基于水化学与氮氧同位素的丘陵区水库农业流域硝酸盐来源解析

硝酸盐污染是水库面临的主要环境问题之一。为解析丘陵区水库流域内硝酸盐来源,该研究选取以农业为主的乔店水库流域为研究区域,结合水化学分析、氮氧同位素示踪技术等方法,利用MixSIAR贝叶斯混合模型,定性和定量识别流域内硝酸盐来源及不同来源的贡献率。水化学分析结果表明,流域内干支流水体水化学类型以HCO_(3)·SO_(4)-Ca型为主,离子组成成分主要受岩石风化溶解控制。水中溶解无机氮的赋存形态主要为硝酸盐氮,硝酸盐氮浓度变化主要受水文气象条件、土地利用类型以及人类活动的影响,具体表现为冰封期>丰水期>消融期>枯水期>汛前期;中上游硝酸盐浓度受小流域内土地利用影响变化较大。水体的δ~(15)N-NO_(3-)均值表现为汛前期>消融期>枯水期>冰封期>丰水期;δ18O-NO_(3-)均值表现为汛前期>枯水期>丰水期>冰封期>消融期。综合多种解析结果可知,土壤氮和粪便与污水是导致流域硝酸盐浓度变化的最主要因素。MixSIAR模型结果表明,冰封期、消融期和枯水期的硝酸盐主要源自土壤氮和粪便与污水,在冰封期和枯水期的土壤氮占比最高,贡献率分别为37%和36%。汛前期硝酸盐的来源中以粪便与污水为主,且大气沉降的占比增高,贡献率为13%。丰水期受农业面源污染最为严重,土壤氮和化肥对硝酸盐的贡献率分别为41%和31%,均为各时期最高。研究结果可为处于丘陵区的水库农业流域面源污染防控提供科学依据。

面向洪水预报的雨量站网合理性评估与优化研究

【目的】雨量站作为专为收集降水资料而设计的观测点,是收集水情信息的重要来源。雨量站的合理布设可以及时、准确地反映流域降水情况,是洪水预报的必要信息。【方法】以山东省弥河流域为研究对象,基于锥体梯度法和泰森多边形理论,对现有雨量站网的合理性进行了评估。结合信息熵理论和最大信息最小冗余准则(MIMR),利用流域内22个地面雨量站的小时尺度降水序列,构建雨量站网优化模型,提出优化方案。【结果】结果表明,流域部分雨量站控制面积过大且部分雨量站之间相关性较差;雨量站间信息熵的变化规律表明:随着迭代次数的变化,联合熵逐渐变大并最终趋于稳定,互信息先增大后减小,冗余度越来越大,迭代17次后所选站点的信息量占信息总量的比值达98%;考虑到洪水预报的要求,建议在合理位置增设5个雨量站并改进修缮1个雨量站。【结论】优化后的雨量站网能更好地反映流域降雨信息。研究成果可为今后优化流域雨量站网提供理论依据。