基于L-THIA模型的温榆河流域非点源污染负荷变化分析

为研究温榆河流域城市化过程中土地利用变化对非点源污染负荷的影响,基于GIS(地理信息系统)和RS(遥感),利用二次开发改进后的长期水文影响评价(L-THIA)模型,采用实地测得的EMC(事件平均浓度)数据,模拟了1992年和2009年非点源污染负荷量。结果表明,1992—2009年的城市化过程中商业用地、交通用地和住宅用地分别增加了13.95%、20.46%和85.76%,农业用地和水域分别减少40.04%和9.64%,导致非点源污染负荷量(总磷除外)明显增加。其中,总氮增加了3.31%,氨氮增加了12.20%,BOD5(5日生化需氧量)增加了11.87%,CODMn(化学需氧量)增加了7.62%,TOC(总有机碳)增加了15.46%,总磷下降了12.84%。交通用地、商业用地的非点源污染产出能力最强,应该成为非点源污染的重点控制区域。

基于L-THIA和GIS的辽河源头区小流域非点源污染负荷变化分析

农业非点源污染是导致流域水质恶化的重要原因之一。笔者选择了辽河源区域作为研究目标,重点研究辽河流域的小型水系,使用所处位置的土地状况以及日降雨量数据,基于长期水文影响评价模型L-THIA,以GIS空间分析技术为平台,对研究区的总氮、硝态氮、总磷、COD和可溶磷5种非点源污染物的污染输出负荷进行估算,并分析了其空间分布特征。结果表明:总氮、硝态氮和总磷3种污染物的单位网格污染物输出负荷的空间分布较为一致,可溶磷和COD污染输出负荷分布各有特点。区内的农用地域污染一般都是农田抑或是村里闲置的土地。经研究发现,越是干旱的区域会使得调查数据分布影响越大,对总氮、硝态氮和总磷的贡献率分别达到了82.57%、80.02%和92.92%,村镇用地对可溶磷的污染负荷分布影响最大,而水田对COD污染输出负荷作用明显。根据不同污染物输出负荷并结合土地利用现状,采用GIS空间叠加和融合技术,将研究区划分为4个非点源污染控制区,分区结果能够为非点源污染控制提供科学依据。

基于L-THIA模型的四川省濑溪河流域非点源污染负荷分析

非点源污染是造成流域水环境恶化的重要原因之一,掌握非点源污染的时空分布特征是流域水环境污染防治和流域综合管理的基础性工作.为落实国家《水污染防治行动计划》,四川省启动了濑溪河等流域综合治理达标方案编制工作,探明濑溪河流域非点源污染负荷及其分布特征是该方案编制的前提.以四川省境内濑溪河流域为研究区域,基于GIS(地理信息系统),利用L-THIA(long-term hydrologic impact assessment,长期水文影响评价)模型,基于2015年土地利用地图数据、土壤水文数据以及长时间序列(2009—2014年)逐日降雨数据,调整模型参数,使模型模拟径流量符合水文站监测数据,进而模拟2014—2015年流域内的非点源污染负荷空间分布.L-THIA模型模拟得到濑溪河流域径流量约为5.10×108m3,和控制水文站实测径流量相比,模型模拟相对误差为5%,表明模型模拟质量较好,模拟结果可信度较高.结果表明,流域内TP、NH3-N、CODCr非点源污染负荷分别为204.10、353.12、5 162.53 t;农业用地对研究区的非点源污染影响最大,林地最小;根据濑溪河水系分布特点将研究区划分为16个控制单元,各控制单元TP、NH3-N、CODCr的空间分布特征及比例相似,研究区非点源污染平均负荷强度为3.72 t/km2,TP、NH3-N、CODCr的输出范围分别为(0.08~0.15)(0.14~0.27)(2.19~3.89)t/km2.研究显示,流域非点源污染产生量的估算和空间分布特征的揭示为编制濑溪河流域水污染治理方案提供了科学参考.

基于L-THIA模型与3S技术的大亚湾陆域非点源总氮污染研究

以大亚湾为研究对象,采用3S(GIS、RS和GPS)技术划分了汇水区范围并处理获得土地利用、土壤水文单元及降水等下垫面信息,运用L-THIA模型(Long-term Hydrologic Impact and Non Point Source Pollutant Model)构建了总氮(TN)这一指标的大亚湾汇水区非点源污染模型,并通过径流量与负荷量模拟结果与不同方法计算结果的比对验证了模型的合理性。结果表明,大亚湾陆域非点源TN年均负荷量为2 559 t;土地利用类型中耕地、建设用地和园地的负荷量和单位面积流失强度均较高,是TN流失的主要土地利用类型;汇水区涉及的11个镇(街)中惠州市稔山镇、平海镇对TN负荷量的贡献合计超过50. 0%,占据了77. 7%的TN流失关键源区,是非点源污染防治需重点关注的区域。来源贡献的定量识别和关键源区的空间识别为大亚湾陆域非点源TN污染的有效控制提供了重要的科学依据。

基于L-THIA模型的密云水库地区非点源污染空间分布特征

农业生产营养物质的输出是造成水环境污染的重要原因之一。该文以北京密云水库周边地区为研究区域,基于土地利用、土壤以及降水等下垫面信息,利用长期水文影响评价(T he Long-T erm Hydro log ic Im pact A ssessm en t,L-TH IA)模型,估算研究区内污染物的长期平均输出负荷,并分析其空间分布特征。研究结果表明:不同土地利用类型的污染物输出负荷是不同的,其中以农用地对研究区内非点源污染的影响最大。结果表明,在流域规划和管理中使用L-TH IA模型分析农业非点源污染的空间分布是可行的。

GIS and L-THIA Based Analysis on Variations of Non-point Pollution in Nansi Lake Basin,China

Non-point source （NPS） pollution is the main threat to regional water quality, and the estimation of NPS pollution load has become an important task for NPS pollution control in China. Combined with geographical information system （GIS）, the long. term hydrologic impact assessment （L-THIA） model was used to evaluate the temporal.spatial changes of chemical oxygen demand （COD）, total nitrogen （TN） and total phosphorus （TP） in Nansi Lake basin from 2000 to 2010. The results show： 1 ） the estimated COD, TN and TP loads in 2010 are 260017.5, 111607. 7 and 6372.0 t with the relative errors of 2.1%, 2. 0 % and - 8.8 % respectively, and more than 90% concentrated in the raining period from June to September; 2） cultivated land and construction land take up more than 80% of the whole Nansi Lake basin, and the proportions of the three kinds of NPS pollution loads coming from cultivated land and construction land are more than 98%; 3 ） during 2000- 2010, the COD, TN and TP loads increase by 8801. 6, 180.3 and 71.9 t respectively, and become the main impact factors on the water quality of Nansi Lake.

基于L-THIA模型的市桥河流域非点源氮磷负荷分析

以番禺市桥河流域为研究对象，利用现场建立的不同土地利用类型的径流场实测降雨径流数据，对长期水文影响评价模型（L-THIA）的主要参数进行校正，模拟计算该流域非点源氮磷负荷量，并分析土地利用和降雨变化对氮磷负荷输出的影响．结果表明，市桥河流域内非点源氮磷污染高负荷区主要集中在农业用地和城镇用地，单位面积污染负荷输出最高的为农业用地．从1995-2010年，流域非点源氮磷负荷呈增加趋势，TN增加了17．91％，而TP的增加幅度达到了25．30％．随着流域城镇化的迅速发展，城镇用地明显增加，所占比例达到了43．94％，2010年对负荷总量的贡献率也已超过40％，几乎与农业用地持平，这也是近15年来流域内农业用地面积虽然有所降低，但污染负荷总量仍然增加的主要因素．流域内降雨主要集中在汛期，因而汛期非点源氮磷负荷亦远高于非汛期，占全年比例超过了85％．不同降雨类型发生次数与污染负荷的Pearson相关分析表明，日降雨量大于20mm的降雨是造成流域内非点源氮磷污染的主要降雨类型．

基于GIS和L-THIA模型的深圳市观澜河流域非点源污染负荷变化分析

为探明深圳市观澜河流域在快速城市化过程中伴随土地利用变化的非点源污染负荷变化,基于GIS平台,运用L-THIA模型,通过校正其内设参数,模拟流域1996～2008年非点源污染负荷的空间分布及其变化.结果表明,1996～2008年的城市化过程中,TN、TP、COD这3种污染物的负荷总量都有大幅度的增长,其中TP变化最大,在13 a中增加了62.78%,TN和COD分别增加了59.73%和55.40%,TN、TP和COD等污染物高值区面积的空间分布变化在大趋势上基本一致,都是沿河道和主要交通干线向外围逐步扩张,最后连接成片;而SS的负荷总量却下降了7.59%.建设用地的扩张是非点源污染负荷及空间分布变化的主要因素,SS负荷输出最大的用地类型是水土流失严重的开发用地.以非点源污染负荷空间分布为依据,结合不同土地利用方式,可将观澜河分为4类非点源污染防治区,该结果可为流域非点源污染控制提供科学参考.

汉阳非点源污染控制区划

城市非点源污染控制区划是控制和管理非点源污染、实现城市可持续发展的重要前提.在探讨城市非点源污染控制区划的原则与方法的基础上,结合城市可持续发展原则、非点源污染敏感性优先原则、非点源污染控制方向相似原则,以武汉市汉阳区为例,尝试了基于L-THIA模型,以GIS空间分析技术为平台,城市非点源污染敏感性评价为核心的定量区划方法.将汉阳划分出4个非点源污染控制区,分区结果可为区域非点源污染控制决策提供科学依据.

西苕溪流域城镇化对径流的长期影响研究

城镇化的发展使流域下垫面产生了较大变化,从而使流域降雨径流条件发生变化,随着城市化水平的提高,土地利用性质发生了改变,不透水地面积的增加,对径流的形成过程产生很大影响。长期水文影响模型(Long-Term Hydrological Impact Analysis,L-THIA GIS)是一个基于GIS平台的城市水文模型,可用于评价城市化对径流的长期影响。本文选取太湖上游浙江省安吉县西苕溪流域作为研究区域,利用L-THIA GIS模型对流域31年的长期径流进行模拟,在验证模型有效应用的基础上,探讨了城镇化对径流的影响。

浏阳河土地利用变化对非点源污染负荷的影响

以红壤丘陵区典型流域——浏阳河流域为研究区域，利用1986、2000、2005年3个时段的土地利用数据，分析土地利用方式的变化，并结合土壤普查图和降雨数据，在RS和GIS的支持下，利用长期水文影响评价（L—THIA）模型，评估区域长期水文响应，采用相似流域的营养盐输出系数估算非点源污染负荷。结果表明，从1986～2005年期间，林地和草地有向城镇、农村居民点用地和农业用地转化的趋势，其中农业用地由13．75％增加到20％左右，城镇用地和农村居民用地分别由原来的1．34％和0．10％变为2．56％和0．80％，期间非点源污染敏感区面积不断扩大，污染负荷不断增加，TN由1986年的675．56t增加到2005年的1001．02t，TP从15．52t增加到了23．41t。

西苕溪流域城市化对径流长期影响分析研究(英文)

利用基于GIS平台的长期水文影响模型(long-termhydrological impact analysis,L-THIA GIS),选取太湖上游的西苕溪流域作为研究区域,在验证L-THIA模型在该流域径流模拟有效性的基础上,利用不同时期(1985年和2000年)土地利用状况变化分析城市化对径流的影响;并应用情景分析的方法预测未来不同的土地利用变化所导致的径流变化情况。研究结果表明:城镇用地产生的径流量要大于非城镇用地;1985-2000年城市建设用地面积扩张75%,径流系数相应增加了1.4%;未来城市建设用地的不断扩张,当城市面积分别达到流域面积的25%和45%时,径流系数将可能达到0.68和0.79。因此,城市扩张导致的不透水面积的增加将成为改变区域水文效应主要因素之一,需要进行合理的城市和土地利用规划限制城市的盲目扩张。

基于模型模拟的城市非点源污染控制措施设计

目前针对城市小流域进行非点源污染控制措施去污效果的模拟研究处于起步阶段.利用L-THIA模型模拟武汉市汉阳地区三角湖流域2个小汇水单元(Sj1、Sj2)不同土地利用类型上的非点源污染物累积量,模拟得出1次典型降雨前Sj1和Sj2中污染物总量分别为1.82×104kg、1.38×105kg.基于'源-汇'和格局与过程相互作用理论,针对降雨前2 h内产生的径流,从源、污染物迁移过程和汇3个阶段采取绿色屋顶、草地、多孔路面、渗透渠、植被过滤带和湿塘等多种BMPs及其组合,进行去污效果模拟.结果显示经系列化BMPs处理后进入三角湖的污染物量占Sj1、Sj2总污染物量的14.65%和6.57%,控制措施效果比较明显.在流域或区域尺度上,利用L-THIA模型可以在工程建设之前进行效果预测模拟,以减少不必要的风险.

基于模型的上海郊区地下水氮素非点源污染特征研究

农业非点源污染是造成上海郊区地下水污染的主要因素,定量分析预测农业生产过程氮素的迁移转化规律是有效控制地下水污染的重要环节。以上海市浦东新区新场镇果园村的桃园为研究对象,借助生物地球化学过程模型(DNDC)和长期水文影响评价模型(L-THIA),基于连续观测数据,详细分析了农业生产过程中氮素造成的非点源污染,特别是对周边地表、地下水的影响。结果表明,地表水总氮均值达6.34mg·L-1,远劣于地表水Ⅴ类标准(≤2.0mg·L-1);地下水中总氮均值达16.85mg·L-1,远劣于地表水Ⅴ类标准(≤2.0mg·L-1)。约有20%采样点硝态氮含量属于地下水Ⅴ类(>30mg·L-1)。野外检测数据表明,该区地表水、地下水污染均严重超标,不宜饮用。模型分析显示,水体污染源主要来自桃园生产中施用的肥料,其中就模拟结果的数值可以得出,大约年农田氮输入量的1.7%通过土壤径流进入地表水,约3.5%经过土壤渗漏进入地下水,实测地下水中氮含量占桃园总氮输入量的5.8%。因此,合理调整施肥措施和施肥结构是减少土壤-水体中氮素污染的有效途径。

土地利用及其变化对洮儿河流域中上游地区非点源污染的影响

在分析洮儿河流域上中游地区1970—2000年土地利用变化的基础上,利用长期水文影响模型估算研究区内非点源污染物的输出负荷,分析其空间分布特征,并引入单位贡献指数分析不同土地利用类型对不同污染物的影响程度。结果表明:(1)在这30a间,研究区的土地利用以草地、林地和农业用地为主,土地利用结构变化特征显著,生态用地面积大幅度减少,非生态用地面积迅速增加,研究区内人类活动增强并有加剧生态退化的趋势;(2)在这30a间,研究区内非点源污染负荷总量从3 400t上升到6 200t,总氮(TN)、总磷(TP)的高负荷分布区域主要集中在中游,并有向上游扩张的明显趋势;(3)采用贡献率和单位贡献指数(UCI)2个指标分析不同土地利用类型对非点源污染物TN,TP的影响,UCI能更好地反映土地利用对非点源污染的影响,其中农业用地对非点源污染的影响程度最大,住宅用地和工业用地次之,林地和草地影响最小。

石头口门水库流域土地利用／覆被变化对非点源污染负荷的影响

应用L-THIA（Long-Term Hydrologic Impact Assessment）模型，模拟吉林省石头口门水库流域1986年至2000年的非点源污染负荷，定量评价土地利用／覆被变化对非点源污染负荷的影响。研究结果表明：1）1986-2000年期间，研究区土地利用／覆被变化的主要特点为：水田和旱田增加，草地和裸地减少；土地利用／覆被变化对非点源污染负荷的影响非常显著；2）1986年、1995年、2000年三个时段内研究区各非点源污染负荷呈现先增加后减少的趋势，泥沙和总氮的变化幅度较大，总磷的变化幅度相对较小；整个研究时段内表现为总磷的变化幅度大于泥沙和总氮；3）农田、林地、居民地的变化对非点源污染负荷影响明显，属于非点源污染的敏感区，其面积的较小变化均可引起污染负荷的较大变动；4）林地和草地转化为农田导致各非点源污染物负荷均增加，其中草地转化为农田的区域较小（5km^2），但导致总磷污染增加了255．52kg；农田变为居民地和林地导致污染负荷减少，林地转化为草地使得泥沙、总磷污染增加，总氮污染减少。

太湖流域土地利用变化对径流的影响研究

选取太湖流域作为研究区,利用2001和2010年的MODIS土地利用数据,以及1991—2012年降雨资料,采用L-THIA(Long-Term Hydrological Impact Assessment)模型对流域近年来的径流过程进行模拟,探讨土地利用变化对径流的影响.结果表明:从2001年到2010年,耕地面积由59.3%减少到57.7%;草地面积由8.9%减少到7.3%;裸地/荒地面积由0.5%增加到1.7%;滩涂面积由1.4%增加到2.5%.在2001年土地利用条件下,模型模拟的1991—2012年均径流量为6.03×109 m3;而在2010年土地利用条件下,年均径流量为6.66×109 m3,径流变化主要由裸地/荒地以及滩涂两种土地利用类型变化引起且由土地利用变化引起的年均径流量增加了9.4%.

北京城市扩展的环境效应模拟与评价

基于L-THIA GIS模型,以北京为案例研究区,应用水文土壤类型、土地利用类型以及长期日降水量数据,有效模拟了长时间段内以城市扩展为主要特征的土地利用变化对水文过程以及城市非点源污染的宏观影响态势,挖掘出区域内潜在的长期污染问题及其空间分布。结果表明,虽然1996—2004年间连续干旱导致年径流量整体减少,但城八区年径流量却呈增加趋势,各分区年径流量变化幅度与耕地向建成区转化的比例具有一致性,说明保护并合理利用耕地对减少城市径流有重要意义;城市建设用地的单位面积产流量远远大于农业用地和生态用地,林地向城市建设用地转变所产生的水文效应敏感性最强,其次依次为:水域、草地、农村居民点和农业用地,林地、水域、草地等生态用地需要特别加强保护;通过L-THIA模型和GIS平台,实现了区域非点源污染的分布式模拟,结果显示城市扩展对城市非点源污染的影响大于降水变化的影响,根据模拟结果和下垫面(土地利用)对城市非点源污染的影响,初步将北京划分为4类城市非点源污染产生的敏感性区域,为土地利用管理和环境规划提供指引。

基于ArcMap的长期水文影响评价模型二次开发

长期水文影响评价模型(Long-term Hydrological Impact Assessment,L-THIA)是研究人类活动对流域非点源影响的重要评价模型之一。本文深入阐明了L-THIA模型的原理,探讨了SCS CN方法和污染物负荷的具体计算方法。在此基础上,提出了L-THIA模型存在的不足和改进方向,并以ArcMap为平台,对该模型进行了二次开发,二次开发后的模型主要包括六个模块,分别为土地利用分类模块、土壤分类模块、CN值计算模块、径流深度计算模块、径流量计算模块和污染物负荷计算模块。基于ArcMap平台的L-THIA模型利于用户方便处理数据,且提高了模型模拟的准确度,实现了模型本地化。

京津冀城市群土地利用变化对地表径流的影响

城市化的显著特征之一是地表景观格局被人为改变,大量硬化地表覆盖、取代了原本自然或半自然的土地覆盖类型,极大地干扰了区域水文循环过程。其中,最直接的体现是对地表径流过程的影响。城市群作为当前我国城市化的重要模式,其聚集连片的扩张模式,对区域地表径流过程的干扰尤为严重。以京津冀特大城市群为研究区域,应用长期水文影响评价模型(L-THIA),以1980、1990、2000、2010、2015年5期土地利用数据、土壤数据以及1950-2015年逐日降雨数据为输入,模拟计算了不同土地利用/覆被格局对多年平均地表径流量的影响。结果表明,(1)经过率定的L-THIA模型能够较为准确地模拟京津冀城市群地区的地表径流分布特征,模型模拟误差在±10%内;(2)1980-2015年,京津冀城市群地区不透水地表面积急剧增加,其净增长值为12690.14 km^2。北京与天津等超大城市不透水地表面积增加最明显;(3)随着土地利用格局的变化,京津冀地区地表径流量呈逐年增长趋势。1980-2015年,京津冀城市群地区地表径流量的绝对增长值为17.84亿m^3,增幅11.83%。其中,1990-2000年及2010-2015年期间地表径流年均增长率较大,分别为0.36%与0.46%。对地表径流贡献较大的土地利用类型为耕地和不透水地表,其5期土地利用情景下的平均产流占比分别为35.38%、22.71%;(4)城市尺度上,不同城市的标准化年均径流深(NAARD)存在较大差异。天津、石家庄的产流能力较强,承德、衡水等城市的产流能力较弱,北京市的标准化年均径流深处于中等水平。另一方面,不同城市标准化年均径流深增长规律也存在较大差异。1980-2015年,天津市的NAARD增长最多,承德市增长最少,北京市的NAARD增长处于中等水平。本文对于京津冀城市群水文过程的时空演变研究以及国土空间优化指导具有参考意义。