丰乐河流域磷污染输出特征及最佳管理措施

为了更好地防控丰乐河流域的面源磷污染,通过该流域水文和水质数据对SWAT模型的径流和总磷(TP)参数进行率定与验证,模拟2011—2021年流域TP负荷时空分布特征,分析最佳管理措施(BMPs)对TP输出的削减效果。结果表明:时间分布上,流域年均TP输出量为77.58 t,2020年TP输出量最多(141.65 t),是2019年的4.3倍;TP输出主要集中在汛期(5—10月),占全年输出量的70.1%。空间分布上,耕地占比较高的子流域TP负荷强度高,其空间差异性与土地利用密切相关;耕地与林地在汛期、非汛期月TP负荷相关系数分别为0.9247、0.4193。减量化施肥、植被缓冲带和植草河道能有效削减TP输出,单个BMPs中植被缓冲带对TP削减效果最好,实施综合管理措施对流域TP削减效果最佳,年削减率达43.41%~61.23%。丰乐河流域磷污染输出受降水特性和土地利用共同影响,通过减量化施肥、设置植被缓冲带或植草河道能够有效减少TP输出。研究成果可为相关区域控源减排提供理论依据和方法借鉴。

基于SWAT模型的武强溪流域非点源污染关键源区界定与控制策略

随着点源污染的控制与处理技术日趋完善,非点源污染成为重要的水污染源。武强溪作为流入千岛湖的第二大支流,量化武强溪流域非点源污染负荷,解析非点源污染时空分布特征,提出适合削减武强溪流域污染物的最佳管理措施(best management practices,BMPs)对千岛湖水污染高效治理至关重要。该研究基于土壤水分评估工具(Soil and water assessment tool,SWAT)分析了武强溪流域径流量、总氮输出负荷量的时空分布特征,探究了不同管理措施及组合的削减效果,提出了武强溪流域非点源污染针对性的治理措施。结果表明:1)SWAT模型对于武强溪流域径流量和总氮输出负荷量的模拟具有较好的适用性,径流量校准期和验证期的决定系数(coefficient of determination,R^(2))分别为0.86、0.97,纳什系数(nash-sutcliffe coefficient,NSE)分别为0.83、0.96,百分比偏差(percent bias,PBIAS)分别为15.8%、-6.3%,总氮校准期和验证期的决定系数分别为0.87、0.74,纳什系数分别为0.63、0.66,百分比偏差分别为31.6%、21.2%;2)该流域径流量和总氮负荷主要集中在3—7月,分别占全年输出量的71.67%和75.76%。综合考虑氮的来源和流失途径,将耕地和林地面积占比大、坡度陡的子流域设置为总氮的关键污染源区。考虑调整化肥施用量/配方、改变耕作方式和设置植被缓冲带等削减非点源污染的手段,进行总氮输出负荷削减效率的情景模拟,表明10 m植被缓冲带是减少总氮输出负荷的最佳单一控制策略,总氮削减率可达到69.90%;实施综合管理措施对总氮的污染削减效果更佳,10 m植被缓冲带与施肥量减少20%可使总氮削减率达到74.79%。研究结果可为千岛湖水质管理与控制提供理论基础。

加拿大最佳管理措施流域评价项目评述

可持续农业的目的是在保持良好环境质量的同时获得较高的农业生产率。最佳管理措施(BMPs)在世界范围内已得到广泛应用,以减少农业污染物对水环境的影响。自2004年以来,加拿大农业部实施了最佳管理措施流域评价(WEBs)项目,在全国各地选择了有代表性的9个小流域,对BMPs的环境和经济效益进行评价。笔者对过去几年来WEBs项目的进展、研究方法及主要成果进行简要的回顾,并对在中国开展类似项目的必要性和启示进行了探讨。

基于需求考虑的流域尺度水资源评价与综合管理规划系统——石羊河流域WEAP模型应用研究

以石羊河流域为例,从水资源需求端考虑,开展了WEAP模型应用研究,在流域尺度上评价和规划全流域、上下游、左右岸、区域间、行业间的水资源综合管理方案,进行了水资源开发、利用、节约、保护、调度、配置的情景分析,以便识别存在的关键问题和对策措施的效果,优化比选后供决策和管理部门使用,直接和间接影响着流域水需求,从而实现流域尺度上的水资源可持续管理目标。

评估流域管理措施的综合效益—水文模型系统

综合效益-水文模型系统包括农场经济模型、农场主采用行为模型、流域建模模型和评估流域效益管理措施的非市场价值经济模型。用来监测农场成本投入、污染物减少量、水质改善状况以及评估农业保护项目的社会价值。该模型系统不仅增加了经济与物理模型,而且在阐述复杂的环境保护问题时,还融入了标准和行为方面的因子。为政策制定者和项目管理者提供了一个新的模型,从而可更加经济地实现生态环境保护的目标。

基于SWAT模型的最佳管理措施对伊逊河流域水沙的影响研究

为研究防治伊逊河流域水土流失的有效管理措施,笔者在伊逊河流域建立SWAT模型,在流域尺度上模拟退耕还林、植被过滤带和植草水道3种最佳管理措施共7种情景,并且定量分析了水沙的削减效果。结果表明:韩家营水文站径流和泥沙模拟的NSE、R^(2)和PBIAS 3个评价指标均满足SWAT模型的适用性要求;不同管理措施对径流削减率为0.83%~4.05%,其中植草水道对径流的削减率最大,其他管理措施对径流的削减率差异不大;不同管理措施对泥沙的削减效果差异明显,削减率由高到低依次为:5 m的植被过滤带>3 m的植被过滤带>退耕还林(全部耕地)>1 m的植被过滤带>退耕还林(15°以上)>植草水道>退耕还林(25°以上)。植被过滤带对泥沙的削减效果最好,削减效率可达36.18%~56.12%;退耕还林可以削减14.42%~38.05%的泥沙;植草水道也可以削减23.05%的泥沙。因此最佳管理措施可以有效地防治伊逊河流域水土流失,仅从对径流和泥沙的影响方面考虑,推荐选择5 m的植被过滤带。

水土保持措施对黄河水沙影响评价模型及效益评价研究

黄河水沙变化研究是黄河水、沙资源合理利用的前提,水土保持措施对水沙影响评价模型及效益评价是黄河治理开发的基础。本文对第三期黄河水土保持科研基金项目第三专题研究成果进行了总结:综合分析了现有水沙评价模型和孤山川流域水沙变化研究成果,探讨了水土保持措施对产流产沙机制的影响,遴选了用于研究的水沙评价模型,并对研究区的水土保持措施对水沙的影响做了定量分析评价。

农业面源污染最佳管理措施评价研究

通过对农业面源污染最佳管理措施中的工程性方法和非工程性方法分析,提出用大学生文化、科技、卫生"三下乡"活动作为非工程性措施进行农业面源污染防治的一种重要方法,并以"压力-状态-响应"模型为基础,考虑环境、社会、经济水平等多种因素,构建了基于大学生"三下乡"活动的农业面源污染最佳管理措施指标体系,采用层次分析法对各指标进行了赋值。该评价体系可以较好地反映农业面源污染最佳管理措施(BMPs)中的非工程性管理措施的效果,为进一步开展农业面源污染防治提供一定的理论依据。

牧场型小流域改善水质效果的优化管理措施

滥用化肥和有机肥料会导致营养元素氮在地下水中富集。过渡使用家禽粪便导致径流中富集大量磷元素。通过在小流域实施各种最优管理措施(BMP),可控制非点源污染问题。模型结果显示,总氮、矿物磷和总P的流失量随着废弃物利用率的提高而增加。对于同一利用率,秋季较春季和夏季的流失量大。对于全部利用率、季节和废弃物特性,与基本条件相比过度放牧造成的营养流失最大。这说明如果期望改进水质,则必须禁止在草原过度放牧。天气条件的变化性极大地影响BMP的效果,缓冲带和放牧管理是两个影响草原总N和总P流失的最重要的BMP。与基本条件相比,总氮量和总磷流失量随放牧强度和废弃物利用率的提高而增加。随着利用率的降低,二者也降到最低值。由于基础条件的多变性,即使流域未发生任何改变,污染流失也会因天气条件内在的多变性而发生变化。

基于改进DPSIR模型的石羊河流域生态安全评价

石羊河流域是我国重要生态区之一,近年来受人为与自然等因素的影响,石羊河流域出现了严重的生态安全危机。为合理的进行石羊河生态安全评价,以期为石羊河生态安全保护工作提供科学支撑,文章引入了改进DPSIR概念模型,基于该模型建立了石羊河流域生态评价体系,分析了流域生态安全规律,并提出了相应的保护措施,相关研究成果可供类似工程参考。

基于流域单元的水质安全评价及综合管理研究——以即墨市为例

以即墨市为研究对象,首先通过Arc GIS中的Arc Hydro水文数据模型提取DEM遥感数据,完成流域划分;然后把同一流域内各监测点的值进行加和平均计算,得到该流域的水质安全影响因子值;然后分别对各流域进行水质评价、水质健康风险评价及水质污染风险评价;再采用AHP模型,将无量纲处理后水质类别、水质健康风险及水质污染风险的值进行加权求和,得到各流域的水安全度;最后,结合水质安全的评价分析结果,提出流域水环境针对性及综合性管理措施。从对即墨市7个流域2011—2014年的水质安全评价结果上可以看出,周疃河流域、流浩河流域较好,稳定为Ⅲ级;五沽河流域、龙泉河流域与墨水河流域相对较差,持续为Ⅳ级;大沽河流域在2011—2012年为Ⅳ级,2013—2014年为Ⅲ级,水质安全状态趋于好转且稳定;桃源河流域在2011—2012年为Ⅲ级,2013—2014年为Ⅴ级,水质安全状态波动较大且变恶趋势未得到控制。

红枫湖流域非点源污染时空分布及管理措施

为分析红枫湖流域非点源污染状况及非点源污染防控措施效果,利用该流域典型子流域的水量和水质数据对SWAT模型的径流和水质参数进行率定和验证,采用验证后的模型模拟了2001—2015年流域氨氮、总氮和总磷的时空分布特征,并分析了不同管理措施对非点源污染的削减效果。结果表明:SWAT模型在红枫湖流域具有良好的适用性;氨氮、总氮、总磷负荷主要集中在4—9月,分别占全年负荷的88.49%、83.74%和97.36%,西南部和东北部的子流域氮磷流失较大,是非点源污染的关键源区;化肥削减、退耕还林还草措施能有效削减非点源污染,尤其是总磷污染,实施综合管理措施对氮磷污染削减的效果更佳。

太湖流域工业园区水管理过程绩效评价指标体系构建与对策建议

指出了太湖流域工业园区众多,水管理方式不一致且管理水平参差不齐,未从流域层面统筹,未重视利益相关者作用,易产生区域间水管理不协调问题。流域工业园区水管理核心是从流域层面考虑园区的水资源管理,强调全过程管理,重视利益相关者参与,发挥供应链管理作用,平衡社会、经济和生态利益,形成自下而上的水管理模式。从当前太湖流域工业园区水管理面临的主要问题出发,探讨了流域内工业园区实施统一协调的水管理的必要性,并利用逻辑结构模型构建了过程评价指标体系,以规范流域工业园区水管理过程,确保园区的水管理按照既定的规划实施。最后,从制度保障、过程评价与结果评价并重、园区水管理组织体系、公众参等方面提出了改善建议。

油田联合站危险因素分析及安全管理措施研究

油田联合站是原油集输、存储、分离、脱水加热和计量后外输的重要生产单元,它是油田承上启下的关键枢纽。然而在联合站的日常运行与人为因素影响下,某种程度上其风险水平是持续呈现上升趋势的,这一点必须引起油田生产企业的高度重视。本文主要分析了联合站各个设备在失效故障状态下所存在的风险,并提出了与之对应的安全管理措施。

土地潜在适宜性评价模型设计

土地潜在适宜性评价模型设计是小流域信息管理系统设计的有机组成部分。土地适宜性评价数据模型设计中建立的土地基本信息表可以作为潜在适宜性评价的基础数据来源 ,不必进行单独的数据模型设计。土地潜在适宜性评价指标体系的数据模型 ,要在深入理解小流域规划过程中潜在适宜性评价基本要求的基础上 ,才能确立指标评价体系在系统数据库中的准确表达形式。在数据记录筛选后 ,读取评价记录中的田面宽度、地面坡度、土层厚度等信息 ,与评价指标体系中的数据进行逻辑对比 ,得出土地潜在适宜性评价结论。

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.

基于AnnAGNPS模型的山美水库流域非点源氮控制研究

探索研究流域非点源氮污染控制的有效措施,对于治理改善水环境恶化具有重要的现实和长远意义。以山美水库流域为研究区域,建立AnnAGNPS氮污染模型,通过情景模拟技术分别模拟了河岸缓冲带、适量施肥、免耕、少耕、梯田和退耕还林等最佳管理措施的非点源氮污染削减效率。结果表明:(1)梯田与退耕还林对氮的削减率较高,均高于15%;免耕较低,为13%;少耕、合理施肥、河岸缓冲带削减效果有限,低于10%。(2)河岸缓冲带、少耕、免耕、梯田等措施的总氮削减率在不同月份的变化趋势与泥沙削减变化趋势一致,在7月和8月有较高的削减率;合理施肥与退耕还林的总氮削减率则与流域施肥状况相关性更高,在2—4月份有较高的削减率,因此山美水库流域水环境改善应结合非点源氮污染治理和流域水土流失治理。

流域水文模型在面源污染模拟与管控中的应用研究进展

面源污染是影响流域水环境和水安全的重要污染来源,对其进行有效防控需要对其负荷以及防控措施效果进行科学高效精准的预测。流域水文模型(Hydrological Simulation Program-FORTRAN,HSPF)具有突出的综合性和灵活性,是面源污染模型的典范。近年来,HSPF模型应用于我国流域面源污染相关的研究和实践有了飞速发展,但同样也面临着模型机理和参数本地化、模型构建精细化、模型结构不确定性较大等方面的挑战。围绕该模型在面源污染模拟与管控中的研究进展,对其在变化环境下的模拟方法和成果,以及应对参数识别、不确定性分析、措施效果评估和总量控制的思路和方法等方面进行了总结,并分析了现代化环境模拟形势下HSPF模型的延伸发展。结合模型相关研究的总结,强调了面向我国流域特色的本地化模型改进、服务河长制精细监管的大尺度精细化模拟、以及模型与大数据统计及人工智能耦合的互馈集合模拟等后续研究是需要重点关注的发展动向。

长江流域防洪体系与评价

长江是中国最大的河流,也是世界上第三大河流。频繁而严重的洪涝灾害一直是中华民族的心腹之患。按照“蓄泄兼筹,以泄为主”的防洪指导方针及“江湖两利,左右岸兼顾,上中下游协调”的指导原则,长江流域特别是中下游地区开展了堤防整修加固。到目前为止,已初步形成了由堤防、部分支流水库、蓄滞洪区、河道整治工程及非工程措施组成的长江防洪体系。针对目前存在的问题和出现的新情况,提出了对如何进一步提高长江的整体防洪能力和流域防洪管理的建议。

非点源污染模型在土壤侵蚀模拟中的应用及发展动态

近年来 ,随着计算机和地理信息技术的不断发展 ,非点源污染模型在土壤侵蚀研究中得到了广泛的应用 .该文通过对不同模型的背景、功能、应用范围以及优缺点的分析 ,对国外较为常用的 8个土壤侵蚀模型进行了全面综述 .这些模型包括用于预测预报的RUSLE ,WEPP和EPIC ,用于流域水文过程模拟的SHE ,CREAMS和ANSWERS等 ,还有用于流域管理措施评价的AGNPS和SWAT等 .通过对不同模型应用现状的分析 ,提出了土壤侵蚀模拟模型在BMPs评价。