岸边带正广泛应用于世界各地的面源污染治理项目,遥感也逐渐成为面源污染研究的重要手段,但如何将遥感技术与岸边带结合使截污效果更佳仍然是一个挑战。该文以云南省星云湖流域为例,耦合遥感建立土壤水分评估模型(soil and water assess...岸边带正广泛应用于世界各地的面源污染治理项目,遥感也逐渐成为面源污染研究的重要手段,但如何将遥感技术与岸边带结合使截污效果更佳仍然是一个挑战。该文以云南省星云湖流域为例,耦合遥感建立土壤水分评估模型(soil and water assessment tool,SWAT),通过改变土地利用类型的方式建立岸边带进行情景模拟,研究不同宽度和植被类型对污染物消减效果的差异。结果发现,设置岸边带对氮元素的截留效果好于磷元素;当岸边带植被类型不同时,林地的截污效果明显好于草地,并随着岸边带宽度的增加污染物消减率逐渐变大。设置30 m林地加30 m草地的岸边带可减少5.20%的总氮产量和6.03%的总磷产量,且可截留19.83%的有机氮入湖量和21.30%有机磷入湖量,在所有岸边带中截污效果最好。展开更多
针对高寒脆弱河流水环境容量受水文-生物地球化学耦合过程制约,缺乏量化研究的问题,以洮河部分河段为研究对象,基于SWAT(Soil and Water Assessment Tool)模型模拟流域径流特征,结合WASP(Water Analysis Simulation Program)模型分析河...针对高寒脆弱河流水环境容量受水文-生物地球化学耦合过程制约,缺乏量化研究的问题,以洮河部分河段为研究对象,基于SWAT(Soil and Water Assessment Tool)模型模拟流域径流特征,结合WASP(Water Analysis Simulation Program)模型分析河流水环境指标构建SWAT-WASP耦合水质模型,建立水环境容量定量计算框架,定量评估青藏高原东北缘高寒流域水环境容量时空分布特征.模型模拟结果与实测数据具有良好的一致性,在水流量、径流深等方面相关系数均达到0.6以上;Ⅰ类水质标准下BOD、TP和DO的年水环境容量分别为157.6、2.067和221.8t,而TN需放宽至Ⅳ类标准,年水环境容量为50.38t;对于BOD、TP和DO的水环境容量,空间维度显示上游为下游的9.9%~10.3%,时间维度显示1月(枯水期)为7月(丰水期)的10.1%~34.2%,分别凸显了高寒脆弱流域水动力条件和季节性水文驱动的主导作用,明确高寒脆弱流域可持续发展阈值;以TN为优先管控限制因子,提出时空协同分配策略,为高寒脆弱型水源区适应性水质管理提供科学依据.展开更多
农田最佳管理措施是当前控制流域面源污染的主要手段。为控制洱海流域氮磷面源污染,探究洱海流域最佳农田管理措施,采用率定和验证后的SWAT(Soiland Water Assessment Tool)模型,模拟了化肥氮磷减施、改变耕作模式、建立植被缓冲带、建...农田最佳管理措施是当前控制流域面源污染的主要手段。为控制洱海流域氮磷面源污染,探究洱海流域最佳农田管理措施,采用率定和验证后的SWAT(Soiland Water Assessment Tool)模型,模拟了化肥氮磷减施、改变耕作模式、建立植被缓冲带、建立植草河道及综合措施等16个情景下洱海流域氮磷流失削减效果。结果表明:1)率定和验证后的SWAT模型,决定系数(R^(2))最小为0.67,纳什模型效率系数(E_(ns))最小为0.56,符合SWAT模型的模拟精度要求(R^(2)≥0.60,E_(ns)≥0.50),模型适于洱海流域最佳管理措施模拟研究。2)化肥氮磷减施10%、20%和50%时,氮流失削减率为9.1%~14.6%,磷流失削减率为1.7%~5.4%。免耕、浅耕和深耕等耕作模式中,深耕对流域氮磷流失的控制效果最好,氮磷流失削减率分别为13.8%和14.1%。不同宽度植被缓冲带措施下的氮磷流失削减率分别为9.3%~24.8%和10.4%~27.2%。不同长度植草河道措施下的氮磷流失削减率分别为21.3%~39.6%和24.9%~45.2%。3)与单项措施相比,综合措施的氮磷流失削减效果更好,化肥氮磷减施20%+深耕、化肥氮磷减施20%+深耕+5 m宽植被缓冲带、化肥氮磷减施20%+深耕+20 m长植草河道3个措施下,氮流失削减率分别为27.4%、43.7%和41.6%,磷流失削减率分别为19.2%、39.7%和61.1%。综合措施可显著减少流域氮磷面源污染负荷,对于改善流域水环境和提升流域综合环境质量起到重要作用。本研究量化了不同农田管理措施对洱海流域面源污染的影响,筛选了最佳综合管理措施,为洱海流域氮磷面源污染防治提供了理论依据。展开更多
在贵州喀斯特地区,地表径流通过土壤裂隙、岩溶管道等途径流失,限制了地表径流的形成。文章以龙里羊鸡冲小流域为研究区,基于2013-2019年的实测数据,修正SWAT(Soil and Water Assessment Tool)模型的裂隙流模块,修改了裂缝入渗的表示方...在贵州喀斯特地区,地表径流通过土壤裂隙、岩溶管道等途径流失,限制了地表径流的形成。文章以龙里羊鸡冲小流域为研究区,基于2013-2019年的实测数据,修正SWAT(Soil and Water Assessment Tool)模型的裂隙流模块,修改了裂缝入渗的表示方法,对修正前后的日径流模拟进行对比分析。结果表明:率定期内纳什系数由0.32提升到0.60,决定系数由提高0.37提升到0.58。在验证期内,纳什系数由0.52提高到0.55,决定系数由0.56提高到0.60,修正后的模型与原模型相比具有更好的适用性。修正后模型的径流时间序列与实测数据更吻合,能合理估算研究区的入渗水量,为喀斯特小流域的水资源管理提供参考依据。展开更多
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 pr...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。展开更多
针对滏阳河流域断流河道生态修复的问题,为了实现断流河道尽可能恢复有水时间并且恢复基本生态功能的目标,基于节水措施和调水工程现状,通过建立滏阳河流域SWAT(soil and water assessment tool)水文模型,在模型中设置不同补水水量、补...针对滏阳河流域断流河道生态修复的问题,为了实现断流河道尽可能恢复有水时间并且恢复基本生态功能的目标,基于节水措施和调水工程现状,通过建立滏阳河流域SWAT(soil and water assessment tool)水文模型,在模型中设置不同补水水量、补水方式的生态补水情景,分析不同情景下断流河道断面的径流量变化和恢复有水天数,并结合生态流量评价标准评价不同情景的河流生态恢复效果。结果表明:滏阳河流域邯郸断面在节水情景和调水情景中恢复河流生态效果较好,在通过上游节水措施和补充年调水1.00×10^(8)m^(3)/a的情景下,可以达到5—10月恢复有水184 d、恢复径流量3486.7×10^(4)m^(3)/a的目标;年内恢复径流峰值在8月中旬,并且河道年均径流量可以恢复到“好”等级的生态流量标准。滏阳河下游邢台断面在节水情景和调水情景下恢复径流量较少,河道有水天数不达标,需要在上游节水条件下补充外来调水水量1.50×10^(8)m^(3)/a来达到恢复年有水天数304 d、恢复径流量1906.5×10^(4)m^(3)/a的目标,年内恢复径流峰值分别在3月中旬和8月中旬;并且在达到恢复有水目标的情景下邢台断面仅达到“一般”等级的生态流量标准,需要考虑增加调水水量进行分时段单点位补水的补水方案。展开更多
[目的]为揭示窟野河流域径流对土地利用变化的响应,并预测未来径流变化。[方法]以窟野河流域为研究区,基于SWAT和PLUS模型,通过2000年、2005年、2010年、2015年、2020年和预测得到的自然发展情景下2025年、2030年7期土地利用数据,定量...[目的]为揭示窟野河流域径流对土地利用变化的响应,并预测未来径流变化。[方法]以窟野河流域为研究区,基于SWAT和PLUS模型,通过2000年、2005年、2010年、2015年、2020年和预测得到的自然发展情景下2025年、2030年7期土地利用数据,定量分析径流在不同土地利用情景下的变化。[结果](1)SWAT模型率定期和验证期的R 2和NS均>0.7;PLUS模型总体精度为0.8774,Kappa系数为0.8021,2个模型在窟野河流域适用性较好;(2)2000—2020年,窟野河流域林地、建设用地面积分别增加102.92,600.90 km 2,耕地、草地、水域和未利用地分别减少277.15,366.25,40.44,19.98 km 2;(3)窟野河流域年平均径流深整体呈现“上游低,下游高,西部低,东部高”的空间分布格局;(4)在保证其他输入数据不变的情况下,改变土地利用数据,情景分析结果表明,林地、草地面积减少会促进径流,建设用地面积增加同样会促进径流;(5)自然发展情景下,2025年和2030年窟野河流域土地利用空间分布格局未发生显著变化,仍以耕地和草地为主,年平均径流量较2020年分别增加3.21%,5.00%。[结论]土地利用与径流变化关系密切,情景分析角度下,林地、草地对径流起抑制作用,建设用地对径流起促进作用。未来自然发展情景下,随土地利用变化,径流呈增加态势,研究结果可为窟野河流域的土地利用结构优化和水土资源的合理规划提供科学依据。展开更多
文摘岸边带正广泛应用于世界各地的面源污染治理项目,遥感也逐渐成为面源污染研究的重要手段,但如何将遥感技术与岸边带结合使截污效果更佳仍然是一个挑战。该文以云南省星云湖流域为例,耦合遥感建立土壤水分评估模型(soil and water assessment tool,SWAT),通过改变土地利用类型的方式建立岸边带进行情景模拟,研究不同宽度和植被类型对污染物消减效果的差异。结果发现,设置岸边带对氮元素的截留效果好于磷元素;当岸边带植被类型不同时,林地的截污效果明显好于草地,并随着岸边带宽度的增加污染物消减率逐渐变大。设置30 m林地加30 m草地的岸边带可减少5.20%的总氮产量和6.03%的总磷产量,且可截留19.83%的有机氮入湖量和21.30%有机磷入湖量,在所有岸边带中截污效果最好。
文摘针对高寒脆弱河流水环境容量受水文-生物地球化学耦合过程制约,缺乏量化研究的问题,以洮河部分河段为研究对象,基于SWAT(Soil and Water Assessment Tool)模型模拟流域径流特征,结合WASP(Water Analysis Simulation Program)模型分析河流水环境指标构建SWAT-WASP耦合水质模型,建立水环境容量定量计算框架,定量评估青藏高原东北缘高寒流域水环境容量时空分布特征.模型模拟结果与实测数据具有良好的一致性,在水流量、径流深等方面相关系数均达到0.6以上;Ⅰ类水质标准下BOD、TP和DO的年水环境容量分别为157.6、2.067和221.8t,而TN需放宽至Ⅳ类标准,年水环境容量为50.38t;对于BOD、TP和DO的水环境容量,空间维度显示上游为下游的9.9%~10.3%,时间维度显示1月(枯水期)为7月(丰水期)的10.1%~34.2%,分别凸显了高寒脆弱流域水动力条件和季节性水文驱动的主导作用,明确高寒脆弱流域可持续发展阈值;以TN为优先管控限制因子,提出时空协同分配策略,为高寒脆弱型水源区适应性水质管理提供科学依据.
文摘在贵州喀斯特地区,地表径流通过土壤裂隙、岩溶管道等途径流失,限制了地表径流的形成。文章以龙里羊鸡冲小流域为研究区,基于2013-2019年的实测数据,修正SWAT(Soil and Water Assessment Tool)模型的裂隙流模块,修改了裂缝入渗的表示方法,对修正前后的日径流模拟进行对比分析。结果表明:率定期内纳什系数由0.32提升到0.60,决定系数由提高0.37提升到0.58。在验证期内,纳什系数由0.52提高到0.55,决定系数由0.56提高到0.60,修正后的模型与原模型相比具有更好的适用性。修正后模型的径流时间序列与实测数据更吻合,能合理估算研究区的入渗水量,为喀斯特小流域的水资源管理提供参考依据。
文摘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。
文摘针对滏阳河流域断流河道生态修复的问题,为了实现断流河道尽可能恢复有水时间并且恢复基本生态功能的目标,基于节水措施和调水工程现状,通过建立滏阳河流域SWAT(soil and water assessment tool)水文模型,在模型中设置不同补水水量、补水方式的生态补水情景,分析不同情景下断流河道断面的径流量变化和恢复有水天数,并结合生态流量评价标准评价不同情景的河流生态恢复效果。结果表明:滏阳河流域邯郸断面在节水情景和调水情景中恢复河流生态效果较好,在通过上游节水措施和补充年调水1.00×10^(8)m^(3)/a的情景下,可以达到5—10月恢复有水184 d、恢复径流量3486.7×10^(4)m^(3)/a的目标;年内恢复径流峰值在8月中旬,并且河道年均径流量可以恢复到“好”等级的生态流量标准。滏阳河下游邢台断面在节水情景和调水情景下恢复径流量较少,河道有水天数不达标,需要在上游节水条件下补充外来调水水量1.50×10^(8)m^(3)/a来达到恢复年有水天数304 d、恢复径流量1906.5×10^(4)m^(3)/a的目标,年内恢复径流峰值分别在3月中旬和8月中旬;并且在达到恢复有水目标的情景下邢台断面仅达到“一般”等级的生态流量标准,需要考虑增加调水水量进行分时段单点位补水的补水方案。
文摘[目的]为揭示窟野河流域径流对土地利用变化的响应,并预测未来径流变化。[方法]以窟野河流域为研究区,基于SWAT和PLUS模型,通过2000年、2005年、2010年、2015年、2020年和预测得到的自然发展情景下2025年、2030年7期土地利用数据,定量分析径流在不同土地利用情景下的变化。[结果](1)SWAT模型率定期和验证期的R 2和NS均>0.7;PLUS模型总体精度为0.8774,Kappa系数为0.8021,2个模型在窟野河流域适用性较好;(2)2000—2020年,窟野河流域林地、建设用地面积分别增加102.92,600.90 km 2,耕地、草地、水域和未利用地分别减少277.15,366.25,40.44,19.98 km 2;(3)窟野河流域年平均径流深整体呈现“上游低,下游高,西部低,东部高”的空间分布格局;(4)在保证其他输入数据不变的情况下,改变土地利用数据,情景分析结果表明,林地、草地面积减少会促进径流,建设用地面积增加同样会促进径流;(5)自然发展情景下,2025年和2030年窟野河流域土地利用空间分布格局未发生显著变化,仍以耕地和草地为主,年平均径流量较2020年分别增加3.21%,5.00%。[结论]土地利用与径流变化关系密切,情景分析角度下,林地、草地对径流起抑制作用,建设用地对径流起促进作用。未来自然发展情景下,随土地利用变化,径流呈增加态势,研究结果可为窟野河流域的土地利用结构优化和水土资源的合理规划提供科学依据。
