黄土丘陵沟壑区典型流域土地利用/土地覆被变化水文动态响应

以黄土高原第三副区桥子东、西沟流域为例,分析了土地利用／土地覆被变化的水文动态响应。研究结果表明：土地利用／土地覆被对年径流有显著影响,治理流域较未治理流域在丰水年、平水年和枯水年的径流系数分别减少约50％、85％和90％;流域土地利用后期（1995～2004年）较前期（1986～1994年）多年平均径流系数下降73．6％,且随降雨增多,土地利用与植被变化对径流的响应增强。土地利用／土地覆被变化对径流量的影响具有季节性特征,治理与非治理流域多年平均最大月径流系数减少时期与流域最大地表覆盖期具有一致性,即5月份径流系数减少值最大;同一降水条件下流域两期土地利用的产流量仅在生长季具有明显的差异。流域洪水径流量与场降雨量和30min最大雨强有较好的相关关系,场降雨量与30min雨强对治理流域洪水流量的影响要强于非治理流域;暴雨在达到一定强度后,对比流域的洪峰流量差异减小,即森林植被对洪水的影响减弱。经洪水频率分析,认为流域前后两期土地利用若具有相同频率的降雨强度,则一定频率范围内洪峰流量对土地利用与植被变化产生明显响应。     

施肥对太湖地区青紫泥水稻土稻季农田氮磷流失的影响

选取太湖东岸的青紫泥水稻土区,对常规施肥和不施肥条件下水稻季稻田氮、磷的流失进行了观测。结果表明:水稻种植季内田面水和降雨径流水中氮磷的浓度呈现前期高后期低的趋势,初期施肥之后的降雨流失使稻田水中氮磷浓度大幅度降低;整个水稻生长季稻田氮磷的流失总量分别达38.8和0.95kg.hm-2,且主要以田面水径流流失为主;氮素主要以水溶性的铵态氮流失,而磷素则主要为颗粒态流失。不施肥处理中稻田氮、磷流失分别是常规施肥处理的47%和60%;水稻生长初期降雨下的氮径流流失占整个水稻生长期的50%,磷素占33%。降雨事件下的流失是农田非点源污染的主要贡献期,因而应作为控制的关键因子;对于基础肥力高的水稻土可考虑轮流施肥以减少环境的氮、磷流失与水系污染风险。     

杭嘉湖地区淹水稻田氮素径流流失负荷估算

通过大田试验、定点观测等方法对现有的关于长江三角洲平原地区水田降雨径流产生模型进行验证,发现该模型在考虑排水堰的影响之后,基本能够模拟杭嘉湖平原水网区水田降雨径流产生过程,误差在-19.9%～+18.0%之间,同时提出了淹水稻田降雨径流氮素浓度模型（R=0.948）,从而得到了该地区淹水稻田氮素径流流失负荷模型.在此基础上,搜集了该地区水稻田氮肥施用情况、30年逐日降雨量、1∶250000地形图、土地利用现状图和水系图等资,利用GIS技术对该地区淹水稻田氮素的径流流失负荷以及空间分布进行了估算和分析.结果表明,该地区淹水稻田氮素径流流失负荷平均高达35.26 kg N·hm^-2,约占当季水稻氮素施用量的12.69%,而且在空间上存在着明显的差异,安吉、余杭等地区氮素流失负荷和流失率明显高于其它地区,海宁地区的流失情况也较为严重.     

流域尺度农业磷流失危险性评价与关键源区识别方法

农业非点源磷污染是我国农村水环境面临的严重问题之一,由于非点源污染治理难度大,所以识别流域内磷流失的关键源区成为非点源磷污染评价的主要目的.本文在分析流域尺度磷流失危险与分级方案的基础上,根据Gburek等提出的方法,建立了适合我国北方农业区流域尺度磷流失危险评价、分级与关键源区识别的方法.修正的流域尺度磷分级方案重点选取了8个评价因子,分别赋予不同的权重;每个因子的危险性等级根据我国的行业标准和实际情况进行了调整.评价得到的"高"危险性区域就是流域内磷流失的关键源区.这一分级评价方案考虑了数据的可获得性和评价的定量性,在确定各因子时注重与GIS技术、地统计学等方法的结合,具有较强的可操作性和实用性.     

场次暴雨条件下降雨和植被变化对洪水影响的定量评估——以彭冲涧小流域为例

降雨和植被是影响流域洪水的两个关键性因素,定量研究二者对洪水影响的贡献率,对流域的植被建设及水资源管理具有重要的科学意义。本研究以南方红壤区的彭冲涧小流域为对象,基于1983—2014年的地理信息数据和水文气象数据,利用Mann-Kendall检验法、累积距平法、HEC-HMS模型等分析该流域的暴雨和洪水特征,并定量评估降雨和植被变化对洪水影响的贡献率。结果表明: 1983—2014年间,彭冲涧小流域的暴雨量和洪水总量分别呈非显著上升和下降趋势。HEC-HMS模型对场次暴雨洪水的模拟效果较好,评价结果均在误差范围内。无论是对洪水总量,还是对洪峰流量,不同场次暴雨洪水的降雨和植被变化贡献率均存在差异。降雨和植被变化对洪水总量的平均贡献率分别为66.5%和33.5%,对洪峰流量的平均贡献率分别为58.9%和41.1%。本研究成果可为小流域洪水评价、植被建设和水土流失综合治理提供科学依据。     

关键源区识别:农业非点源污染控制方法

非点源污染的控制难度大、成本高,必须首先识别流域内的关键源区。对国内外应用的关键源区识别方法从指标筛选、指标体系建立到关键源识别等关键技术环节进行了系统的评述,以促进该方法在我国农业非点源污染控制中的应用。     

三峡库区典型小流域农业非点源氮磷流失特征

基于2007-2009年的野外观测数据对戴家沟小流域降雨径流与农业非点源氮磷流失的时间序列变化关系及其特征进行研究.结果表明:2007-2009年,戴家沟小流域降雨量和径流量峰值变化一致,二者相关系数为0.904.总氮和总磷浓度变化趋势吻合,但总氮对降雨径流变化响应的灵敏度高于总磷;氮流失浓度受降雨径流变化影响显著,而磷流失则表现出逐年递增的趋势;氮磷比的变化特征与总氮浓度的变化特征一致,且与径流波动有良好的耦合关系.2007-2009年,戴家沟小流域降雨径流量累积百分比峰值出现时刻与总氮、总磷流失量累积百分比峰值出现时刻不吻合,表明流域农业非点源污染具有较大的随机性和分散性,二者没有严格的对应关系.     

基于增强回归树的流域非点源污染影响因子分析

地表水的非点源污染在点源污染不断得到控制的前提下已经成为水环境污染的首要问题.非点源污染影响因子的复杂性及不确定性一直是流域非点源污染研究的重点和难点.本文利用SWAT(Soil and Water Assessment Tool)模型,以辽河子流域汎河流域为例,模拟了2003—2012年的非点源污染状况,对其空间分布状况进行了分析,并应用增强回归树的方法定量分析各种影响因子(坡度、土地利用类型、高程和土壤类型)对该流域非点源污染的贡献率.结果表明: 在汎河流域,非点源污染呈现较高的空间异质性,其中总氮的空间分布差异较大,总磷的空间分布差异较小.坡度因子与载体泥沙、总氮和总磷均呈极显著正相关关系(P<0.01),对泥沙和总磷有显著影响,其贡献率分别为46.5%、38.2%;土地利用因子对载体泥沙、总磷的负荷量有重要影响,其贡献率分别达到27.2%、35.3%;高程较低、坡度较缓的耕地地区易产生较高的总磷负荷量;褐色土壤最易流失总磷,而草甸土易流失总磷,且易受泥沙侵蚀.本研究利用增强回归树模型克服了流域非点源污染影响因子的复杂性,可加深对非点源污染产生机制的理解.     

深圳市土地利用变化对流域径流的影响

土地利用所引起的流域下垫面变化严重影响着洪涝灾害的致灾过程,以深圳市为例,探讨下垫面条件对流域径流过程的影响,应用美国农业部水土保持局（Soil Conservation Service)研制的小流域设计洪水模型-SCS模型对深圳市部分流域进行了径流过程的模拟,重点分析 了土地利用方式、土壤类型、前期土壤湿润程度等下垫面因素以及降雨因素对降雨-径流关系的影响。结果表明,随着人类活动的加剧,土地利用的变化使径流量趋于增大;降雨强度越大、前期土壤湿润程度而发生变化,CN值（Curve Number)的高值区主要集中在城市用地和水体;低值区主要出现在林地、灌草地、果园等植被覆盖较好,地势起伏较大的地区。     

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。     

山美水库氮营养盐滞留特征及其影响因素的多时间尺度分析

水库对氮营养盐的滞留效应对水体富营养化防控有重要影响,为揭示不同时间尺度下水库氮营养盐的滞留特征及影响因素的差异,通过构建山美水库流域生态动力学模型,在统计水库氮滞留量和滞留率的基础上,从年、月、日不同时间尺度对氮营养盐的滞留效应进行分析;并通过多元线性相关分析,对入库流量、出入库流量比、水力滞留时间、流速、温度5种因素的影响进行研究.结果表明: 不同时间尺度下山美水库的氮滞留过程均呈现波动特征.在年尺度上,水库主要呈现正滞留效应,是流域重要的氮汇;在月尺度上,氮滞留呈现丰枯期变化特征,水库在源和汇的角色上发生转变;在日尺度上,枯水年氮滞留过程波动剧烈,滞留率在-300%～100%之间变化.不同时间尺度下,出入库流量比、流速因子均是影响水库氮滞留的重要因素;随着时间尺度的降低,入库流量和温度因子对氮滞留的影响程度有所增强;水力滞留时间对氮滞留的影响程度则随时间尺度变化而有正负差异.     

山美水库流域水量水质模拟的SWAT与CE-QUAL-W2联合模型

为更好地模拟分析流域非点源污染对山美水库水质的影响,联合运用流域日尺度分布式水文模型SWAT和二维垂向水动力水质模型CE-QUAL-W2,将SWAT模型的时序输出作为CE-QUAL-W2模型的输入条件,构建了山美水库流域水量水质模拟联合模型,并对流域径流、输沙和污染物以及水库的水位、水温和无机氮等变量进行了率定.结果表明: 尽管受流域部分计算结果的影响,误差会累积到对下游水库水体的计算,但模型的模拟结果与实测数据的吻合程度仍较高,说明联合模型可以较好地反映山美水库流域及库区水体的水动力和污染过程.模型的使用可以为定位流域关键污染源区及控制水库富营养化提供科学依据.     

浙江赋石水库集水区板栗林土壤氮素迁移特征

本研究通过在板栗林地设置径流小区,于2013年1—10月间采集径流水样进行测试,同时结合雨季前后土壤氮素数据,分析了浙江北部赋石水库集水区板栗林土壤氮素迁移特征.结果表明: 板栗林地的10次地表径流事件中,各径流小区径流水量差别较大,最大达0.51 m³;其中氮是主要的流失元素,硝态氮(NO₃^--N)、铵态氮(NH₄⁺-N)、总氮(TN)和化学需氧量(COD_Mn)的浓度分别为0.02～1.87、0.04～3.53、1.69～5.33和5.30～14.07 mg·L^-1,各水质指标受径流水量影响较大,且用一元一次方程可以较好地拟合氮素流失量与径流水量之间的相关关系;雨季前后板栗林地径流场上部、中部和下部3个位置的土壤中,氮素含量差异较大;总的变化趋势是随着海拔升高氮素含量增加,随着土层深度加深氮素含量降低.比较雨季前后4种土壤氮素(NO₃^--N、NH₄⁺-N、TN 和水解性氮Hydro-N)的差异发现,差异较大的为Hydro-N和TN,平均差异值为20.21和307.49 mg·kg^-1.该区氮素随径流流失风险较大,对赋石水库水体富营养化构成潜在压力,需重点关注.     

典型农作措施对沙溪庙组壤质紫色土坡耕地径流氮流失的影响

明确典型农作措施对紫色土坡耕地径流氮(N)流失的影响可为优化面源污染防控措施提供科学依据。基于2019—2021年沙溪庙组发育的壤质紫色土坡耕地不同降雨等级次降雨产流事件,分析了常规施肥(CK),优化施肥(T1)和优化施肥+秸秆还田(T2)措施下径流、径流中总氮(TN)、硝态氮(NO₃-N)及铵态氮(NH₄-N)流失浓度和流失量的变化特征。结果表明,与CK相比,T1和T2的径流深分别减小了4.24%、12.71%,但减小程度不显著(P>0.05);CK与T1的径流系数相等,且比T2增加了12.5%(P>0.05);相比CK,T1和T2的TN浓度增加了19.35%、25.8%(P>0.05),TN流失量则均增加了11.54%(P>0.05),表明T1和T2的施用也有增加土壤N流失的潜在风险。与中雨、大雨和大暴雨事件相比,暴雨事件的径流深分别增加了6.5%—191.11%(P<0.05),而TN、NO₃-N及NH₄-N的流失量分别增加106.38%—177.14%(P>...     

漳泽水库主要入库河流氮、磷营养盐特征

以2006—2007年的漳泽水库3条入库河流(南漳河、石子河、绛河)的水文、水质调查数据为依据,研究了漳泽水库入库河流的主要水文变化特征、氮磷营养盐浓度及其通量的逐月动态。3条入库河流水体流速缓慢,水温适宜,年平均值在12.5℃～15.1℃。3—5月水温回升较快,夏季水温高,光照充足,易发生水华。3条入库河流中总氮含量年平均值在1.75～8.90mg·mL-1,总磷含量平均值在0.005～3.760mg·mL-1,氮磷营养盐浓度总体偏高,其中石子河贡献了48.3%的总氮和77.3%的总磷。溶解态无机氮(DIN)是氮的主要存在形式,而其中又以硝酸盐氮(NO3--N)为主,平均占到DIN的60%以上。氮磷通量季节性变化规律不明显,且月均波动较为平缓。点源污染是氮磷进入南漳河、石子河的主要途径,而绛河的氮主要来自面源污染。从保护漳泽水库的角度考虑,应重点控制南漳河和石子河的点源污染。     

我国稻田氮磷流失现状及影响因素研究进展

水稻是我国主要的粮食作物,分析现阶段我国稻田氮磷流失现状及影响因素,对明确不同区域水稻化肥减施潜力具有重要意义.本研究对我国主要稻区地表径流氮磷流失现状特征和降雨、种植模式、栽培技术、施肥管理、水分管理方式及其他影响因素进行了总结.六大稻区全氮(TN)、全磷(TP)径流损失量范围分别在5.09～21.32和0.70～3.22 kg·hm^-2,均以华南双季稻区最高,TN径流损失量以华北单季稻区最低,TP径流损失量以西南高原单双季稻区最低.各稻区农户习惯施肥的水稻田田面水TN、TP峰值普遍高于径流水.水稻施肥后一周内为氮磷流失高峰期.与优化施肥相比,农户习惯施肥仍具有20%左右的氮磷减施潜力.各因素中,降雨和施肥管理是影响稻田径流氮磷流失的主要因素,而施肥管理和水分管理则最具可控性,具体调控措施包括化肥减量、施用新型肥料、有机肥代替化肥和节水灌溉等.整体上我国稻田氮磷流失风险在南方更突出.应以资源高效利用模式进行水稻种植以降低养分流失风险.未来研究应侧重稻田面源污染监测、氮磷流失风险评估、氮磷流失特征和机理、化肥减施增效新技术等方向.     

坡改梯工程对胡家山小流域非点源污染负荷时空变化的影响

以丹江口库区胡家山小流域为研究对象,利用2005、2010和2015年3个时期的Landsat TM/ETM遥感影像,结合长期野外观测资料,应用输出系数模型,在GIS技术支持下,研究了以坡改梯工程为主要内容的小流域综合治理工程实施前后,流域非点源污染总氮(TN)负荷的时空变化及其影响因素.结果表明: 由于坡改梯工程的实施,流域内坡度15°以上区域的耕地面积明显增加,林地和荒地面积有所减少.流域非点源污染TN负荷由工程实施前的63028 kg增加到2010年的72778 kg ,实施后则降低到46876 kg.其中,农村生活的贡献率较高,3期平均贡献率为53.5%,但呈逐年减少趋势;土地利用的贡献率平均为45%,呈逐年增加趋势;畜禽养殖贡献率始终较低.流域非点源氮素负荷强度的空间分布在工程实施前后发生了较为明显的变化.实施前,高负荷强度区主要集中在5°～15°坡度区间,实施后高负荷强度区集中在15°～35°区间,5°～8°区间成为低负荷强度区;在时间变化上,0°～8°坡度区间的TN负荷强度随时间的变化较小,8°以上坡度区间,表现为先增加后减少的趋势.随着村落污水、垃圾和畜禽粪便得到治理,居民生活、畜禽养殖非点源氮素输出明显减少;由于坡改梯工程的实施,耕地面积增加了31%.     

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。     

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）.     

Dynamics of main nutrient input to Xiangxi Bay of the Three-Gorges Reservoir

Based on routine monitoring data in Xiangxi River and its main tributary Gaolan River from September 2000 to June 2005, this paper estimates the contribution of riverine nutrients, and analyzes the monthly dynamics of concentrations and fluxes of nutrients. The results show that Xiangxi Bay annually receives 1623.49 tons of total nitrogen (TN) and 331.85 tons of total phosphorus; Xiangxi River alone accounts for 68.50% of the total nitrogen fluxes and 91.74% of the total phosphorus fluxes. In these two rivers, dissolved inorganic nitrogen (DIN) is the dominating form of nitrogen; fluxes of DIN and TN are high during summer (July), mid-spring and autumn, and relatively low in winter; non-point source pollutants that flow into rivers are the most important pathway of nitrogen. Orthophosphate is the dominating form of phosphorus in Xiangxi River, relatively low in Gaolan River; fluxes of phosphorus are high during summer and late spring, relatively low during winter and late autumn in Gaolan River, but fluctuate irregularly in Xiangxi River; phosphorus in Gaolan River is mainly caused by non-point source pollutants, while point source pollutants of phosphorus play an important role in Xiangxi River. Soil erosion probably represents the major way of non-point source pollutants, while the drainages of phosphorus diggings and factory discharges play the most important role in the point source pollutants of phosphorus. This research suggests that measures must be taken to control the point source pollutants of phosphorus in Xiangxi River in order to protect Xiangxi Bay of the Three-Gorges Reservoir.