污染的流域分配方法研究

农业非点源污染的流域分配研究对于提高环境质量具有重要的现实意义。根据遥感技术得到的土地利用类型、河网、道路、圩区等信息,结合地理信息系统（GIS）的空间分析功能,对非点源污染负荷进行了定量计算及可视化分析,在此基础上,得到各主要河段的污染分配量,这可为寻求流域内合理的土地利用模式和农业非点源污染排放总量的控制方法提供决策依据。     

中国非点源污染负荷计算研究现状与存在问题

非点源污染负荷计算对水污染总量控制具有重要意义,为分析中国非点源污染负荷计算研究的现状与问题,在系统调研相关文献的基础上,将中国常用的非点源污染负荷计算方法总结为三大类:输出系数模型、实证模型和机理模型,阐述了各种模型的特点及其在中国的研究和应用情况;从非点源污染的界定、产污量和排污量的区别、国内和国外非点源污染产生环境的差异以及平原河网地区非点源污染负荷的计算4个方面分析了中国非点源污染负荷计算研究存在的主要问题;认为模型和计算方法适应研究区的环境特征是研究工作取得成功的关键,今后要加强实证研究、理论研究与模型开发的结合,逐步建立适应中国环境特点的非点源污染负荷计算方法体系。     

非点源污染负荷模型的研究进展

基于国内外非点源负荷污染模型的研究现状,针对农业、城市和混合三种类型非点源模型,总结并梳理了主要模型的适用条件,并对非点源模型的发展趋势进行了展望。     

太湖流域污染负荷模型研究

在大量参数试验和调查的基础上,通过研究太湖流域各种点源和非点源污染负荷的排放去向、产生量和处理系数,建立了太湖流域污染负荷模型。该模型的计算结果为太湖流域水质模型的模拟提供了污染源的各种污染负荷完整的输入资料,不再需要繁杂地整理和准备太湖流域水质模型必须输入的各种污染负荷数据。可以通过图形直观地显示太湖流域各种污染源的污染物产生量和处理量,使整个流域上难以直接量测的各种污染负荷得到量化。     

南水北调中线工程水源区老鹳河流域农业非点源污染关键源区识别

识别关键源区可以为非点源污染的优先管理和控制提供决策依据。本次研究以南水北调中线工程水源区老鹳河流域为研究区,比较全面地考虑了氮磷流失的主要影响因素,建立了老鹳河流域农业非点源污染关键源区识别模型,进行流域农业非点源污染风险评价和污染关键源区识别。结果表明,流域内处于高风险区以上的地区占流域总面积的13.4%,主要分布于老鹳河中上游地区,相对集中分布于老鹳河干流及其支流沿河地区,零星分布于西峡境内东部和北部局部,为该流域地表水环境农业非点源污染的关键源区。其中,污染风险最高的区域只占流域总面积的3.75%,可划定为重点关键源区进行重点治理,同时应兼顾污染风险次之的区域。基于GIS的指标体系法能够快速而方便地识别流域非点源污染高风险区域并量化污染风险大小,从宏观上掌握非点源污染的空间分布特征并实施有效管理和治理。     

丹江鹦鹉沟小流域氮素随径流的迁移及对水质的影响

计算小流域非点源氮素流失负荷,并以此开展丹江水源区水体污染源解析和控制研究。基于流域断面及小区监测试验,利用平均浓度法对鹦鹉沟流域氮素年均流失模数和不同土地利用类型的非点源污染负荷进行计算分析。结果表明:径流水质中主要是总氮质量浓度超标,且硝氮质量浓度均大于氨氮质量浓度;当坡耕地坡度大于25°时,氮素流失严重,水质极差;农村生产生活污染物排放对水质有很大影响,从断面1到把口站,硝氮质量浓度和总氮质量浓度增加较大;农地、草地和林地的总氮年均径流流失模数分别为0.36、0.22和0.09t/(a·km2);流域出口非点源污染物氨氮、硝氮和总氮的平均质量浓度分别为0.17,4.71和7.55mg/L,点源污染物氨氮、硝氮和总氮的平均质量浓度分别为0.20、2.12和4.08mg/L。总体来说,鹦鹉沟流域径流中总氮的流失模数为0.89t/(a·km2),总氮是影响水质的主要污染物,需加强对坡耕地氮素流失和农村生活垃圾的治理。     

流域非点源磷素输出负荷估算方法研究

目前水质常规监测频率较低,难以客观反映流域非点源污染物浓度随降雨径流过程的变化情况,结果会低估了流域非点源污染物的输出负荷。本文利用流域次降雨过程的连续水质水量同步监测资料,研究分析次降雨过程与流域非点源磷素输出负荷之间的因果关系,并建立次降雨总量与磷素输出负荷的定量相关关系。研究结果表明,流域次降雨总量与非点源磷素输出负荷之间存在较好的相关关系。通过这种定量关系,以流域次降雨总量为输入,可以更为合理地估算出流域非点源磷素输出负荷。     

基于PCRaster的流域非点源氮磷负荷估算

以太湖流域上游的西笤溪流域为研究区,应用动态环境模拟语言PCRaster构建月水文和氮磷营养物质输出模型,分析流域内氮磷输出的时空分布特征。以输出系数法为基础,将分布式水文模型与非点源负荷模型相结合,应用地理信息技术构建基于栅格的非点源污染模拟模型,根据1988~2007年的水文、水质实测数据对模型进行率定和验证,定量分析西笤溪流域非点源污染负荷量与氮磷输出的空间分布。研究结果显示:基于单元网格的月水文模型在该流域具有较好的应用效果,率定和验证期的Nash系数和线性相关系数R2均超过了0.80。应用模型估算西笤溪流域非点源污染2002~2005年总氮年输出量为1 670~2 035t/a,2002~2007年总磷输出量为102~164t/a。氮磷负荷的空间分布表明以稻麦或水稻/油菜轮作的农田是非点源污染的最主要来源。     

黄河干流潼关断面非点源污染负荷估算

基于平均浓度法原理,根据黄河中游降雨径流特点,将年内过程分为汛期和非汛期两个阶段,同时将高含沙水流中的污染负荷分为水体中的溶解态污染负荷、泥沙吸附态负荷两部分,提出了多沙河流非点源污染负荷估算模型;根据黄河干流潼关断面1950-2006年实测水沙资料,结合水体、泥沙污染物浓度测定试验,分别计算了潼关断面2006年以及丰水年(P=25%)、平水年(P=50%)、枯水年(P=75%)3种不同代表年型下的非点源污染负荷.结果表明:黄河干流潼关断面年污染负荷以汛期为主,汛期污染负荷以非点源为主;非点源污染负荷中,硝酸盐氮、氨氮以溶解态为主,总磷以吸附态为主;潼关断面非点源污染负荷占全年负荷比例:丰水年时,硝酸盐氮占63.09%,氨氮占61.32%,总氮占87.17%、总磷占89.83%;枯水年时,硝酸盐氮占26.92%,氨氮占24.62%,总氮占67.60%、总磷占71.73%.2006年,硝酸盐氮、氨氮、总氮和总磷非点源污染负荷占全年比例依次为:17%、14%、15%和41%.     

Simulation of spatial and temporal distribution on dissolved non-point source nitrogen and phosphorus load in Jialing River Watershed,China

Jialing River, which covers a basin area of 160,000 km² and a length of 1,280 km, is the largest tributary of the catchment area in Three Gorges Reservoir Area, China. In recent years, water quality in the reservoir area section of Jialing River has been degraded due to land use and the rural residential area induced by non-point source pollution. Therefore, the semi-distributed land-use runoff process (SLURP) hydrological model has been introduced and used to simulate the integrated hydrological cycle of the Jialing River Watershed (JRW). A coupling watershed model between the SLURP hydrological model and dissolved non-point source pollution model has been proposed in an attempt to evaluate the potential dissolved non-point source pollution load; it enhances the simulation precision of runoff and pollution load which are both based on the same division of land use types in the watershed. The proposed model has been applied in JRW to simulate the temporal and spatial distribution of the dissolved total nitrogen (DTN) and dissolved total phosphorus (DTP) pollution load for the period 1990–2007. It is shown that both the temporal and spatial distribution of DTN and DTP load are positively correlated to annual rainfall height. Land use is the key factor controlling the distribution of DTN and DTP load. The source compositions of DTN and DTP are different, where average DTN pollution load in descending order is land use 67.2%, livestock and poultry breeding 30.5%, and rural settlements 2.2%; and for DTP, livestock and poultry breeding is 50%, land use 48.8%, and rural settlements 1.2%. The contribution rates of DTN and DTP load in each sub-basin indicate the sensitivity of the results to the temporal and spatial distribution of different pollution sources. These data were of great significance for the prediction and estimation of the future changing trends of dissolved non-point source pollution load carried by rainfall runoff in the JRW and for studies of their transport and influence in the Three Gorges Reservoir.     

辽河大伙房水库汇水区农业非点源污染入库模拟

利用输出系数法和SWAT模型,对大伙房水库汇水区农业非点源污染(ANSP)进行了入库模拟研究,并用2006—2009年的水文和水质监测数据对模型进行了校准和验证。研究结果表明:汇水区年均输入到水库的泥沙量、总氮和总磷负荷分别为82.65×103 t、1 873.49t和81.97t;月入库泥沙量、总氮和总磷负荷与径流量有着较强的相关性,ANSP的产生和迁移受降水、径流过程影响很大,每年7、8月份的氮、磷和泥沙流失量达到年内最大值,分别占全年流失总量的42.64%、44.42%和67.91%。水库汇水区各流域对水库氮、磷污染的贡献率由大到小依次为:浑河流域(清原段)、苏子河流域、社河流域和水库周边小流域。     

城市次降雨径流污染负荷计算方法

城镇地表径流污染是地表水体污染的主要原因,也是城镇河流的主要污染源之一,其识别和控制是目前城市水环境治理的重要内容。沙河是长江的二级支流,流经宜昌市某区,水体水质较差。以该区为研究对象,将其分为不同下垫面,通过监测次降雨不同时段各种下垫面地表径流中污染物浓度,建立地表径流污染物负荷估算方法,估算地表径流中污染物负荷量,为城市非点源污染削减和城市河流污染治理提供依据。     

Small-scale watershed extended method for non-point source pollution estimation in part of the Three Gorges Reservoir Region

Non-point source (NPS) pollution has been increasingly recognized as a major contributor to the declining quality of aquatic environment in recent years. Because of the data shortage, the non-point source loads estimation in the large-scale watershed is always difficult in most developing countries. In this study, small-scale watershed extended method (SWEM) was introduced with a case study in the middle part of Three Gorges Reservoir Region (TGRR). Small-scale watershed extended method is the method which uses physical-based models in some small typical catchments of the targeted large watershed, and then the parameters obtained from those small catchments are extended to the surrounding area until the non-point source pollution loads in the entire watershed or region are obtained. The selected small catchments should have sufficient data. Here, the middle part of the Three Gorges Reservoir Region, about 12,500?km², was chosen as the targeted region for the case study. In this region, considering the data availability, Xiaojiang River was screened as a typical watershed and was simulated with Soil and Water Assessment Tool model through accurate parameter calibration and validation. And then the parameter group obtained in Xiaojiang River Watershed was extended to the entire study area to quantify the total non-point source pollution loads. After which, the spatio-temporal characteristics of the non-point source pollution in the middle part of the Three Gorges Reservoir Region were analyzed, as well as the pollution from each tributary and different under layer surface conditions. The small-scale watershed extended method provides a practical approach for non-point source pollution loads estimation in the large-scale watershed or region.     

水质模型研究进展与流域管理模型WARMF评述

分析了以地表水、地下水与非点源为代表的水质模型研究发展历程,揭示了水质模型由经验-机理、单要素(或无机、大量、无毒要素)-多要素(或有机、微量、有毒要素)、单介质-多介质、稳态-动态、点源-非点源-两者统一研究、饱水带-包气带-二者统一研究、小规模分散(河流、湖泊、地下水等)-大规模集成(整个流域)、理论研究-实际应用研究的发展特点。认为当前水质模型正处于由水质研究向以水质为中心的流域管理研究转变的关键时期,给出了一个流域管理新模型WARMF的介绍与特点分析。     

土壤侵蚀引起的农业非点源污染研究进展

土壤侵蚀引起的农业非点源污染是造成水体污染的主要污染源。详细介绍了近20年来土壤侵蚀引起的农业非点源污染的研究进展,包括污染物迁移过程、影响因素、预报模型以及防治措施等;提出了我国开展农业非点源污染的研究重点,包括侵蚀过程对非点源污染物运移和水质的影响,污染物运移的预测预报模型,全国统一的不同污染物危险性评价指标体系制定等。     

农业非点源污染模型AnnAGNPS适用性检验

以大沽河典型小流域为研究区,借助GIS和相关资料提取参数,建立模型数据库。在此基础上,采用2001～2002年小流域出口径流量、泥沙和总氮监测数据优化参数、校准和验证模型,分析AnnAGNPS模型在大沽河典型小流域的适用性。结果表明,模型对日均径流量、泥沙及总氮输出的模拟能力较差,而对年均污染负荷估算结果比较理想。当前AnnAGNPS模型主要被用于评价流域非点源污染的长期影响及最佳管理措施的选择精度足矣。