不同尺度流域地表径流氮、磷浓度比较

选择太湖上游为研究对象,采集了1-400 km2不同尺度小流域产出径流TN、TP浓度实测数据,结合前期开展的地表坡面流人工暴雨实验监测结果,开展不同尺度流域水质监测对水体面源污染产出浓度估算影响的比较研究,探讨流域尺度之间入渗、汇流以及伴随的流域生态系统营养盐调节机制的差异．结果表明,流域监测尺度对土地利用面源污染产出浓度估算有较大影响．地表坡面流由于未经过流域汇流过程伴随的下渗滤过与吸附等过程,产出径流TN、TP浓度一般高于小流域．小流域林地生态系统具有较强的入渗机制、接近自然的生态沟谷汇流网络,对面源污染TN、TP有较强的削减作用．农业生态系统较弱的入渗机制、人工沟渠汇流网络对面源污染TN、TP的削减作用较弱．现代农业造成流域面源污染增加不仅仅是因为人类农业活动对流域局部土体及养分的改变,农业生态系统改变流域自然生态系统整体水文过程及营养盐调节机制也是面源污染增加的重要因素之一,恢复小尺度的生态沟谷网络系统对削减流域面源污染具有重要的意义．     

淮河流域瓦埠湖流域水体污染研究与现状评价(2011-2015年)

瓦埠湖位于淮河中游南岸,属于淮河流域最大的湖泊.根据2011年8月-2015年12月对瓦埠湖湖区3个监测点位、入（出）湖河流4个监测断面的水质监测数据,选用内梅罗水污染指数法和单因子指数法,以总氮、总磷、铵态氮和高锰酸盐指数为评价指标对瓦埠湖湖区水体和主要入（出）湖河流水质现状进行评价,结果表明：瓦埠湖湖区总体水质状况为轻度污染、Ⅳ类水质,其主要污染源为农业面源污染和生活污染;部分入湖河流受农业氮、磷污染的影响水质较差,其中庄墓河污染情况最为严重.因此,必须加强流域的水环境综合整治工作,控制农业面源污染对流域水环境的影响.     

太湖流域浙江片区出入境水量、水质及污染物通量

太湖流域浙江片区受工业和城市废水以及农田地表径流等人为因素的影响,污染问题日益严重,根据2013年的水文巡测以及水质监测资料,分析了太湖流域浙江片区出入境水量和高锰酸盐指数(COD_(Mn))、氨氮(NH3-N)、总氮(TN)和总磷(TP)等水质指标的出入境通量及其时空分布.结果表明,2013年太湖流域浙江片区出入境水量以出境为主,出入境断面的首要污染物是TN,其平均浓度在各出入境断面均处于Ⅴ～劣Ⅴ类水平,COD_(Mn)、NH_3-N和TP的平均浓度总体上达到Ⅱ～Ⅲ类标准.4种污染物的出入境通量均以出境为主,研究区域北部是污染物的主要入境断面,东部是污染物的主要出境断面.净出境水量是影响污染物净出境通量的关键因子,出入境断面水质是净出境通量的主要影响因子.源头控制农业面源污染、将工业废水和城镇生活污水处理达标后排放是减轻太湖流域浙江片区水体污染的关键,是太湖流域水体污染控制和治理的主要措施.     

西藏羊卓雍错流域水体水质评价及主要污染因子

水质是流域生态系统的重要指标,水质评价则是开展流域水体污染防治等工作的基础.基于2010-2014年羊卓雍错流域湖泊、河流水质及2012-2014年流域居民饮用井水、自来水水质监测资料,结合单因子污染评价法和内梅罗污染指数法,对流域水质现状进行分析和评价.结果表明,12处地表水体中,羊卓雍错和巴纠错受中度污染,其他水体清洁或尚清洁,硒及氟化物为主要污染因子;9处居民饮用水体中,自来水水质明显好于井水,但也仅有3处自来水达清洁标准,硒、铝及硝酸盐为主要超标项.污染因子通过水-土-植被-动物系统破坏流域生态环境、阻碍农业生产发展,并直接或间接影响人类身体健康.因此,必须做好流域环境的综合整治、控制农业面源污染、完善饮用水基础设施建设,同时继续加强水质监测.     

滇池流域水污染特征(1988-2014年)及防治对策

为明确滇池流域水污染特征并提出有针对性的污染控制对策,对流域污染变化规律及其组成和空间分布特征进行分析.研究表明,近二三十年,滇池流域点源污染负荷的产生量和削减量显著增加,入湖量有所削减;城市面源入湖量随建成区面积的扩张而持续上升;农业面源入湖量在1990s出现峰值,随后下降.目前,滇池流域化学需氧量主要来源于城市面源;总氮主要来自污水处理厂尾水;总磷主要来自农业面源和未收集的点源;各控制单元入湖污染负荷已基本演变为以未收集的点源和城市面源为主.针对流域目前存在的问题,应继续坚持点源污染治理,高度重视城市面源污染治理,加强农业面源治理,进一步完善流域截污治污体系,为滇池水质改善创造条件.     

艾比湖流域2008年丰水期水环境质量现状评价

在断面类别比例法的基础上采用内梅罗综合污染指数法分别评价新疆艾比湖流域2008年丰水期地表水和底泥的污染程度.评价结果显示:总氮、总磷、氨氮基本超标;其中博尔塔拉河污染物超标最严重,总磷超标14.1倍,总氮超标10.1倍.艾比湖流域水质及底泥实际监测类别中Ⅰ-Ⅲ类比例为30%.劣Ⅴ类比例为30%.因此,艾比湖流域丰水期水质中度污染.     

三峡澎溪河水-气界面温室气体模型估算及其敏感性分析

模型估算法是水-气界面温室气体通量监测的主要方法,所得成果也不胜枚举.然而监测过程中诸多环境因素会对最终结果产生不确定的影响.结合三峡库区澎溪河背景条件,利用模型估算法进行水-气界面温室气体通量(以CO_2为例)估算,并且采用修正Morris筛选法尝试分析模型估算法中各个参数对温室气体扩散通量(以CO_2为例)的局部敏感性.研究结果表明:利用模型估算法计算三峡澎溪河流域水-气界面温室气体通量具有较高的可行性和可靠性;风速、水温以及pH值会对监测结果产生影响,且风速越强、水温越高、pH值越小,CO_2扩散通量就越大;pH值是高灵敏参数,风速和水温是灵敏参数.在三峡库区澎溪河监测过程中更应注意pH值的精确性,每次采样前需校正仪器.     

平原河网区降雨径流污染负荷测算——以太湖流域望虞河西岸为例

如何精细量化降雨径流污染负荷是流域尺度实现面源精准治污全过程控制的重要前提.本研究以水污染较为严重的望虞河西岸综合示范区为例,通过开展不同土地利用类型的降雨观测实验,修正SCS-CN模型中的初损率,并基于土地利用类型遥感解译和降雨径流污染物浓度测定,精细刻画降雨径流中总磷(TP)、总氮(TN)、氨氮(NH3-N)、化学需氧量(COD) 4类主要污染物的时空分布格局.结果表明:研究区绿地和农田、硬质地表的降雨初损率分别为0.3和0.9;径流深、污染负荷与降雨深之间存在显著的正相关性.随着降雨量逐年递减,研究区降雨径流中TP、TN、NH3-N、COD四类污染物的负荷量分别从2017年的190、1359、445和16041 t减少至2019年的118、949、314和11250 t;单位面积TN和COD负荷最高的用地类型是农村住宅用地,草地的四种污染物单位面积负荷均最低,林地次之.相关研究结果为望虞河流域水污染控制提供了基础数据,也为定量测算平原河网区面源污染负荷提供了方法参考.     

鄱阳湖乐安河流域水质监测优化布点

采用鄱阳湖乐安河流域13个监测断面1995-2002年8年的污染指标的监测平均值作为原始数据,应用物元分析法对各监测断面进行优化．在确定最佳和最次理想点的基础上,建立标准物元矩阵和节域物元矩阵,并结合综合关联函数,选出优化点位．同时应用相关分析中的距离分析和K-均值聚类法确定各监测点所属类别．综合这三种优化结果,最终确定乐安河流域可以由传统的13个监测点位优化为9个监测点位．     

时空阵列混场源电磁法理论及模拟研究

针对电磁勘探中的混场源输入条件,提出了一种时空阵列混场源电磁勘探方法.假设输入端同时包含天然电磁场源和可控人工场源,输出端进行多站同步观测;基于多输入-多输出系统的分析方法,推导了混场源条件下的时空阵列方程组.提出了系统响应的求解策略,一次性获得所有同步测道对各个场源独立激励时的响应,并分别求取了大地电磁法及可控源电磁法的各种解释参数.在此理论基础上,设计了针对性的施工方案;可控人工场源的选择形式多样,其类型、数量、激励方式及布设位置等不受限制,所有场源的激励可同时进行,无需分步;测区内各测站的布设方式灵活,可根据需要布设单分量测道或多分量测道;同时在测区外布设张量远参考站.利用数值模拟方法,论证了方法的有效性,并与常规方法进行了对比.结果表明,本方法不仅可提高人工场响应的处理精度,还具有一次野外数据采集,可同时获得天然场及人工场电磁响应结果的突出特点,进而提高采集效率,压制噪声影响;本方法集合了天然场源电磁法和人工场源电磁法的优点,为实现不同类型频率域电磁测深方法数据的统一处理提供了思路.     

NUTRIENT LOAD ESTIMATION METHODS FOR RIVERS

Pollutant load estimation is essential for watershed management and water pollution control. For most watersheds, only sparse water quality measurements (e.g. monthly data) are available. The influence of input data on the accuracy of non-point source pollution load estimation is studied using the water quality and stream flow data from a small watershed in Hong Kong. Comparison and analysis of the results using 8 different methods show that the accuracy of stream-flow runoff is the single most important factor for the calculation of pollutant load. Based on the results, the stream flow correction coefficient is advanced to provide a more reliable load estimation. The improved method of pollutant load estimation can be easily applied in practice since the stream-flow runoff can be measured by hydrological station or estimated with various hydrological methods.     

基于修正SWAT模型的岩溶地区非点源污染模拟初探——以横港河流域为例

岩溶流域含水系统的主要特征之一是连通地表的落水洞等垂直管道将近水平的地下暗河联系起来,降水及其形成的地表径流可以通过这些管道迅速地灌入地下河系,从而改变了水及其所携带的非点源污染物质在垂直与水平方向的传输速度与数量,使岩溶流域内地表-地下之间的物质交换与传输过程变得比较复杂;应用广泛的SWAT模型在模拟岩溶地区的水文、水质时会存在一些不足与局限.为此,本文针对岩溶水系统特征,引入落水洞、伏流、暗河的水文过程以及主要营养盐的输移过程,修正SWAT模型原有的水文循环过程及相关算法,改变其只适用于松散均匀介质流域非点源污染模拟的单一特征,并研究建立适合于岩溶流域的非点源污染模型和相应的模拟方法.选取横港河流域岩溶地区作为非点源污染的对象,应用修正后的模型通过控制性的模拟方法和敏感性性分析,定量评估落水洞、伏流、暗河等岩溶特征对氮、磷等主要非点源污染物质输移的影响及其带来的时空效应,并进一步探讨落水洞、伏流、暗河等对地表-地下水文与营养盐的交互作用及转换机理.结果表明,岩溶特征对流域的氮、磷负荷有增加作用,其中总磷的增加明显大于总氮的增加,总磷和总氮的增量分别为0.86%和2.12%;植被岩溶指数的增加会导致流域可溶性磷、有机磷的产出量增加,有机氮、地表产流中硝酸氮和沉积磷的产出量则居其次,落水洞改变了降雨的产流方式,增加了落水洞所在流域的有机磷和有机氮的产出,其增量变化在0~0.7和0~0.3 kg/hm²之间.     

Application of chemical mass balance approach to determine nutrient loading

Abstract

The River Kali in western Uttar Pradesh, India is a typical water course for untreated municipal and industrial effluents. The river receives considerable amounts of waste every day from the industries and municipal area of Muzaffarnagar town. Agricultural runoff is the other major factor in pollution of the river water. The mass balance calculations conducted on the river reach indicate that nitrate and phosphate from the non-point sources constitute 32.4 and 11.2% of the total load, respectively. The resulting differential loading, if adjusted for uncharacterized non-point contribution to the load, may represent the total point sources load to the river minus any losses due to volatilization, settling, and/or degradation. Indirect monitoring using upstream/downstream sampling locations provides a viable alternative to conventional methods for measuring the changes in the concentration and/or load to the river.     

基于改进SWAT模型的灌溉-施肥-耕作对乌梁素海流域营养物负荷及作物产量的影响

不合理的灌溉、施肥和耕作是导致乌梁素海流域农业面源污染的主要根源,乌梁素海作为我国北方地区重要的生态安全屏障,多年来面临着湖泊水环境污染、水生态退化等问题,科学开展湖泊水环境综合治理首先要解决流域内农业面源污染问题. 研究通过修改土壤水平衡、溶质平衡、地下水平衡和作物生长等模块对SWAT 2012原始版本进行改进,并采用改进的SWAT模型构建了乌梁素海流域分布式水文模型,利用实测径流、硝态氮与总磷排放量、地下水埋深以及作物产量校正和验证模型. 基于现状情景,以玉米、葵花和小麦3种主要作物为研究对象,设置了削减灌水量、施肥量及调整耕作方式3种农田管理情景. 基于改进SWAT模型不同情景的模拟结果,计算分析各管理情景下的硝态氮与总磷负荷及对各作物产量的影响. 结果表明,改进SWAT模型具有良好的模拟效果. 不同作物削减5%夏灌水量增产最多达8.41%~10.32%,削减10%秋浇水量均明显减少硝态氮和总磷负荷. 不同作物营养物负荷均随着氮磷施肥削减比例的增大呈现逐渐降低的趋势,但下降曲线逐渐趋于平缓; 各作物产量随氮磷施肥削减比例的增加呈先增加后减少的趋势,其中玉米、小麦氮磷施肥削减比例达20%时产量开始下降,葵花氮磷施肥削减比例达25%时产量开始下降. 不同作物营养物负荷与小麦产量均随耕作方式混合深度与混合效率参数的增大逐渐减小,而玉米和葵花产量则随耕作参数增大逐渐增加. 综合分析,削减5%夏灌水量+削减20%氮磷施肥比例+模板犁耕作组合玉米产量增幅最大达36.5%;削减10%秋浇水量+削减25%氮磷施肥比例+模板犁耕作组合葵花硝态氮负荷降幅最大达42.1%;削减5%夏灌水量+削减20%氮磷施肥比例+免耕组合小麦产量增幅最大达29.1%;而削减5%秋浇水量+削减20%氮磷施肥比例+常规春耕组合小麦硝态氮负荷减少最大达27.2%,总磷负荷减少最大达18.5%. 本研究可为降低流域内面源污染、提高作物产量及减少乌梁素海营养物入湖负荷农业管理措施的实施提供理论依据.     

中国东南丘陵山区水质良好水库现状与天目湖保护实践

东南丘陵山区是我国水库分布最为集中的区域之一,这些水库在保障区域供水安全方面具有极其重要的作用,应该优先保护.然而,水库水环境保护正面临丘陵山区开发强度持续增加,开发方式和空间布局不合理,氮、磷污染及富营养化趋势严峻,缺乏完善监测和管理体系等众多问题.本文以2000年以来天目湖水库保护实践过程为例,从库体水环境治理、流域污染物削减和综合管理3个方面介绍天目湖沙河水库保护的措施和成效,在此基础上提出良好湖库优先保护的建议:建立具有部门协调能力的水库管理机构,实行基于湖库水生态目标的水质目标管理,治理丘陵山区茶果园的面源污染,注重流域生态系统整体的恢复,禁止上游水源涵养区和临湖地带的开发,划定生态保护红线,明确禁止和限制的开发类型与规模,加强湖库及流域的监测和预警,开展必要的水库水体治理工程,并针对性地制定湖库管理条例.天目湖十几年的保护实践中有效地解决了流域开发与水库水质保护之间的矛盾,使天目湖水质由快速恶化转为稳步好转,为东南丘陵山区经济发展过程中水库的环境保护探索了一条道路.     

Sampling frequency for monitoring the actual state of groundwater systems

Sampling frequency is a very important variable in the design of a groundwater monitoring network. Given the objective of sampling as monitoring the actual state of groundwater systems, criteria for the determination of sampling frequency can be based on the trend detectability, the accuracy of estimation of periodic fluctuations and the accuracy of estimation of the mean values of the stationary component of the state variables (such as groundwater heads, temperature, and concentration of hydrochemical constituents). The' criteria are applied to the determination of sampling frequency for monitoring groundwater levels around the Spannenburg pumping station. The analysis and verification of the sampling frequency indicate that the most appropriate sampling frequency is once a month.     

Contribution of baseflow nitrate export to non-point source pollution

As a common pollutant of nitrogen in groundwater, nitrate contamination has become a major concern worldwide. Baseflow, one of the dominant hydrological pathways for nitrate migration to streamflow, has been confirmed as a leading nitrate source for stream water where groundwater or subsurface flow contaminated heavily by nitrate. That is, sufficient improvements of water quality may not be attained without proper management for baseflow, even if non-point sources (NPS) pollutants discharged through surface runoff are being well managed. This article reviews the primary nitrate sources, the main factors affecting its transport, and the methodologies for baseflow nitrate estimation, to give some recommendations for future works, including: (1) giving sufficient consideration for the effects of climatological, morphological, and geological factors on baseflow recessions to obtain more reliable and accurate baseflow separation; (2) trying to solve calibration and validation problems for baseflow loads determining in storm flow period; (3) developing a simple and convenient algorithm with certain physics that can be used to separate baseflow NPS pollution from the total directly in different regions, for a reliable estimation of baseflow NPS pollution at larger scale (e.g., national scale); (4) improving groundwater quality simulation module of existing NPS pollution models to have a better simulation for biogeochemical processes in shallow aquifers; (5) taking integrated measures of “source control”, “process interception” and “end remediation” to prevent and control NPS nitrate pollution effectively, not just only the strict control of nutrients loss from surface runoff.     

Preliminary study on assessment of nutrient transport in the Taihu Basin based on SWAT modeling

With the Taihu Basin as a study area, using the spatially distributed and mechanism-based SWAT model, preliminary simulations of nutrient transport in the Taihu Basin during the period of 1995-2002 has been carried out. The topography, soil, meteorology and land use with industrial point pollution discharge, the loss of agricultural fertilizers, urban sewerage, and livestock drainages were all considered in the boundary conditions of the simulations. The model was calibrated and validated against water quality monitoring data from 2001 to 2002. The results show that the annual total productions of nitrogen (TN) and phosphorus (TP) into Lake Taihu are 40000t and 2000t respectively. Nutrient from the Huxi Region is a major resource for Lake Taihu. The non-point source (surface source) pollution is the main form of catchment sources of nutrients into Lake Taihu, occupied TN 53% and TP 56% respectively. TN and TP nutrients from industrial point pollution discharge are 30% and 16%, and sewerage in both forms of point source and non-point source are TN 31 % and TP 47%. Both the loss of agricultural fertilizers and livestock drainages from the catchment should be paid more attention as an important nutrient source. The results also show that SWAT is an effective model for the simulation of temporally and spatially nutrient changes and for the assessment of the trends in a catchment scale.