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暴雨前后河南北部河流水质分异特征及其污染源解析

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环境科学 2022年第5期43卷 2537-2547页

作者：张彦邹磊梁志杰窦明李平黄仲冬齐学斌中国农业科学院农田灌溉研究所新乡453002 中国科学院地理科学与资源研究所陆地水循环及地表过程院重点实验室北京100101 郑州大学水利科学与工程学院郑州450001 郑州大学生态与环境学院郑州450001 农业农村部农产品质量安全水环境因子风险评估实验室新乡453002

为了探究暴雨前后河南北部河流水质分异特征并对其污染源进行识别,选取了暴雨前后6个监测断面和8个水质指标的监测数据,利用箱线图、相关性分析和绝对主成分-多元线性回归模型等方法分析了暴雨前后河南北部河流水质指标的差异性及其变... 详细信息

为了探究暴雨前后河南北部河流水质分异特征并对其污染源进行识别,选取了暴雨前后6个监测断面和8个水质指标的监测数据,利用箱线图、相关性分析和绝对主成分-多元线性回归模型等方法分析了暴雨前后河南北部河流水质指标的差异性及其变化过程,并计算了污染源的绝对贡献率.结果表明,pH、DO、EC和TN的值暴雨后比暴雨前有所降低,而浊度、高锰酸盐指数、NH_(4)^(+)-N和TP的值暴雨后比暴雨前有所增加,其中TP的变化率最大为177.17%;DO、高锰酸盐指数、NH_(4)^(+)-N和TP暴雨后处于Ⅳ类及以上水质标准占比明显增加,增加幅度分别为65.12%、34.26%、15.29%和37.46%;各监测断面水质指标在暴雨前后均有不同程度的差异性,其中pH值的差异性最小,而浊度、NH_(4)^(+)-N和TP的差异性较大;暴雨后pH和DO与其他水质指标的相关性有所增加,而浊度、高锰酸盐指数、NH_(4)^(+)-N、TP和TN相互间的相关性在暴雨后有所减小;暴雨前河流水质指标受到气象因子和河流水体内源的影响较大,暴雨后城市污染源对TN的绝对贡献率最大为60.53%,气象因子对DO、NH_(4)^(+)-N和TP的绝对贡献率分别为43.03%、46.11%和42.22%,农业面源对高锰酸盐指数的绝对贡献率较大为65.60%,未识别污染源对pH的绝对贡献率最大为60.04%.

关键词：暴雨水质分异特征污染源绝对主成分-多元线性回归河南北部

卫河流域河南段水体污染物时空差异性特征分析

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农业环境科学学报 2022年第1期41卷 132-143页

作者：张彦邹磊李平窦明黄仲冬梁志杰齐学斌中国农业科学院农田灌溉研究所河南新乡453002 郑州大学水利科学与工程学院郑州450001 农业农村部农产品质量安全水环境因子风险评估实验室河南新乡453002 中国科学院地理科学与资源研究所陆地水循环及地表过程院重点实验室北京100101 郑州大学生态与环境学院郑州450001

为了揭示卫河流域河南段水体污染物时空差异性特征,选取流域9个监测断面水体污染物COD、NH_(3)-N和TP的监测数据,利用M-K检验、Pettitt突变检验法、聚类分析和判别分析等方法对不同时期水体污染物的变化趋势、时空分布以及差异性进行分... 详细信息

为了揭示卫河流域河南段水体污染物时空差异性特征,选取流域9个监测断面水体污染物COD、NH_(3)-N和TP的监测数据,利用M-K检验、Pettitt突变检验法、聚类分析和判别分析等方法对不同时期水体污染物的变化趋势、时空分布以及差异性进行分析。结果表明:卫河干流、共产主义渠和汤河的水质状况相对较差,淇河和安阳河的水质状况较好,NH_(3)-N为卫河流域河南段主要的水体污染物。大部分监测断面的水体污染物在不同时期均呈现出显著减小的趋势,COD和NH_(3)-N的突变时间多集中在2016年和2017年,而TP的突变时间多集中在2017年和2018年。各监测断面的COD和NH_(3)-N处于Ⅳ类及以上水质标准的占比呈现出非汛期>汛期,而TP呈现出汛期>非汛期;不同时期的水体污染物的空间聚类结果有效且相对较好,监测断面鹤壁耿寺COD质量浓度和浚县前枋城TP质量浓度在不同时期的波动性均较小,其余监测断面COD和TP质量浓度的波动性相对较大;各监测断面NH_(3)-N质量浓度在不同时期的波动性具有一定的相似性。研究表明,卫河流域河南段水体污染物具有明显的时空差异性特征。

关键词：卫河流域河南时空差异性聚类分析判别分析

基于Copula函数和不同时间尺度的人民胜利渠灌区干旱风险分析

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人民黄河 2022年第3期44卷 63-68,96页

作者：张彦梁志杰邹磊李平窦明黄仲冬齐学斌中国农业科学院农田灌溉研究所河南新乡453002 郑州大学水利科学与工程学院河南郑州450001 农业农村部农产品质量安全水环境因子风险评估实验室河南新乡453002 中国科学院地理科学与资源研究所北京100010 郑州大学生态与环境学院河南郑州450001

灌区干旱事件频发严重制约农业的可持续绿色发展,为了定量分析人民胜利渠灌区的干旱风险,基于灌区1951—2017年逐月降水量与平均气温系列数据,构建不同时间尺度下标准化降水蒸散指数(SPEI),利用游程理论识别不同时间尺度的干旱历时和干... 详细信息

灌区干旱事件频发严重制约农业的可持续绿色发展,为了定量分析人民胜利渠灌区的干旱风险,基于灌区1951—2017年逐月降水量与平均气温系列数据,构建不同时间尺度下标准化降水蒸散指数(SPEI),利用游程理论识别不同时间尺度的干旱历时和干旱强度两个特征变量,并结合Copula函数建立联合概率分布函数,进而分析不同时间尺度的灌区干旱联合分布概率及其同现重现期。结果表明:不同时间尺度的最大干旱历时和干旱强度均不同,12个月尺度在干旱历时为31个月时干旱强度最大(24.4);1个月尺度、3个月尺度和6个月尺度的灌区干旱事件以短历时低强度的情况居多,而12个月尺度存在较少的长历时、高强度情况;不同时间尺度的干旱联合分布概率和同现重现期均不同,如6个月尺度在干旱历时大于5个月且干旱强度大于5时的联合分布概率为19.65%、联合分布概率的变化率为32.37%,干旱历时为5个月且干旱强度为5时的同现重现期为1.65 a。

关键词： SPEI Copula函数干旱风险同现重现期人民胜利渠灌区

基于SWAT模型的灌区农田退水氮磷污染模拟及调控研究

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基于SWAT模型的灌区农田退水氮磷污染模拟及调控研究

作者：黄仲冬中国农业科学院

学位级别：硕士

宁夏引黄灌区是我国历史最悠久的灌区之一,近年来,随着灌区农业生产水平的提高,化肥投入量不断增加,灌区的水环境日益恶化。目前,灌区化肥投入已经处于较高水平,再加上养殖业、工业废水和生活污水的点源排放,灌区各排水沟都受到了不同... 详细信息

宁夏引黄灌区是我国历史最悠久的灌区之一,近年来,随着灌区农业生产水平的提高,化肥投入量不断增加,灌区的水环境日益恶化。目前,灌区化肥投入已经处于较高水平,再加上养殖业、工业废水和生活污水的点源排放,灌区各排水沟都受到了不同程度的污染,大部分排水沟的水质为劣Ⅴ类,污染物主要包括NH-N、TN、TP、COD和BOD。排水沟的污染物对灌区地表水体质量造成了严重影响,直接威胁到母亲河黄河的水质安全。本文以野外调查、定位监测和室内化验分析获取数据为基础,以模型研究为手段,采用国内外广泛应用的SWAT模型,开展了研究区域农田退水主要污染负荷的评价研究,探讨了SWAT模型在研究区域的适用性,模拟了不同水氮管理措施对农田退水污染负荷的影响。取得的主要结论如下: (1)在宁夏青铜峡灌区典型排水区域——西排水沟开展了农田退水污染监测试验,对退水中的氮磷变化特征进行了分析。研究表明:2010年4月至10月,西排水沟中NH4-N最高浓度为4 mg L,平均浓度为1 mg L,超过《地表水环境质量标准》Ⅲ类水的准限值,属中度污染;TN平均浓度为4.6 mg L,远远超过了《地表水环境质量标准》所规定的Ⅴ类水的准限值(2 mg L),属重度污染。 (2)通过野外调查和室内分析获取了研究区域大量基础数据,利用ArcGIS建立了研究区域的空间数据库;在对SWAT模型修正和改进的基础上,构建了灌区农田退水污染评价模型,运用实测数据对模型参数的敏感性进行了分析,并评价了模型在研究区域的适用性,研究表明:改进后的SWAT模型在研究区域有较好的适用性,校核期和验证期的NS系数均在0.6以上,相关系数大于0.7,模拟的结果令人满意。 (3)运用SWAT模型对研究区域农田退水污染负荷的来源以及污染负荷在空间和时间上的分布特征进行了分析,研究表明:西排水沟中氮磷污染负荷绝大部分来自于耕地,TN和TP负荷分别占总负荷的98.99%和99.23%;耕地对污染负荷的贡献,主要来自于稻田,稻田TN和TP负荷分别占总负荷的77.34%和75.65%;氮磷负荷的空间分布与土地利用类型的分布一致,主要集中在耕地;在时间上氮磷负荷主要集中在5–8月的灌溉和施肥季节。 (4)利用模型模拟了不同水氮管理措施对研究区域稻田TN负荷和产量的影响。研究表明:水稻产量和TN负荷随施氮量的减少而降低,但递减的规律有所不同,前者成对数型递减,后者成指数型递减;与研究区域的现状相比,施氮量减20%后,稻田退水中的TN负荷减少了24.3%,而产量仅降低了4.4%,且产量保持在9000 kg hm-2,收益最大;施肥方式对TN负荷的影响较大,而对水稻产量的影响较小,适当增加基肥施氮量,减少追肥施氮量,有利于降低稻田退水中TN的负荷,且对产量没有显著影响。

关键词： SWAT模型农田退水污染模拟管理

人民胜利渠灌区净灌溉需水量时空变异及影响因子分析

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农业工程学报 2017年第24期33卷 118-125页

作者：常迪黄仲冬齐学斌韩洋梁志杰中国农业科学院农田灌溉研究所河南新乡农业水土环境野外科学观测试验站农业水资源高效安全利用重点开放实验室新乡453002

为了揭示人民胜利渠灌区农业净灌溉需水量的变化规律,明确作物种植面积、降水以及潜在蒸散量对农业净灌溉需水量的影响程度,利用面向对象的变化检测方法提取人民胜利渠灌区作物种植面积信息,基于土壤水分动态随机模型构建农业净灌溉需... 详细信息

为了揭示人民胜利渠灌区农业净灌溉需水量的变化规律,明确作物种植面积、降水以及潜在蒸散量对农业净灌溉需水量的影响程度,利用面向对象的变化检测方法提取人民胜利渠灌区作物种植面积信息,基于土壤水分动态随机模型构建农业净灌溉需水量计算模型,并对主要环境因素进行敏感性分析。结果表明:2005-2015年人民胜利渠灌区农业净灌溉需水量介于5.76×10~8~6.97×10~8 m^3之间,呈波动变化,西南、东北地区农业净灌溉需水量较高;潜在蒸散量是该灌区净灌溉需水量变化的决定性因素,敏感性变化幅度为22.5%,降水参数影响其次,日降水频率贡献率更大,敏感性变化幅度为-16.4%,作物种植面积对其影响较小,敏感性变化幅度在5%以下。研究结果对人民胜利渠灌区农作物种植结构调整和农业用水量合理配置具有参考意义。

关键词：灌溉降水干旱蒸发蒸腾量需水量面向对象分类土壤水分动态随机模型

根区交替地下滴灌对马铃薯产量及水分利用效率的影响

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应用生态学报 2010年第1期21卷 79-83页

作者：黄仲冬齐学斌樊向阳胡超朱东海李平乔冬梅中国农业科学院农田灌溉研究所河南新乡453003 中国农业科学院研究生院北京100081

采用田间试验方法,研究了根区交替地下滴灌(APRI)对马铃薯生理指标、产量及水分利用效率的影响.结果表明:在马铃薯块茎生长期,与对照处理(CDI)相比,APRI处理的马铃薯叶片光合速率的降低不显著(4.7%),而蒸腾速率和气孔导度则明显降低,降... 详细信息

采用田间试验方法,研究了根区交替地下滴灌(APRI)对马铃薯生理指标、产量及水分利用效率的影响.结果表明:在马铃薯块茎生长期,与对照处理(CDI)相比,APRI处理的马铃薯叶片光合速率的降低不显著(4.7%),而蒸腾速率和气孔导度则明显降低,降幅分别达15.8%和15.4%,CDI处理略高的光合速率是以消耗更多的水分为代价;与CDI处理相比,APRI处理的马铃薯产量仅降低5.4%,但灌溉水量却节省了25.8%,使灌溉水分利用效率和总水分利用效率分别提高了27.5%和15.3%.对于马铃薯来说,根区交替地下滴灌是一种切实可行的节水灌溉技术.

关键词：根区交替灌溉地下滴灌马铃薯水分利用效率

渠井用水比例对土壤脱盐与地下水化学特征的影响

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中国农业科学 2017年第3期50卷 526-536页

作者：李平 Magzum Nurolla 梁志杰黄仲冬齐学斌中国农业科学院农田灌溉研究所中国农业科学院河南新乡农业水土环境野外科学观测试验站中国农业科学院农业水资源高效安全利用重点开放实验室

【目的】通过研究华北典型井渠结合灌区不同用水模式对区域土壤盐分分布、根层土壤脱盐、地下水化学特征的影响,探讨华北井渠结合灌区适宜的渠井用水比例。【方法】2013—2015年在人民胜利渠灌区选择西三干渠控制范围为典型区域,监测控... 详细信息

【目的】通过研究华北典型井渠结合灌区不同用水模式对区域土壤盐分分布、根层土壤脱盐、地下水化学特征的影响,探讨华北井渠结合灌区适宜的渠井用水比例。【方法】2013—2015年在人民胜利渠灌区选择西三干渠控制范围为典型区域,监测控制范围内降水量、地表水灌溉量、地下水灌溉量、0—100 cm土层土壤含盐量、地下水矿化度,分析不同用水模式对根层土壤盐分洗脱、地下水化学特征的影响。【结果】2013—2015年一支渠、二支渠、三支渠渠井用水比例分别介于0.72—1.03、2.50—2.63、0.65—1.26之间;2013—2015年冬小麦苗期,不同用水模式下0—100 cm土层土壤盐分垂向分布均表现为上高、中低、下高,尤其是0—20 cm土层土壤盐分表聚明显;2013—2015年冬小麦苗期一支渠控制范围内0—20 cm根层土壤盐分均值大于0.32 mS·cm-1面积分别占到控制范围的60.38%、25.99%、41.16%,二支渠控制范围内0—20 cm根层土壤盐分均值大于0.32 mS·cm-1面积分别占到控制范围的59.61%、0.94%、8.81%,三支渠控制范围内0—20 cm根层土壤盐分均值大于0.32 m S·cm-1面积分别占到控制范围的84.40%、41.87%、52.49%,表明渠井用水比例与支渠控制范围内表层土壤含盐量大于0.32mS·cm-1的面积呈负相关;对比2013年同期,2014年典型区内0—20 cm土壤脱盐率介于15.61%—25.85%,2015年典型区内0—20 cm土壤脱盐率介于13.33%—23.15%;不同渠井用水比例典型区域地下水水化学特征均表现为:地下水中阳离子由枯水期钙钠型转化为平水期的钠钙型,平水期地下水水文化学相具有强烈的碱化趋势,特别是平水期二支渠地下水溶解性总固体增幅分别为一支渠、三支渠的1.23、3.48倍,表明较大渠井用水比例地表水灌溉驱动了根层土壤脱盐,增加了地下水中可溶性盐分浓度;对比2014年平水期,2015年同期一支渠、二支渠和三支渠控制范围地下水钠吸附比分别降低了23.58%、36.82%和55.47%,且区域地下水钠吸附比均低于18分级值。【结论】综合2013—2015年0—100 cm土层土壤脱盐率、地下水化学特征变化,在华北典型井渠结合灌区采用较大的渠井用水比例可以促进耕层土壤的脱盐、抑制土壤盐分表聚,同时短期内改善地下水环境。

关键词：渠井用水比例土壤含盐量脱盐率水化学特征钠吸附比井渠结合灌区

降雨和蒸散对夏玉米灌溉需水量模型估算的影响

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农业工程学报 2015年第5期31卷 85-92,92+91页

作者：黄仲冬齐学斌樊向阳乔冬梅李中阳梁志杰中国农业科学院农田灌溉研究所、河南新乡农业水土环境野外科学观测试验站、农业水资源高效安全利用重点开放实验室新乡453002

为揭示降雨和蒸散年际波动对作物灌溉需水量的影响机理，以华北平原南部地区夏玉米为研究对象，基于土壤水分概率密度函数建立灌溉需水量计算模型，分析了降雨、蒸散和灌溉需水量的年际波动特征，结合蒙特卡洛方法探讨了降雨和蒸散对灌... 详细信息

为揭示降雨和蒸散年际波动对作物灌溉需水量的影响机理，以华北平原南部地区夏玉米为研究对象，基于土壤水分概率密度函数建立灌溉需水量计算模型，分析了降雨、蒸散和灌溉需水量的年际波动特征，结合蒙特卡洛方法探讨了降雨和蒸散对灌溉需水量年际波动的贡献。结果表明：研究区夏玉米降雨参数年际波动显著，平均降雨量波动于4.958～25.003 mm，变异系数为0.326；降雨频次波动于0.143～0.457 d-1，变异系数为0.170；平均降雨量和降雨频次均可采用Logistic分布描述：平均降雨量服从Logistic（11.273,2.022），降雨频次服从Logistic（0.318,0.029）。潜在蒸散量年际波动相对平稳，可采用对数正态分布描述：潜在蒸散量服从LogNormal（1.370,0.076）。灌溉需水量多年平均值为133.1 mm，波动于8.1～381.8 mm，变异系数为0.673，年际波动显著高于降雨和蒸散。平均降雨量对灌溉需水量年际波动的贡献率最大，其次为降雨频次，潜在蒸散量最小；在三者的共同作用下，灌溉需水量年际波动呈现出更大的不确定性。因此，在估算灌溉需水量时有必要对这种不确定性进行定量评估，针对不同降雨和蒸散条件制定合理的灌溉策略，为农业水资源管理和决策提供更可靠的科学依据。

关键词：灌溉降雨蒸散需水量土壤水分概率密度函数蒙特卡洛模拟

麦棉套种共生期不同土壤水分对冬小麦生理特性及产量与品质的影响

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农业工程学报 2006年第11期22卷 22-26页

作者：周新国陈金平刘安能黄仲冬中国农业科学院农田灌溉研究所新乡453003

冬小麦、棉花套种共生期包括小麦灌浆期和棉花的苗期,这一时期对冬小麦生长及产量和品质形成具有重要意义。该文在3-1式和4-2式两种麦棉套种配置方式条件下,研究了麦棉共生期土壤水分条件对小麦生理特性以及产量和品质的影响。试验结果... 详细信息

冬小麦、棉花套种共生期包括小麦灌浆期和棉花的苗期,这一时期对冬小麦生长及产量和品质形成具有重要意义。该文在3-1式和4-2式两种麦棉套种配置方式条件下,研究了麦棉共生期土壤水分条件对小麦生理特性以及产量和品质的影响。试验结果表明,土壤水分显著影响了小麦的光合蒸腾日变化动态。共生期较高的土壤水分不利于干物质向籽粒的运输和分配,其产量以70%土壤含水率处理最高。较低的土壤水分有利于小麦籽粒蛋白质和湿面筋含量以及沉降值的提高。3-1式小麦更容易受到土壤水分亏缺的抑制。

关键词：土壤水分共生期麦棉套种小麦产量和品质