基于SWAT模型的梅江流域非点源污染时空分布特征

利用SWAT模型对亚热带季风湿润区红壤背景下江西省梅江流域非点源污染进行了模拟,并根据实测数据对模型的参数进行了率定和验证。在确定模型适用性的基础上,进行氮、磷营养盐负荷计算,分析了流域非点源污染负荷时空分布特征。结果表明：研究区非点源污染负荷具有显著的时空分布特征,在时间变化上,氮、磷污染负荷与降雨有明显相关性,R2分别是0.909和0.921;硝态氮年平均污染物负荷排放方式主要以下渗为主,下渗硝态氮排放量占总量的63%,与流域内高植被覆盖率有关;在空间分布上,有机氮与有机磷空间分布基本一致,流域内污染物主要分布在梅江中下游的黄陂河与会同河流域,不同土地利用下非点源污染负荷以耕地排放量为主。     

土地利用方式对流域氮输入输出关系的影响——以加州San Joaquin流域为例

土地利用方式影响流域氮输入的空间分布和氮素的迁移输出过程,与非点源污染的防治密切相关.本文利用加州San Joaquin流域数据,考虑不同土地利用方式的影响,在GIS平台上分析了流域氮输入与输出的关系及其空间分布.本文提出了一个新的指标(F=CN/(L/Q))来衡量河流氮输出的变化趋势,该指标综合考虑了田间产流和河道输移两个过程的影响因子,能够描述土地利用类型对流域氮素迁移转化的影响.在实例研究中,通过该指标能够指示出研究区氮素流失的高风险区,为流域土地利用规划和非点源污染防治提供了重要的科学依据.     

五华河流域非点源污染风险区和风险路径识别

非点源污染是亟待解决的水环境问题之一,确定非点源污染过程中的潜在风险区和风险路径是解决非点源污染问题的关键。引入景观生态学中的最小累积阻力模型,以高污染负荷的耕地、建设用地为“源”,运用表示下垫面产流性质的地形湿度指数和CN值构建阻力面,对五华河流域的非点源污染高风险区和风险路径进行可视化识别和分析。结果显示：① 在下垫面产流作用下,五华河流域低产流区主要分布在流域西南部,高产流区呈“人”形贯穿全流域。② 最小累积阻力模型能够有效识别流域内非点源污染风险区和风险路径,五华河流域非点源污染高风险区分布于迥龙、田心、龙母、铁场、登云、通衢、鹤市、紫市、岐岭、华城、转水、潭下、水寨等地的河道两岸,以耕地为“源”的非点源污染风险路径与建设用地为“源”的非点源污染风险路径在空间分布上差异较大。③ 耕地对五华河水质的影响大于建设用地对五华河水质的影响,耕地中的富营养物质和沉积物更容易随地表径流进入受纳水体。④ 流域尺度上治理以耕地为“源”的非点源污染应在邻近耕地的河流两岸建立一定宽度的植被缓冲区,治理以建设用地为“源”的非点源污染宜围绕关键源区进行治理。本研究为非点源污染风险区和风险路径的识别提供一种新的思路,为进一步开展非点源污染治理提供理论依据。     

晋江西溪流域非点源污染的SWAT模型模拟

运用SWAT模型对晋江西溪流域的非点源污染进行了研究．在产流、产沙模拟的基础上,利用1973—1979年晋江西溪安溪站的氨氮、矿物磷实测值对模型进行校准,氨氮、矿物磷模拟的效率系数分别为0．69和0．79．模拟结果表明,1973-1979年西溪流域年均坡面非点源总氮流失量约为1530t或6．3kg／hm^2;总磷流失量约为270t或1．1kg／hm^2;耕作农田是非点源污染的重要来源;非点源污染在西溪各子流域中的空间分布不平衡,蓝溪子流域部分污染较严重．     

晋江西溪流域非点源污染的SWAT模型模拟

运用SWAT模型对晋江西溪流域的非点源污染进行了研究．在产流、产沙模拟的基础上,利用1973—1979年晋江西溪安溪站的氨氮、矿物磷实测值对模型进行校准,氨氮、矿物磷模拟的效率系数分别为0．69和0．79．模拟结果表明,1973-1979年西溪流域年均坡面非点源总氮流失量约为1530t或6．3kg／hm^2;总磷流失量约为270t或1．1kg／hm^2;耕作农田是非点源污染的重要来源;非点源污染在西溪各子流域中的空间分布不平衡,蓝溪子流域部分污染较严重．     

东江流域非点源污染模拟及时空分布研究

应用国外较成熟的半分布式水文模型HSPF,建立了东江流域径流与非点源污染模拟模型,在此基础上定量计算与分析了东江流域非点源污染的时空分布特征。结果表明:径流模拟的相对误差在10%以内,纳什效率系数大于0.8,泥沙以及非点源污染氨氮、总磷模拟的相对误差在15%以内,纳什效率系数大于0.6,所建立的基于HSPF的模型可以满足研究东江流域径流与非点源污染长期变化过程与时空分布特征的需要;丰水年是东江流域非点源污染物流失的关键年份,降雨对东江流域非点源污染过程影响很大,汛期是东江流域非点源污染防治的关键时期;东江流域氨氮、总磷非点源污染月负荷与月降雨量存在非线性相关,复合回归曲线可较好地拟合两者的时间变化;东江流域非点源污染的关键区域主要位于流域中下游源城区、博罗县、惠城区中耕地与建设用地集中的地块;各子流域非点源污染产生的氨氮、总磷浓度指标与耕地、园地、林地、建设用地面积比例存在显著的线性相关关系。     

分布式土壤侵蚀和泥沙输移非点源污染子模型及其应用研究

官厅水库妫水地区土壤侵蚀较为严重。为控制妫水地区的土壤流失非点源污染,本文建立了一个参数较少、便于应用的分布式土壤侵蚀和泥沙输移子模型。该模型由USLE模型和泥沙输移模型组成。首先,本研究确定了USLE中各因子的计算公式,用该模型计算土壤流失。然后,将流域概化为河网,利用曾提出的应用于经Laplace变换和逆变换求得的一维水质迁移转化方程的解中的面积汇污系数和S曲线之间的关系,推导得到了分布式泥沙输移模型。最后,从妫水河流域土壤图、土地利用图中提取地理信息,以DEM为依据,研究了该模型在妫水河流域的应用。结果表明,该模型不仅可用于研究非点源泥沙污染,而且可用于研究流域内土壤侵蚀的空间分布,为实现农业最佳管理提供科学依据。妫水流域土壤流失主要来自坡度较大、地表植被覆盖差的丘陵和山地,控制土壤流失应该将重点放在该流域内的丘陵和山地上。     

流域陆地生态系统水体净化服务表征及驱动力分析

陆地生态系统的水体净化服务能过滤地表径流中的污染物,有助于防控流域非点源污染。准确表征该服务的时空变化特征,定量探索其驱动机制则是生态系统服务应用的前提。论文以太湖流域典型地区为例,利用空间分布式的生物物理模型,研究流域陆地水体净化服务的空间格局与时间演变特征,并借助GIS空间统计方法及面板数据模型分析其主导驱动力。结果显示：2000—2010年间研究区59.19%、58.27%的面积分别为氮、磷净化服务的弱降低区。2000—2005年与2005—2010年两个时间段内研究区氮净化服务先下降后略有上升,其中苏州市区增幅最大;磷净化服务为下降趋势,以无锡和苏州市区降幅最大。气候因素和水网密度对水体净化服务具有显著正影响,而负向驱动力则存在差异。为此应采取适当的措施调整主导因素,提高陆地生态系统的水体净化服务,减少氮、磷排放,为流域非点源污染治理及水环境管理提供支撑。     

于桥水库流域农业非点源磷污染控制区划研究

以于桥水库流域28个次级小流域作为区划对象,以影响该区域农业非点源磷污染的6个主要因子,包括降雨侵蚀力因子(R),土壤可蚀性因子(K),地形因子(LS),植被覆盖因子(C)以及土壤有效磷含量(SAP)和化肥磷施用量(FP),作为区划因子,采用系统聚类法进行区划,将于桥水库流域分为4类磷污染控制类型区,分析了各个类型区的生态环境特征、农业非点源磷污染特征和主要影响因子,提出相应的控制措施。为进一步进行更深入的研究提供科学依据。     

基于GIS的金沙江流域(云南段)景观特征空间对比研究

金沙江流域从上游到下游,由于人类干扰程度差异大,景观特征变化明显。GIS的数据采集与空间分析功能为不同流域段景观特征的对比研究提供了很好的技术支撑。以TM遥感影像为数据源,在完成土地利用分类后,将该流域分为上、中、下游等三个流域段,运用ArcGIS的图层叠置、空间统计空间分析功能,对比分析各流域段的景观特征,以及景观特征与人口密度、露天采矿的空间分布关系。研究得出:①流域内以林地、灌草丛、旱地栽培植被为主,但各区段差异明显,上游地区林地分布较为密集,中游地区则分布有大量的灌丛,下游地区则以旱地栽培植被为主;②流域的景观破碎度在空间上的分布规律为:中游>下游>上游;③流域内景观破碎度在空间分布上与人口密度、露天矿区面积成正比,其中,流域中游地区人口密度较大、露天矿区最多,也是景观最为破碎,斑块最为复杂的地区。     

非点源营养负荷泥沙关系的建立及其应用

为满足水污染控制规划和流域水资源保护工作的需要,以几个流域的非点源污染监测资料为基础,建立了TP、TN等营养物的非点源污染负荷—泥沙定量关系,相关系数高达0.9以上。以渭河的支流黑河和陕南的汉江流域为例,具体说明了污染负荷—泥沙关系法的应用步骤和预测结果,并与水质水量相关法的结果进行了对照。结果表明,该方法可用于次暴雨及不同频率代表年的非点源营养负荷量预测。     

多流域降雨和土地利用格局对土壤侵蚀影响的比较分析——以陕北黄土丘陵沟壑区为例

土壤侵蚀是制约黄土高原可持续发展的瓶颈因素,为分析不同面积流域降雨和土地利用格局对土壤侵蚀影响的变化趋势,本文基于土壤侵蚀评价指数,发展了降雨和土地利用格局对土壤侵蚀影响的表征方法,探讨了多流域降雨和土地利用格局对土壤侵蚀的影响。结果表明：① 2006-2012年,研究区降雨侵蚀力因子R总体上呈现上升的趋势,植被覆盖与管理因子C呈现下降趋势;② 随流域面积的增加,研究区内降雨格局对土壤侵蚀的影响逐渐降低,而土地利用格局对土壤侵蚀的影响变大;③ 在流域面积较小时,降雨格局对土壤侵蚀的影响要大于土地利用格局对土壤侵蚀的影响,而在流域面积较大时,土地利用格局对土壤侵蚀的影响大于降雨格局对土壤侵蚀的影响;④ 随着流域面积的增加,研究区的林地比例有所下降,陡坡植被覆盖类型趋于单一,这是在流域面积增大时土地利用格局对土壤侵蚀影响增加的主要原因。同时,流域面积较小时,降雨对土壤侵蚀的影响较大,但随着流域面积的增加,松软的土壤性质和沟壑纵横的地形增大了发生重力侵蚀的可能性,土壤和地形对土壤侵蚀的影响增大。     

Urban Form,Air Pollution,and CO2 Emissions in Large U.S. Metropolitan Areas

In this article we explore the relationships between urban form and air pollution among 86 U.S. metropolitan areas. Urban form was quantified using preexisting sprawl indexes and spatial metrics applied to remotely sensed land cover data. Air pollution data included the nonpoint source emission of the ozone (O₃) precursors nitrogen oxides (NOx) and volatile organic compounds (VOCs), the concentration of O₃, the concentration and nonpoint source emission of fine particulate matter (PM2.5), and the emission of carbon dioxide (CO₂) from on-road sources. Metropolitan areas that exhibited higher levels of urban sprawl, or sprawl-like urban morphologies, generally exhibited higher concentrations and emissions of air pollution and CO₂ when controlling for population, land area, and climate.     

多流域降雨和土地利用格局对土壤侵蚀影响的比较分析——以陕北黄土丘陵沟壑区为例（英文）

Soil erosion has become a major global environmental problem and is particularly acute on the Loess Plateau(LP), China. It is therefore highly important to control this process in order to improve ecosystems, protect ecological security, and maintain the harmonious relationship between humans and nature. We compared the effects of rainfall and land use(LU) patterns on soil erosion in different LP watersheds in this study in order to augment and improve soil erosion models. As most research on this theme has so far been focused on individual study areas, limited analyses of rainfall and LU patterns on soil erosion within different-scale watersheds has so far been performed, a discrepancy which might influence the simulation accuracies of soil erosion models. We therefore developed rainfall and LU pattern indices in this study using the soil erosion evaluation index as a reference and applied them to predict the extent of this process in different-scale watersheds, an approach which is likely to play a crucial role in enabling the comprehensive management of this phenomenon as well as the optimized design of LU patterns. The areas considered in this study included the Qingjian, Fenchuan, Yanhe, and Dali river watersheds. Results showed that the rainfall erosivity factor(R) tended to increase in these areas from 2006 to 2012, while the vegetation cover and management factor(C) tended to decrease. Results showed that as watershed area increased, the effect of rainfall pattern on soil erosion gradually decreased while patterns in LU trended in the opposite direction, as the relative proportion of woodland decreased and the different forms of steep slope vegetation cover became more homogenous. As watershed area increased, loose soil and craggy terrain properties led to additional gravitational erosion and enhanced the effects of both soil and topography.     

The influence of rainfall and land use patterns on soil erosion in multi-scale watersheds: A case study in the hilly and gully area on the Loess Plateau,China

Soil erosion has become a major global environmental problem and is particularly acute on the Loess Plateau (LP), China. It is therefore highly important to control this process in order to improve ecosystems, protect ecological security, and maintain the harmonious relationship between humans and nature. We compared the effects of rainfall and land use (LU) patterns on soil erosion in different LP watersheds in this study in order to augment and improve soil erosion models. As most research on this theme has so far been focused on individual study areas, limited analyses of rainfall and LU patterns on soil erosion within different- scale watersheds has so far been performed, a discrepancy which might influence the simulation accuracies of soil erosion models. We therefore developed rainfall and LU pattern indices in this study using the soil erosion evaluation index as a reference and applied them to predict the extent of this process in different-scale watersheds, an approach which is likely to play a crucial role in enabling the comprehensive management of this phenomenon as well as the optimized design of LU patterns. The areas considered in this study included the Qingjian, Fenchuan, Yanhe, and Dali river watersheds. Results showed that the rainfall erosivity factor (R) tended to increase in these areas from 2006 to 2012, while the vegetation cover and management factor (C) tended to decrease. Results showed that as watershed area increased, the effect of rainfall pattern on soil erosion gradually decreased while patterns in LU trended in the opposite direction, as the relative proportion of woodland decreased and the different forms of steep slope vegetation cover became more homogenous. As watershed area increased, loose soil and craggy terrain properties led to additional gravitational erosion and enhanced the effects of both soil and topography.     

上海城市降雨径流污染时空分布与初始冲刷效应

选取上海市中心城区典型功能区监测降雨事件,研究降雨径流污染时空变化及初始冲刷效应。研究表明,上海中心城区路面径流主要污染物为TSS和CODCr,超出国家地表水Ⅴ类标准四倍多;总磷超出Ⅴ类水质标准两倍以上,氮素营养盐也有不同程度的污染。污染物含量在不同功能区之间显示出相似的分布趋势,交通区明显高于其他区域,其次为商业区和工业区,居民区情况较为良好。降雨强度是影响初始冲刷效应的主要因素,强度较大的降雨冲刷效应较为明显;不同功能区之间,商业区初始冲刷效应较强,其次为居民区和工业区,交通区冲刷强度较弱;TSS和CODCr在商业区和工业区冲刷强度要大于氮磷污染物质;而在交通区和居民区分异特征不明显。     

油田开发区水体的非点源石油污染试验研究——以胜利油田为例

本文通过对胜州油田开发区内水体非点污染源的土壤水文类型进行了划分,估算了各非点污染源的油类侵蚀量及其对石油入海通量的贡献。进行了以小流域为单元的非点污染源油类侵蚀的计算,确立了4个重点发生区,提出控制与管理必须以小流域为单元的流域综合治理。     

城镇库区水资源面源污染机制及保护对策研究

城镇水库农业面源污染是中国许多地区水库富营养化的主要源头。针对水库面源污染,采用SWAT模型进行了昆明松华坝水库的污染模拟分析,根据松华坝水库区内的地形、土地利用、土壤、气象、耕种施肥方式运用SWAT模型对松华坝水库的其农业面源污染N、P富营养化问题进行了模拟。模拟结果能够很好与观测实测值吻合,说明模拟具有较好的精度。结果表明,N、P的空间分布主要集中在松华坝水库的支流冷水河与牧羊河河岸沿线的农业区。根据此分布以及区内的农业特点提出了相应的水资源保护措施。