三峡库区面源污染研究进展

为掌握三峡库区面源污染研究动态并明确研究中存在的问题, 基于1990-2018年三峡库区面源污染的相关研究成果, 检索、分类并统计分析了已发表论文数量变化趋势和高频被引论文内容, 从机理、影响因素、负荷与模型模拟、防治四个方面论述了库区面源污染的研究进展, 以便更好地进行区域生态系统管理。面源污染机理研究主要集中在降雨径流、土壤侵蚀、不同土地利用类型、不同管理措施下泥沙、N、P等污染物流失特征, 多关注单一过程及单一尺度, 严重破碎化土地利用格局背景下的面源污染发生过程、扩散格局及其转化机制有待进一步研究。影响因素多讨论土地利用, 景观格局变化对面源污染的影响机制仍不明晰。负荷模拟研究主要是建立经验模型和探讨国外模型在库区的适用性, 原始开发少。面源污染防治措施多集中于工程及单一技术措施, 最佳管理措施(BMPs)的研究较少, 缺乏生态系统、景观及流域尺度面源污染综合防控技术。提出三峡库区面源污染研究需在以下方面有所加强: (1)不同尺度和格局下N、P、泥沙等耦合作用下的运移、转化机理及其不同污染物在不同陆面斑块界面之间转化机制; (2)景观过程与面源污染动态关系; (3)借鉴国外模型理念, 研发适合我国区域地理特征的面源污染机理预测模型; (4)建设标准化面源污染监测系统; (5)统筹“山水林田湖草”系统治理, 研发面源污染综合防控技术体系。     

城市地表径流污染来源的分类与特征

城市地表径流中污染物的分布和浓度等污染特征取决于其污染来源。本文依据3种分类方法分析了城市地表径流污染物的来源及其特征,重点讨论了城市地表径流中主要的污染物悬浮颗粒物、持久性有机污染物、农药、重金属、营养元素、有机质和其他有代表性的工业源化合物的来源、污染特征和生态风险等,介绍了城市地表径流对受纳水体的影响及其评价方法,并探讨了今后的研究重点。     

面源污染最佳管理措施多目标协同优化配置研究进展

随着点源污染逐渐得到有效控制,面源污染逐渐成为我国多数地区影响水环境质量安全的主要因素。推广实施最佳管理措施(Best Management Practices, BMPs)被认为是控制面源污染的有效途径。受到区域种植制度、耕作方式、政策以及经济成本等因素的影响,导致流域尺度配置BMPs存在一定的困难,特别是随着流域空间尺度的变化,会进一步加大BMPs配置难度,使得BMPs的配置工作变为了一项多目标决策优化问题,即如何在有限的成本投入下,实现水环境质量改善的目标。需要在不同空间尺度下对流域BMPs进行多目标协同优化配置。从面源污染关键源区识别、BMPs削减效率评估以及BMPs多目标协同优化模拟3个方面对面源污染BMPs多目标协同优化配置研究进行了综述。结果表明:1)包含地块尺度和流域尺度的多尺度模型耦合系统的构建,将是实现关键源区精准识别的有效途径;2)BMPs削减效率对水质改善响应的滞后性、不确定性、时空异质性、污染物形态转换风险等均是今后BMPs削减效率评估中需要重点解决的关键问题;3)建立流域污染物负荷削减量与水质改善之间的非线性响应关系,并以此为基础将BMPs组合数据库、成本数据库以及基于进化算法的的优化配置方案进行耦合,进而构建多目标决策支持系统,以获取BMPs空间优化配置方案以及多目标成本-效益最优曲线。     

街尘与城市降雨径流污染的关系综述

街尘是引起城市面源污染分布最为广泛、最重要的污染物载体,街尘及其负载的污染物与降雨冲刷相关过程的全面认识,对有效控制城市地表径流污染有着重要的意义.针对全球快速城市化背景下街尘及其降雨冲刷污染的研究现状,阐明了街尘及其降雨冲刷污染的不足与难点,并对未来研究方向的突破性给予展望.     

我国城市地表径流污染治理技术探讨

城市地表径流是典型的非点源污染,具有地域范围广、随机性强、成因复杂等特点,已成为水环境污染的重要因素之一。本文提出由源处理、输移控制和汇处理组成的城市地表径流污染控制对策,并探讨了各种具体的城市径流污染控制与治理技术,认为初期雨水的有效截留将成为下一步的研究重点。     

农业面源污染管理政策调控仿真模型研究进展

农业面源污染因其分散性、滞后性和不确定性而成为环境治理的难点。面源污染物迁移转化过程的模拟模型发展迅速,而农业面源污染管理政策仿真评估模型研究相对较为滞后。系统梳理与分析了自上而下宏观目标约束、自下而上微观行为传导及宏观与微观上下耦合三类政策仿真模型研究进展,总结了当前模型的基础理论与方法的优势与不足。本文提出了融合流域水系统过程规律认知,构建宏观政策目标自上而下约束与微观主体行为自下而上传导耦合的农业面源污染政策仿真模型,实现政策仿真模拟在国家、区域、流域与栅格跨尺度上的嵌套传导、参数互验与系统预测,以解决因农业面源污染防治主体的多元性与防治对象的广泛性特征所导致的复杂性系统难题,使得政策效应模拟仿真结果空间显性化,进而实现农业面源污染控制的政策管理由粗放型向精准化方向迈进。     

中国农业面源污染最佳管理措施研究进展

最佳管理措施(BMPs)对控制农业面源污染具有重要意义.本文从两方面归纳中国BMPs的研究现状:基于污染物关键源区的位置,分为不同类型的BMPs(源头控制、迁移途径阻截、末端治理);根据措施实施的环境背景,分为不同空间单元(流域、行政区域)上的BMPs组合.对现有的措施分析其控污机理和净化效果,指出当前研究存在着理论研究薄弱、缺乏成本-效益分析、措施优化组合不够、环境效果评价不足等问题.着重指出今后应从以下5个方面加强研究:BMPs管理体系建设,措施研发与技术集成,模型模拟研究,尺度转换模式,BMPs效益评价.本文旨在为提高中国BMPs构建与研究水平,同时为中国农业面源污染防控和水环境改善提供理论借鉴和科学依据.     

城市雨洪SWMM 模型的敏感参数研究综述

伴随城市化的发展, 城市降雨径流水文机制发生改变, 城市内涝频繁发生和水质恶化严重, 最终造成城市水生态环境退化现象日益凸显。由美国EPA 研发的SWMM 模型成为城市降雨径流模拟研究的重要工具, 广泛应用于城市降雨径流产生、输移过程及其管理措施效果等方面的模拟研究, 但其参数的确定是其应用的关键性问题。可见, 对SWMM 模型敏感参数进行识别分类及其敏感性研究, 不仅有利于降低SWMM 模型应用时参数选取的工作量, 还可以提高其模拟结果的准确度。将SWMM 模型的主要敏感参数分为6 类: 汇水区性状参数、透水性地表与不透水性地表相关参数、下渗相关参数、传输模块参数、污染物累积冲刷相关参数和其他参数, 并分析得出敏感参数主要受模型输出变量类型、降雨强度和土地利用类型等因素的影响。在此基础上, 提出了针对SWMM 模型参数敏感性方面今后研究的重点, 以期为SWMM 模型在国内的应用与研究提供参考。     

农村多水塘系统水环境过程研究进展

农村多水塘系统由于其不可替代的水资源蓄积和营养物去除功能,广泛分布于我国东部和南部地区。在分析多水塘系统水环境过程研究进展的基础上,指出了目前多水塘系统水环境过程研究中的不足及未来发展趋势。关于多水塘系统的研究主要从两个尺度展开,分别是生态系统尺度和景观尺度。(1)基于生态系统尺度的多水塘系统水环境过程研究主要表现在两方面。首先,多水塘系统在改变区域水文情势上发挥着重大作用。多水塘系统能有效降低流速,且增加地表径流的滞留时间;其次是对多水塘系统水质的研究,主要包括水塘对污染物截留降解能力的研究、水塘底泥和水体之间营养物形态转化和输移机制的研究。(2)基于景观尺度的多水塘系统水环境过程模型研究主要包括构建经验模型和机制模型两方面。经验模型主要是利用统计分析方法分析景观格局与水环境之间关系;适用于农村多水塘系统的水环境机制模型主要包括国外的SWAT、HSPF、DRAINWAT和TOPMODEL模型。农村多水塘系统的研究可以为建设生态新农村提供科学依据。     

农业政策环境扩展模型在我国农业面源污染研究中的应用

我国的面源污染问题逐渐受到政府和科学界的重视,然而面源污染是一个复杂的系统过程,涉及多种因素和多个过程。面源(NPS)污染模型作为解决面源污染相关问题的研究和管理工具,在进行面源污染总量估算和严重程度评价、污染物流失路径和影响因素分析、治理策略制定等方面都有重要的作用。在我国,虽然针对面源污染模型进行了大量相关研究,既包含对基于国外模型的应用与验证,也包含基于观测数据自主研发的模型,但仍然存在模型应用和验证案例不足、已有的模型应用同中国面源污染特征结合不足、模型发展同面源污染机理研究结合不足等问题,而农业政策环境扩展(APEX)模型在应对这些问题上具有一定的优势。结合我国面源污染模型相关研究存在的问题、APEX模型模块和研究进展进行了介绍,对APEX模型在我国面源污染相关问题的研究中涉及的畜禽养殖、复杂耕作系统、特定BMP和水稻田的模拟等相关问题的应用前景进行了探讨,以期能够促进我国农业面源污染模型的发展。     

基于AnnAGNPS模型的三峡库区秭归县非点源污染输出评价

非点源(NPS)污染已成为全球关注的环境问题。由于NPS特点、实验手段和监测数据的局限,其研究多采用数学模型进行时间和空间模拟。模型模拟提供了一种成本低效率高的手段来评定区域非点源污染。选择连续农业非点源污染AnnAGNPS(Annualized AGricultural Non-Point Source)模型,构建该模型数据库,模拟秭归县黑沟、兰陵溪、杉木溪等3条典型流域和县域径流、泥沙和营养物质的输出。结果表明：AnnAGNPS模型对3条典型流域的径流模拟能力高于对泥沙和养分的模拟,径流模拟误差均在可接受范围之内,说明模型中采用的径流预测(SCS曲线)法对研究区的地理气候条件是适用的;对3条典型流域泥沙输出模拟误差较高,对氮磷等养分输出模拟的误差最高,通过调整RUSLE和HUSLE等子模型的输入参数来减小泥沙模拟误差;对小型降雨径流事件,模型泥沙、养分模拟误差有偏大趋势,对较大降雨径流事件,模型泥沙和养分模拟误差有偏小趋势;2006年秭归县县域模型模拟的地表径流量为363 mm,泥沙输出为19.6 t/hm2,总氮输出为122 kg/hm2,总磷输出为28 kg/hm2,有机碳输出为581 kg/hm2,模拟结果与相关文献研究和政府统计数据较为相符;AnnAGNPS模型对NPS污染物输出模拟具有一定的不确定性,但作为一个较好的高级农业流域管理工具,该模型可以在三峡库区地理气候条件下使用。     

农业非点源污染关键源区识别方法研究进展

在农业非点源污染研究中,识别污染发生的关键源区非常重要.在介绍输出系数法、污染指数法和非点源污染模型法等主要农业非点源污染关键源区识别方法的基础上,分析了输出系数取值、污染指数因子权重分级以及非点源模型法参数获取等方面存在问题,并从野外观测、现有不同识别方法的结合、多角度识别方法的研究以及新技术的应用与集成等方面对未来关键源区识别研究进行了展望,以期为农业非点源污染评价与控制提供借鉴.     

减少农业对水体污染的对策与措施

水体富营养化是一个全球关注的问题。逐渐增加的化肥施用量和畜禽养殖业产生的粪便进一步引起营养流失,进而产生了N、P营养物质的不平衡。因此农业面源污染已被视为水体富营养化的主要污染源。本文简要地概述了农业面源污染对造成水体富营养化的危害,同时介绍了国内外防治农业面源污染的主要措施,包括面源控制措施和转移转化措施。指出了建立稳定、和谐与良性循环的农业生态系统是治理农业面源污染的长久之计。     

Investigating the effects of point source and nonpoint source pollution on the water quality of the East River (Dongjiang) in South China

Understanding the physical processes of point source (PS) and nonpoint source (NPS) pollution is critical to evaluate river water quality and identify major pollutant sources in a watershed. In this study, we used the physically-based hydrological/water quality model, Soil and Water Assessment Tool, to investigate the influence of PS and NPS pollution on the water quality of the East River (Dongjiang in Chinese) in southern China. Our results indicate that NPS pollution was the dominant contribution (>94%) to nutrient loads except for mineral phosphorus (50%). A comprehensive Water Quality Index (WQI) computed using eight key water quality variables demonstrates that water quality is better upstream than downstream despite the higher level of ammonium nitrogen found in upstream waters. Also, the temporal (seasonal) and spatial distributions of nutrient loads clearly indicate the critical time period (from late dry season to early wet season) and pollution source areas within the basin (middle and downstream agricultural lands), which resource managers can use to accomplish substantial reduction of NPS pollutant loadings. Overall, this study helps our understanding of the relationship between human activities and pollutant loads and further contributes to decision support for local watershed managers to protect water quality in this region. In particular, the methods presented such as integrating WQI with watershed modeling and identifying the critical time period and pollutions source areas can be valuable for other researchers worldwide.     

海河流域面源污染风险格局识别与模拟优化

面源污染是海河流域面临的主要水生态环境问题,如何通过流域景观格局优化实现对面源污染的控制一直是研究的热点问题。通过最小累积阻力模型,以海河流域为研究对象,将流域景观要素及影响流域景观过程的外部因子相结合,对海河流域面源污染风险格局进行了识别,并将阻力格局与海河流域实测水环境指标进行相关性分析及验证,在此基础上对流域污染风险进行识别与优化模拟。结果表明海河流域有40%以上(130380 km2)区域面临高污染风险,集中分布在中南部平原地区以及山区河谷地带;对此设置河流植被缓冲带进行格局优化模拟分析,通过比较不同措施格局优化阻力值变化趋势表明,对于二级河流水系,加强河流两岸600—1600 m范围的人类活动管控,可以有效降低污染物输出,显著降低流域面源污染发生的风险。在面源污染风险等级较高的平原地区,设置300—400 m植被缓冲带,可将风险等级降低50%,设置700—800 m岸边植被缓冲带即可达到最佳效果;而在山区地区因风险较低,设置400—500 m的植被缓冲带即可达到最佳效果,能够将污染风险在现有基础上降低30%—40%。这一研究结果对海河流域景观格局优化和面源污染风险控制提供科学参考。     

半干旱半湿润地区流域非点源污染负荷模型研究进展

受特殊的地理环境和气候条件影响,半干旱半湿润地区具有较复杂的水文循环过程及非点源污染发生和迁移转化机制。流域非点源污染负荷模型是定量化描述流域系统复杂水文循环及污染物迁移转化过程的有效手段,也是流域生态系统管理的重要工具。本文从半干旱半湿润地区特殊的气候、水文特征及下垫面情况出发,详细阐述了非点源污染的发生机理,系统总结了流域非点源污染负荷模型在解决水环境重要问题中研究与应用的现状、进展与不足,提出了适用于半干旱半湿润地区的非点源污染负荷模型的构建思路,并展望了流域非点源污染负荷模型的发展趋势。     

辽宁中部城市群城市非点源污染负荷评估

过去几十年我国经历了快速城市化过程,这使得不透水面大幅度增加,导致地表径流和洪峰流量增加,进入水体的污染物增多。城市非点源污染已成为河流水体恶化、生态系统退化的重要原因。在快速城市化过程中,城市群已成为城市化发展的新阶段。位于同一流域的各城市所产生的城市非点源污染导致城市群流域水环境问题越来越突出,成为制约城市群流域可持续发展的关键因素之一。现有的关于城市非点源的研究多集中于城市内部小尺度,对城市群大尺度的研究亟需发展。以位于浑河太子河流域的辽宁中部城市群为例,在沈阳市不同功能区和不同下垫面进行降雨径流采样,基于事件平均浓度（Event Mean Concentration, EMC）法和SWMM（Storm Water Management Model）模型相结合的方式,定量评估城市群流域城市非点源污染负荷。研究结果表明：路面径流中城市非点源污染物浓度、负荷量及其单位面积负荷要高于屋面径流和透水面径流。辽宁中部城市群TP、TN、COD、TSS的年均城市非点源污染负荷分别为265.52、852.89、2249.71、192496.74 t/a,重金属Cd、Ni、Pb、Cr、Cu、Zn的年均城市非点源污染负荷分别为347.99、9932.62、25861.29、28360.41、36068.30、138840.42 kg/a。沈阳市城市非点源污染负荷最高,但其单位面积负荷最低。本研究基于更为精细的城市下垫面划分,综合考虑城市功能区划、下垫面类型和降雨强度,更为准确的评估了辽宁中部城市群流域的城市非点源污染负荷。该研究能够为高度城市化流域城市非点源污染防控和水环境综合治理提供科学依据。     

苕溪流域非点源污染特征及其影响因子

应用土壤水体评价模型（SWAT）对苕溪流域径流量、泥沙、营养盐负荷进行模拟计算,分析了2008年苕溪流域非点源污染的时空分布特性.结果表明：苕溪流域非点源污染单位面积产生量表现为北部高于南部、东部高于西部、中部地区最少;耕地是泥沙和污染物产生的主要来源,其单位面积负荷远大于其他土地利用类型;产流量、产沙量与降水量呈显著正相关关系（P<0.05）,雨季(6-9月)的营养盐输出大于旱季(12月至次年3月);平均坡度与泥沙负荷、有机氮负荷及硝态氮负荷呈显著相关关系（P<0.05）.     

厦门市海岸带水污染负荷估算及预测

综合采用灰色模型、曲线回归等预测方法,建立了基于厦门市海岸带特征的主要污染源水污染负荷估算及预测模型,并采用厦门市历年统计数据对模型加以验证.对厦门市近岸海域近10年的废水和主要污染物质排放量估算的结果表明:万元产值工业废水排放量呈逐年下降的趋势,而各污染物的排放总量却逐年缓慢增长;在点源污水排放总量预测中,约76%的氮、磷来自于生活污水;在非点源污染负荷中,农业非点源中的氮、磷负荷占较大比例,城市非点源污染负荷比例最小.2005年厦门海岸带各污染源产生的氮污染负荷大小比较结果为:生活污染源>农业非点源>工业污染源>旅游业污染源>城市非点源,磷污染负荷则为:农业非点源>生活污染源>工业污染源>旅游业污染源>城市非点源.     

Detection of sensitive soil properties related to non-point phosphorus pollution by integrated models of SEDD and PLOAD

Effectively identifying soil properties in relation to non-point source (NPS) phosphorus pollution is important for NPS pollution management. Previous studies have focused on particulate P loads in relation to agricultural non-point source pollution. In areas undergoing rapid urbanization, dissolved P loads may be important with respect to conditions of surface infiltration and rainfall runoff. The present study developed an integrated model for the analysis of both dissolved P and particulate P loads, applied to the Meiliang Bay watershed, Taihu Lake, China. The results showed that NPS P loads up to 15 kg/km² were present, with particulate P loads up to 13 kg/km². The highest loads were concentrated in the southeastern region of the watershed. Although particle P was the main contributor to NPS P loads state, the contribution of dissolved P was significant, especially in sub-basins with significant amount of artificial land cover. The integration of dissolved P and particulate P loads provided more accurate evaluation of NPS P pollution. NPS P loads were found to correspond to specific soil properties. Soil organic matter and total nitrogen were shown to influence dissolved P loads, while total phosphorus and soil particle composition proportion were more closely related to particulate P loads.