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。

海口市农用地土壤重金属生态风险评价及源解析

为探究海口市土壤重金属污染水平和污染来源,以海口市农用地为研究对象,采集测定土壤表层样品镉(Cd)、汞(Hg)、砷(As)、铅(Pb)、铬(Cr)、铜(Cu)、镍(Ni)、锌(Zn)等8种重金属含量,结合地统计学分析方法阐明重金属空间分布特征,采用单因子污染指数法、地累积指数法、潜在生态风险指数法进行土壤污染评价,利用相关性分析和主成分分析/绝对主成分分数(PCA/APCS)受体模型定量解析重金属来源。结果表明,Cd、Pb、Cr、Cu、Ni、Zn等6种重金属超过农用地风险筛选值,比例从高到低为Cr、Ni(31.6%)>Cu(21.1%)>Cd(5.3%)>Pb、Zn(2.6%)。Cu、Zn、Ni、Cr的含量空间分布特征基本一致,与基性火山岩分布较为相似。土壤重金属地累积指数评价结果表明,土壤Cd富集程度最高,土壤受Cd影响较大,Cr次之,其他重金属影响较小。土壤重金属污染潜在生态风险等级以轻微和中度风险等级为主,As、Pb、Cr、Zn为轻微生态风险,潜在生态危害较小;Cd、Hg、Ni强度生态风险以上点位占比分别为52.6%、15.8%、5.3%,土壤重金属的潜在生态风险主要由Cd和Hg引起。8种重金属元素被识别为3种来源,Cu、Ni、Cr、Zn主要来源为自然源,主要受基性火山岩成土母岩土壤背景值高影响,Pb、Cd、As、Hg主要来自工业交通源,As同时受到农业源影响。海口市土壤重金属来源相对单一,应加强土壤中Cd、Cr、Hg的污染控制,尤其是Cd的污染管控。

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.