基于PNPI与SWAT模型的非点源污染风险空间分布

为了明确流域非点源氮(N)、磷(P)营养物质污染风险空间分布特征,识别流域非点源关键污染源区,以伊洛河流域为例,采用输出系数法量化流域不同土地利用类型、居民生活和禽畜养殖所产生的N、P污染负荷,借助改进后的潜在非点源污染指数(PNPI)模型和SWAT模型,阐述流域非点源N、P污染风险空间分布特征,识别N、P污染关键源区;采用皮尔逊相关系数法计算两模型模拟结果的相关性,评价改进后的PNPI模型模拟结果的可靠性。结果表明:2020年伊洛河流域N、P非点源污染风险空间分布较为相似,均呈现出伊河、洛河两支流上游污染风险较低,中下游污染风险较高的空间分布特征,N和P的极低、低、中、高、极高风险区面积分别占伊洛河总面积的48.85%、14.61%、9.68%、14.64%、12.22%和55.48%、8.76%、11.14%、13.25%、11.38%;土地利用输出是流域产生N、P污染的主要源头,负荷量分别为20 643.62、3 033.31 t/a,不同的土地利用类型中耕地输出的N、P负荷量最大,分别为13 000.07、1 956.44 t/a,草地输出产生的N负荷量最小,为1 322.99 t/a,居民用地产生的P负荷量最小,为113.61 t/a;改进后的PNPI模型与SWAT模型模拟的N、P污染负荷间的皮尔逊相关系数均达到0.6,表明改进后的PNPI模型适用于该研究区。

农业区非点源污染潜在危险性评价——以于桥水库流域磷流失为例

在农业非点源污染研究中 ,确定农业非点源污染的关键源区或危险区域是开展有针对性研究和控制农业非点源污染的首要问题之一。本文在地理信息系统的支持下 ,综合考虑了影响于桥水库流域农业非点源磷流失的源因子和迁移因子 ,通过建立评价指标体系 ,计算磷污染危险性指数 ,对农业非点源磷流失危险性进行定量化评价 ,识别具有极高危险性或较高危险性的区域为磷流失的关键源区 ,将其作为控制和管理的优先区域和重点区域。结果表明 :流域中磷流失危险性极高和较高的区域即关键源区不到全流域面积的 6.0 %,危险性中等的地区占到整个流域面积的 2 0 .5 2 %;具有高和中等危险性的地区主要分布在流域河流两岸 ,且具有极高或较高的土壤有效磷含量或化肥磷施用量或高的土壤侵蚀强度 ,大部分为流域中部丘陵平原区的农田 ,少部分为地形较陡的山区农田。

土地利用变化影响的灞河流域潜在非点源污染风险时空变化特征

流域内土地利用方式改变引起非点源污染源的时空变化,已显著影响地表、地下水环境质量。以人类活动影响强烈的灞河流域为例,采用改进后的潜在非点源污染指数模型(PNPI),探讨近20年半干旱区城市型河流土地利用变化影响下的流域潜在非点源污染风险时空变化特征及其主导因素。结果表明:灞河流域主要土地利用方式为林地与耕地,共占流域面积的85%。1995-2015年间西安实施区域融合发展战略,河流下游平原区城镇用地扩张近4倍,侵占大量原有草地与耕地;基于Quantile分类法,将研究区潜在非点源污染风险值划分为极低、低、中等、高和极高等级,区域流域内潜在非点源污染风险呈现两极分化现象,即人类活动影响区的非点源污染风险增强,极高风险区迅速扩张,同时上游水源区的非点源污染风险降低;近期,西安市城镇化的快速推进是流域极高潜在非点源污染风险区域迅速扩张的主要原因。

北沙河上游流域潜在非点源污染风险时空变化分析

非点源污染风险时空分布特征解析和等级分区是有效控制非点源污染的关键.为了弥补PNPI(potential non-point pollution index,潜在非点源污染指数)模型中专家评价法主观赋权的不足,引入均方差决策法,并采用改进后的PNPI模型分析1980—2017年北京市北沙河上游流域潜在非点源污染风险时空变化特征,划分潜在非点源污染风险等级.结果表明:①均方差决策法根据土地利用指标、径流指标和距离指标集的数值离散程度确定各指标权重,其结果可体现各指标权重随土地利用类型动态变化的特点.②1980—2017年土地利用指标、径流指标和距离指标的平均权重分别为0.49、0.18、0.33,说明土地利用类型对非点源污染风险相对影响较大.③受土地利用类型空间分布格局影响,北沙河上游流域潜在非点源污染风险呈西北部山区低、东南部平原区高的分布特征.④随着城镇化的推进,潜在非点源污染极高风险区主要土地利用类型由旱地和园地逐渐演变为城镇用地、农村居民地和建设用地.研究显示,非点源污染风险高低与土地利用类型密切相关,可通过土地利用类型的合理布局,降低流域非点源污染风险.

流域内污染负荷分布的评价模型研究--以密云县蛇鱼川小流域为例

在引入欧洲学者建立的潜在非点源污染指数模型PNPI的基础上,根据我国的社会经济条件和流域状况对其进行了土地利用类型扩展、土地利用类型比对和土壤渗透性等级划分等3个重要改进,建立了一个评价流域污染负荷分布的潜在污染指数模型PPI(Potential Pollution Index),并在北京市密云水库流域典型的3个小流域——曹家路、黄土坎和蛇鱼川进行了初步应用和分析验证.研究表明,改进后的PPI模型能够综合考虑养殖场、旅游区等各种污染源对河流水质的潜在污染影响,可用其评价流域内各种污染源对河流造成的潜在污染的空间分布.

基于重金属多形态-生物毒活性权重体系的生态危害指数模型

针对Hakanson潜在生态危害指数模型的不足,纳入了对重金属多形态生态毒活性差异的考量,建立了基于重金属多形态-生物毒活性权重体系的改进生态危害指数模型.将其应用于新乡市郊区蔬菜基地土壤重金属污染的评价,结果表明该区域土壤中Cd,Ni,Zn,Cu和Cr的污染程度等级分别为5级、3级、1级、1级、1级,Cd和Ni可能造成严重的生态危害,亟需有关部门关注及治理.经与原模型评价结果的对比分析,表明所建优化评价模型能更全面、真实地综合表征评价区域土壤中重金属污染的潜在生态风险,为科学决策提供了理论基础.

区域土壤重金属潜在风险遥感监测模型及应用——以湘江流域下游区为例

针对土壤中-轻度重金属污染监测中缺乏实时高效的方法技术问题,提出了一种利用遥感数据进行风险估算的计算模型。以湘江流域下游区生态地球化学调查数据与遥感数据的相关性分析为基础,探讨土壤化学组分及重金属元素含量与地表光谱曲线的关系,进而建立以NDVI指数估计土壤重金属潜在生态风险,并以土壤养分、酸碱性、化学类型等属性指数进行修正的遥感监测模型。以第一次地理国情常普查数据代入模型,结果表明,研究区近十年土壤重金属潜在生态风险整体降低,但小城市和农村局部有新增趋势。检验证明模型可信度较高。

基于不同赋权方法的北运河上游潜在非点源污染风险时空变化特征分析

非点源污染已成为影响水生态环境和人类健康的重要因素之一,而解析非点源污染风险时空变化特征是非点源污染治理的重要前提.基于1980~2020年土地利用数据,采用潜在非点源污染指数(potential non-point pollution index,PNPI)模型探究基于不同赋权方法的北运河上游潜在非点源污染风险时空变化特征.结果表明:(1)流域潜在非点源污染风险呈东南部高西北部低的空间特征.研究时序内流域潜在非点源污染极高和高风险区面积呈减少趋势,极高和高风险区主要土地利用类型由旱地、水田和果园逐渐变为城镇用地和农村居民地.(2)均方差决策法、熵值法、变异系数法和专家打分法均得出土地利用指标权重最大,平均权重分别为0.46、0.53、0.45和0.48,而不同赋权方法确定的径流指标和距离指标权重差异较大,得出的各非点源污染风险等级区的面积占比差异也较大.(3)指数函数法通过构建土地利用指标、径流指标和距离指标的指数函数描述源因子与运输因子之间的关系,输出结果更符合流域非点源污染风险空间分布特征,极低和极高风险区面积占比分别为54.22%和6.23%.以上结果可为流域非点源污染风险分析及治理提供科学参考.

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。

北运河上游非点源污染风险空间分布特征研究

非点源污染是流域水环境污染的重要原因之一,非点源污染风险分区是有效治理水污染的重要前提.本文采用指数函数法改进潜在非点源污染指数(Potential Non⁃Point Pollution Index,PNPI)模型基于专家评价法主观赋权的不足,并采用改进后的PNPI模型解析北运河上游流域非点源污染风险空间分布特征.结果表明:①指数函数法通过构建土地利用指标、径流指标和距离指标的指数函数描述污染源因子与运输因子之间的关系,能够直观反映研究区内非点源污染风险的空间分布特征;②研究区2017年非点源污染风险呈现出东南高西北低的空间分布特征,极低、低、中等、高和极高风险区面积占比分别为52.4%、0.5%、12.4%、25.1%和9.6%;③研究区非点源污染极高风险区主要集中在人口密集的东南平原区河道两侧,主要土地利用方式为城镇用地;极低风险区则主要分布在人口稀疏且距离河道较远的西北山区,主要土地利用方式为有林地.PNPI模型模拟结果可为北运河上游流域非点源污染防治和生态清洁小流域分区治理提供科学参考.

基于SWMM的不同降水量对城市降雨径流TSS的影响分析

受物理、化学、生物等多重因素的影响,城市降雨径流水质的模拟研究比较模糊。以TSS(总悬浮固体量)为例,利用SWMM的污染物模块及其土地利用模块、污染物累积模块和污染物冲刷模块进行城市雨水径流水质模拟;考虑了不同土地利用情况对污染物的累积及冲刷的影响,针对不同的降水量,利用EMC法(平均浓度法)以及指数方程法进行污染物的冲刷模拟,指数方程法的模拟精度大于EMC法的模拟精度,与监测值更接近。指数方程法的模拟结果表明:当降水量小于2.5mm时,其TSS冲刷量增长幅度较缓;而当降水量大于3.5mm时,其TSS冲刷量呈显著线性增加关系,从而表明,降水量较大的降水事件对于TSS的冲刷量影响更为显著。

北沙河上游流域氮、磷污染风险空间分布特征解析

非点源污染是全球水环境污染治理面临的严峻挑战之一,氮(N)、磷(P)污染是非点源污染重要的组成部分,解析N、P污染风险空间分布特征是非点源污染治理的关键.本研究以北沙河上游流域为例,采用输出系数法综合估算区域不同土地利用类型、畜禽养殖和居民生活的N、P污染负荷,将其视为污染源因子指标以替代潜在非点源污染指数(Potential Non-point Pollution Indicator,PNPI)模型中的土地利用指标,利用改进后的PNPI模型解析该流域N、P污染风险空间分布特征.结果表明:①研究区N、P污染风险皆呈东南部居民区高、西北部山区低的空间分布特征;②P污染主要源自居民生活,N污染主要源自土地利用输出,各土地利用类型中耕地输出的N、P污染量最多;③N、P污染极低风险区面积占比最大,面积占比分别为59%和56%,极高风险区面积占比最小,分别为5%和3%.研究结果有望为北沙河上游流域非点源N、P污染防治提供依据,为流域综合治理提供参考.