农田降雨径流污染模型探讨——以上海郊区农田氮素污染模型为例

农田降雨径流污染是非点源污染研究中的一个重要问题 ,估算其发生负荷的难度很大。通过对农田降雨径流污染模型结构的理解和适当简化不可直接建模的部分 ,对农田非点源污染物输出的重要环节———降雨径流和污染物迁移进行了模拟。根据实测资料对SCS法的部分参数作了修正 ,使小块农田的降雨径流关系适合上海的区域自然地理条件 ;采用比较完善的径流试验资料建立了相应的径流单位线 ;并利用水流流速与固体颗粒被冲刷强度的关系 ,选择合适的试验资料 ,分析得到了径流过程与氮素流失浓度的相关关系 ,从而建立了以修正的SCS法、径流单位线和径流过程与氮素流失浓度的关系为基础的农田降雨径流污染模型。在具备较长系列降雨量资料的条件下 。

流域非点源污染模型的建立与应用实例

针对国内外现有模型的不足，从我国的实际出发，建立了一个完整的流域非点源污染模型系统，提出了流域汇流与非点源污染物迁移逆高斯分布瞬时单位线模型及流域产污过程模型，该模型既考虑了水动力学与污染物迁移机理，又便于求解与应用，在一定程度上解决了模型机理与实用性之间的矛盾．实例分析表明，该模型对洪水、泥沙以及多种污染物的产生与迁移都具有良好的适应性．

暴雨径流污染负荷计算的响应函数模型

暴雨径流污染具有影响面广，监测、控制和处理困难而复杂的特点，其负荷定量化是进行治理与控制的重要基础与中心环节。从我国的实际出发，建立了一个完整的流域暴雨径流污染负荷模型，包括降雨径流模型、流域产污模型与污染物迁移转化模型。野外实测资料检验表明，该模型具有计算简便、精度高、适应性强的特点。

施用不同氮肥对坡耕地径流中N输出的影响

以山东省泰安东北部刘家庄村坡耕地为研究区域,通过实地监测多次天然降雨中农田养分的流失,研究施肥处理对氮素流失的影响.结果表明,施肥显著地增大了农田径流中氮素浓度及流失量;在相同施肥量的实验条件下,与碳酸氢铵和普通尿素相比,控释尿素可有效地降低氮素流失15%～25%;70%左右的氮素流失发生在监测的前期.合理施肥、降低表土中速效氮养分含量是减少农田氮流失的关键途径之一.

农田氮素非点源污染模型及年负荷估算研究

研究了农田中氮素随径流动力输出的过程,并依据径流特征和农田氮肥施用情况,将全年区分为水田施肥期、水田生长期和非水田期.按试验时的天气条件,分别采用人工模拟降雨或农田实测降雨的资料,分析农田非点源污染回归模型.水田施肥期采用人工模拟集中降雨情形,降雨强度为2mm·min^-1,模型氮素浓度范围为28～45mg·L^-1;水田生长期和非水田期采用天然降雨,降雨强度为0.037 6-0.075 1mm·min^-1,模型氮素浓度为0.2-4.0mg·L^-1.在分析长系列降雨资料的基础上,综合运用修正SCS（Soil Conservation Service）法、单位线法和相关分析法,估算得到农田径流过程排放的氮素量,再加上地下水渗漏流失的氮素量,取得上海地区一般降水年份农田的氮素非点源污染年负荷量为26.5kg·ha^-1.

黄浦江流域农田地表降雨径流分析

通过农田降雨径流监测试验,并对上海市历时23年的逐日降雨资料进行汇总与系统分析,确定黄浦江流域农田地表降雨径流特征。结果表明:全年黄浦江流域农田地表降雨径流系数在O.35～0.52,地表能够产流的降雨日约为18天,农田耕地产生的地表径流量为2700m^3/hm^2,其中85％集中在汛期5～9月份。

基于WRF模型的澎溪河流域非点源污染预测

为精准揭示三峡库区澎溪河流域非点源污染的空间异质性特征,基于WRF模型,构建了反映流域3 km×3 km精细格点降水的流域非点源污染模拟预测模型,对澎溪河流域非点源负荷进行模拟预测。结果表明:与由澎溪河流域6个气象站点2009—2012年观测降水资料得到的径流模拟结果相比,基于WRF模型输出降水的径流模拟精度提高了27%,总磷质量浓度模拟精度提高了31%,总氮质量浓度模拟精度提高了36%;采用WRF模型输出降水模拟的年径流量范围为35.28亿~54.04亿m^(3),总磷负荷均值为1 151.35 t/a,总氮负荷均值为11 759.72 t/a;澎溪河流域总磷、总氮非点源负荷较高的子流域单元多呈集聚状分布在河流水系附近,空间异质性明显。

在土槽尺度下的硝态氮迁移模拟研究

农业非点源污染研究是当前环境问题研究领域的重点和难点.目前而言土槽尺度下非点源模型的研究较少.利用大型土槽和人工降雨装置来模拟无植被坡地单次降雨过程地表径流中硝态氮迁移过程.在此基础上,适当选取AN- SWERS-2000的子模块建立起具有一定机理的适用模型,来研究土槽尺度下无植被坡地单次降雨过程地表径流中硝态氮迁移过程.经过三次实验验证,模拟的径流总量误差在4%-15%之间,CP′_A在0.7-12之间;模拟的硝态氮总量误差的绝对值在9%-17%之间,CP′_A在0.6-1.1之间.结果显示降雨径流、硝态氮浓度模拟结果与实际观测值有较好的一致性,模型模拟效果较好,模型可用于该尺度下硝态氮迁移量计算,具有一定的研究参考价值.

基于改进降水输入模块的农田地表中尺度径流模拟

针对传统方法对农田地表中尺度径流模拟结果不准确的问题,提出基于改进降水输入模块的农田地表中尺度径流模拟方法。设置土壤、农作物、气象、汇流输入、区域控制等文件构建VIC水文模型数据,确定模型率定参数后利用相对误差和纳什效率系数评估参数率定效果;构建包括农田降水排水及其污染物浓度预测功能的农田污染"源"模块,考虑农田地表径流中各项污染物浓度;基于地表与地下水的耦合作用求取土壤蓄水量,结合实际土壤入渗率计算农田的地表径流量。为了验证本文方法的准率性,以黄河流域农田为研究区,根据上述参数对农田地表径流进行计算。结果表明,本文方法能够准确模拟农田地表径流,年尺度与月尺度的地表径流量模拟值和实测值基本吻合,具有较高的实用价值。

不透水表面雨水径流污染物冲刷规律研究

针对雨水径流污染冲刷模型中降雨强度与污染物冲刷存在的时间差问题,采用有效降雨强度替代降雨强度,建立了径流污染物冲刷模型,并利用建立的模型对不透水表面雨水径流污染物冲刷进行了模拟。结果表明,模型对SS、COD、TN和TP模拟的相关系数R2平均为0.87、0.81、0.93和0.89,具有较高的模拟精度。SS、COD、TN和TP的冲刷系数分别为0.77、0.66、0.92和0.74 mm-1,TN的冲刷系数略高,但总体相差不大。SS、COD、TN和TP均显示了较强的初期冲刷效应,在有效降雨强度为4 mm时,截留初期雨水径流量的35%~40%,即可控制70%以上雨水径流污染物。建立的模型可应用于研究不透水表面的雨水径流污染物冲刷规律,为雨水径流污染物控制提供理论计算依据。