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基于流域单元的环巢湖综合景观对河流水质的影响

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环境科学 2024年第6期45卷 3214-3224页

作者：王杰刘安安张俊武陈青松杨慧文安徽大学资源与环境工程学院合肥230601 安徽大学湿地生态保护与修复安徽省重点实验室合肥230601 安徽省地理信息工程中心合肥230601

考虑流域特征差异对河流水质的影响,以巢湖流域为研究对象,根据2019年10月至2020年9月河流监测点水质、气象、地形、土壤与遥感影像等数据,通过数字地形分析划分各监测点的流域单元,综合利用相关性分析、冗余分析以及多元回归分析探究... 详细信息

考虑流域特征差异对河流水质的影响,以巢湖流域为研究对象,根据2019年10月至2020年9月河流监测点水质、气象、地形、土壤与遥感影像等数据,通过数字地形分析划分各监测点的流域单元,综合利用相关性分析、冗余分析以及多元回归分析探究了流域单元的综合景观特征(包括土地利用、气候、地形、土壤等)对环巢湖河流水质的影响.结果表明:①环巢湖河流水质空间差异大,主要污染物为总氮与氨氮,大多数河流总氮浓度超过Ⅴ类水质标准,污染严重的区域集中在合肥市区及周边河流以及丰乐河和杭埠河中下游.②流域单元综合景观特征对河流水质有着显著性影响.其中,建筑用地比例、斑块密度、散布与并列指数、香农多样性指数与水质指标呈正相关,而林草地比例、蔓延度指数与水质指标呈负相关.③在不同季节,流域单元的综合景观特征在湿季对河流水质的影响效应要强于干季,这主要是由干湿季降水的差异引起的.

关键词：流域单元综合景观特征冗余分析(RDA) 氮磷污染巢湖流域

基于SWAT模型的湘江永州流域非点源氮磷污染特征分析

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中国环境监测 2023年第2期39卷 65-74页

作者：武力刘慧莹向超王敦球陈喆桂林理工大学环境科学与工程学院广西环境污染控制理论与技术重点实验室广西桂林541004 永州经济技术开发区环境保护局湖南永州425000 湖南省永州水文水资源勘测中心湖南永州425000 广西师范大学珍稀濒危动植物生态与环境保护教育部重点实验室广西桂林541006

为精准治理流域非点源氮磷污染,基于SWAT模型,运用本地区第二次全国污染源普查数据和2000—2019年流域水文、水质数据,开展湘江永州流域非点源氮磷污染模拟。结果表明:湘江永州流域建立的SWAT模型具有较好的模拟效果,流域2005—2019年... 详细信息

为精准治理流域非点源氮磷污染,基于SWAT模型,运用本地区第二次全国污染源普查数据和2000—2019年流域水文、水质数据,开展湘江永州流域非点源氮磷污染模拟。结果表明:湘江永州流域建立的SWAT模型具有较好的模拟效果,流域2005—2019年的总氮月均污染负荷为383.40~17 998.70 t/m;总磷月均污染负荷为64.62~567.86 t/m,总氮和总磷各月污染负荷均与各月降雨量呈显著相关关系;农田和林地是本流域总氮、总磷污染负荷总量最大的2种用地类型,但两者之间单位面积输出的污染负荷强度却相反,林地对流域水污染防控具有正面效应,农田种植面源污染是非点源氮磷污染治理的重点。

关键词：湘江永州流域 SWAT模型氮磷污染

湖泊底泥氮磷污染特征与环境风险评估——以湖北省枝江市杨家垱湖和陶家湖为例

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安全与环境工程 2023年第5期30卷 235-246页

作者：李博阳徐浩阳吴定中国地质大学(武汉)环境学院湖北武汉430078 武汉博感空间科技有限公司湖北武汉430074

为推进区域性湖泊污染防控,有效改善湖泊富营养化问题,选取湖北省枝江市杨家垱湖和陶家湖两个典型湖泊为研究区,通过对湖泊底泥沉积物进行分层勘测并测定其氮磷含量,查明研究区典型湖泊底泥氮磷污染的特征,结合底泥氮磷释放试验,综合分... 详细信息

为推进区域性湖泊污染防控,有效改善湖泊富营养化问题,选取湖北省枝江市杨家垱湖和陶家湖两个典型湖泊为研究区,通过对湖泊底泥沉积物进行分层勘测并测定其氮磷含量,查明研究区典型湖泊底泥氮磷污染的特征,结合底泥氮磷释放试验,综合分析湖泊底泥污染程度及其潜在的环境风险,并提出底泥环保清淤建议。结果表明:(1)研究区典型湖泊底泥氮磷污染严重,是导致水体富营养化的重要因素;研究区湖泊表层底泥氮磷综合污染处于重度或严重污染状态(污染指数IN>2),以陶家湖东北部底泥氮磷污染最为严重;湖泊重度污染底泥总量分别达65.57万m^(3)(陶家湖)和12.05万m^(3)(杨家垱湖),其中杨家垱湖重度污染底泥的分布深度较陶家湖更深。(2)研究区典型湖泊底泥在氮磷释放试验中基本都能向上覆水体释放大量氮,尤以杨家垱湖底泥更甚;相较之下,底泥磷释放对湖水环境的影响相对较弱,深层底泥可反向吸附孔隙水中磷,有利于湖泊富营养化的控制。(3)基于研究区典型湖泊底泥氮磷污染特征提出湖泊清淤方案,建议湖泊清淤区域主要为重度污染底泥深度大于40 cm的湖域,清淤深度为50 cm,重点清淤区域位于杨家垱湖西部和陶家湖东北部。

关键词：湖泊底泥氮磷污染环境风险评估清淤杨家垱湖陶家湖

长江上游典型季节性河流富营养化评价及污染成因分析

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长江流域资源与环境 2024年第3期33卷 584-595页

作者：高东东张涵任兴念田晓刚郭明昆张婉萍杨长军四川省生态环境科学研究院四川成都610000 西南交通大学环境科学与工程学院四川成都610031

全面掌握水体富营养化现状对水环境的长效治理至关重要,但目前针对季节性河流富营养化时空变化特点和污染成因分析的研究还少有报道。基于岷江流域(眉山段)2019年1月至2020年12月的13项水质指标的监测数据,联合使用富营养化指数、地理... 详细信息

全面掌握水体富营养化现状对水环境的长效治理至关重要,但目前针对季节性河流富营养化时空变化特点和污染成因分析的研究还少有报道。基于岷江流域(眉山段)2019年1月至2020年12月的13项水质指标的监测数据,联合使用富营养化指数、地理信息系统和多元统计方法,阐明了流域内岷江干流及主要支流的营养盐时空变化特征、富营养化状态和主要污染因素。结果表明:(1)时间上,总氮(TN)浓度在夏季最高,达到5.33 mg/L。总磷(TP)和氨氮(NH_(3)-N)在春季最高,分别达到0.22和0.65 mg/L。空间上,TN浓度在思蒙河最高,达到7.09 mg/L。TP和NH_(3)-N浓度在体泉河最高,分别达到0.27和0.96 mg/L;(2)富营养化指数排序为:春季(69.10)>夏季>(67.06)冬季>(65.93)秋季(65.91);体泉河(76.06)>思蒙河(70.39)>毛河(70.02)>金牛河(63.14)>岷江干流(62.19);(3)主成分分析提取4个主成分,累计解释71.11%的方差变量,识别出影响该流域水质的主要因素依次为工业与生活污水、农业活动与城市面源污染、季节因素和土壤侵蚀。研究结果可为岷江流域(眉山段)的水体富营养化控制和水质改善提供指导,也为类似季节性河流的水环境管理工作提供科学依据。

关键词：季节性河流氮磷污染时空特征富营养化成因分析

高邮湖及其出入湖河流水质时空差异及氮磷污染源解析

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高邮湖及其出入湖河流水质时空差异及氮磷污染源解析

作者：郭宏达扬州大学

学位级别：硕士

湖泊是维持区域水平衡、保护生物资源和生物多样性的极为重要的场地之一。高邮湖是江苏省内的重要淡水湖,分属于四个区县管辖,其众多入湖河流对湖区水质产生不同程度的影响。氮磷污染是导致湖泊富营养化的重要因素,高邮湖长期存在总磷... 详细信息

湖泊是维持区域水平衡、保护生物资源和生物多样性的极为重要的场地之一。高邮湖是江苏省内的重要淡水湖,分属于四个区县管辖,其众多入湖河流对湖区水质产生不同程度的影响。氮磷污染是导致湖泊富营养化的重要因素,高邮湖长期存在总磷超标现象。因此,当前加强对高邮湖流域的水质管理,尤其是控制氮磷污染物的浓度是一项极为重要的环境管理任务。本论文通过对高邮湖水质连续四年的长期监测,对高邮湖及其出入湖河流水质在时间和空间上的差异进行了探究。针对高邮湖的总磷超标问题,对入湖河流及湖泊内部氮磷的不同污染源类型进行识别,计算了各污染源类型对湖区氮磷的贡献率。通过底泥和围网养殖区水质的监测,探究了内源污染和渔业养殖对高邮湖水环境质量的影响。最后,将相关研究结果与高邮湖的现实条件和管理状况结合进行讨论,提出高邮湖水质管理相关的若干污染防治措施建议,为后续水质改善及保护提供理论依据。本研究的主要结论如下:(1)在高邮湖的若干入湖河流和湖心区,绝大部分污染物,如高锰酸盐指数、溶解氧、总氮等均已达到地表水环境质量标准,总磷在绝大多数月份也能到到地表水总磷Ⅲ类标准,甚至在个别月份能达到湖库总磷Ⅲ类标准,但在7～10月总磷存在高值,出现不达标的情况。2021年王桥河总磷污染最严重,年均总磷浓度为0.13mg/L,铜龙河次之。2022年白塔河总磷污染最严重,年均总磷浓度为0.12mg/L。从入湖河流所属的区域来看,天长片区的入湖河流污染情况最为严重,宝应片区次之,金湖片区较轻。(2)高邮湖湖区水质受到高邮湖入湖河流水质的重要影响,具体表现为高邮湖总氮、总磷浓度变化趋势与入湖河流总氮、总磷变化趋势基本一致,入湖河流总磷均值与湖心区总磷每月浓度的相关系数为0.29,在98%的置信区间下,两者显著正相关。在所有的入湖河流中,白塔河对湖心区总磷浓度的贡献率最大。(3)根据绝对主成分-多元线性回归分析的结果,可以将高邮湖的污染物已知来源简单的概括为我们将高邮湖的氮磷污染来源划分成了以下5类:生活面源、农业面源、城镇面源、气象因子和底泥,这五类污染来源的代表成分分别为总磷、总氮、COD、氨氮-总磷、溶解氧-pH,此外污染物来源还包括一个未知源,结合实际情况和文献调研结果在这里我们将未知源认定为内源污染。进一步通过多元线性回归计算贡献率,发现农业面源污染对总氮和总磷指标都有着极大的贡献率,达到了近70%。气象因子对总氮贡献率更大,城镇面源对总磷贡献更大,此外生活面源和底泥对总氮和总磷也有一定贡献率,但是影响小于以上三种。进一步通过多元线性回归计算贡献率,发现农业面源污染对总氮和总磷指标都有着极大的贡献率,达到了近70%。气象因子对总氮贡献率更大,城镇面源对总磷贡献更大,此外生活面源和底泥对总氮和总磷也有一定贡献率,但是影响小于以上三种。(4)围网养殖区水体的总磷浓度在8～10月份较高,推测可能是水体总磷在该时段较高的原因之一,围网养殖区的总氮浓度则在9月份较高。两次底泥检测结果显示,2021年5月和7月高邮湖底泥总磷含量分别为0.06 mg/kg和0.12 mg/kg,底泥总氮含量分别为0.50mg/kg和1.36mg/kg。这进一步解释了水体总磷浓度在7～10月份较高的原因,上游来水变多以及其本身携带的磷污染造成水质总磷浓度升高。水体交换迅速,进一步扰动底泥,底泥会释放出磷元素,总体造成底泥中总磷的升高。(5)鉴于高邮湖流域水体污染的时空差异特性、氮磷等重点污染物来源的多样性复杂性等,建议环境管理部门整合现有监测断面,建立湖区水环境监测的长效机制;建立多部门联合管理体制,规范化管理湖泊流域;加大氮磷重点污染源的治理,严格控制污染物排放总量。

关键词：氮磷污染时空差异污染溯源绝对主成分-多元线性回归底泥影响

基于SWAT模型的沙塘川流域非点源氮磷污染特征及关键源区识别

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地球环境学报 2022年第1期13卷 86-99页

作者：张倩巢世军杨晓丽李发娟胡健青海省环境科学研究设计院有限公司西宁810000

湟水是黄河上游最大的支流,沙塘川流域是湟水重要且具有代表性的支流。通过建立SWAT非点源污染模型,研究沙塘川流域氮磷非点源污染特征,并识别面源污染发生的关键源区,对湟水流域水污染治理具有重要意义。研究结果表明:沙塘川进入湟水... 详细信息

湟水是黄河上游最大的支流,沙塘川流域是湟水重要且具有代表性的支流。通过建立SWAT非点源污染模型,研究沙塘川流域氮磷非点源污染特征,并识别面源污染发生的关键源区,对湟水流域水污染治理具有重要意义。研究结果表明:沙塘川进入湟水河的非点源总氮污染负荷为236.77 t·a^(-1),非点源总磷污染负荷为51.02 t·a^(-1);非点源总氮和总磷负荷均呈现丰水期>平水期>枯水期的规律;非点源总氮负荷从沙塘川流域上游至下游逐渐增大,在中上游流域东部负荷明显高于西部;非点源总磷负荷主要集中在沙塘川上游东部地区和下游地区;非点源总氮的关键源区为13、15、16、17和19号子流域,非点源总磷的关键源区为11、12、13和19号子流域,本研究结果可为典型流域非点源污染防控与治理提供科学依据。

关键词： SWAT模型非点源氮磷污染关键源区

鄱阳湖典型源头流域径流和氮磷污染负荷模拟研究

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鄱阳湖典型源头流域径流和氮磷污染负荷模拟研究

作者：罗景城西南交通大学

学位级别：硕士

在气候变化和人为活动的双重影响下,我国面临着较为严重的水质污染问题,水环境问题已成为影响湖泊生态系统稳定的关键因素。鄱阳湖作为全球重要的生态敏感区之一,正面临富营养化的威胁。研究鄱阳湖水系流域的氮磷时空分布特征与变化规... 详细信息

在气候变化和人为活动的双重影响下,我国面临着较为严重的水质污染问题,水环境问题已成为影响湖泊生态系统稳定的关键因素。鄱阳湖作为全球重要的生态敏感区之一,正面临富营养化的威胁。研究鄱阳湖水系流域的氮磷时空分布特征与变化规律并预测未来时期流域氮磷变化趋势对改善鄱阳湖富营养化状况具有重要的实际意义。本文以位于鄱阳湖流域源头区的莲花流域为研究对象,首先采用曼-肯德尔(Mann-Kendall)法和小波分析对研究区气候和水文在长时间序列下的变化趋势及振荡周期进行分析,并基于实测水质数据分析流域氮磷污染负荷及其特征;然后利用SWAT模型模拟流域径流,将模拟结果与改进的输出系数模型结合,在验证输出系数模型可行性的基础上分析流域氮磷污染时空分布特征;最后在未来气候变化背景下,预测流域径流的基础上利用CA-Markov模拟流域2030年的土地利用数据,明确流域总氮总磷污染负荷对气候和土地利用变化的响应规律。主要结论如下:(1)2008～2018年以来,莲花流域径流量呈上升趋势,但在α=0.05水平下的整体上升趋势不显著,从2012年开始,径流量进入逐步增长阶段,其振荡周期位于256～512 d之间。(2)2019年9月至2021年8月,莲花流域总氮总磷平均质量浓度分别为0.7 mg/L和0.1 mg/L,日降水量与总氮之间无明显相关性,与总磷呈极显著正相关关系。总氮呈现出秋季低,春、夏、冬季高的规律;总磷含量在夏季最高,春季次之,秋、冬季较低。流域氮磷比(总氮/总磷)范围为0.2～150.0,大部分时间处于磷负荷过高的状态,少数时间处于适宜藻类正常生长状态,极少数时间为磷限制状态。流域总氮总磷浓度均表现为在有降雨时期比无降雨时期更高;二者在小雨事件下的平均浓度均相对最低,但总氮在中雨事件下的平均浓度最高,总磷在暴雨事件下的平均浓度最高。(3)莲花流域2018～2020年总氮负荷量分别为282.3、460.0和394.7 t/a;总磷负荷分别为34.4、52.0和45.4 t/a。2018～2020年间,莲花流域各子流域总氮总磷负荷强度均值分别为5.6 kg/ha和0.3 kg/ha,表现为流域东南部高于中西部等区域。流域土地利用总氮总磷输出负荷分别占流域总负荷的53%和29%,总氮总磷负荷均表现为耕地>林地>建设用地>草地>水域,总氮负荷强度为建设用地>水域>耕地>草地>林地,总磷负荷强度为耕地>建设用地>水域>草地>林地。农村生活对总氮总磷贡献率分别为22%和19%。畜禽养殖对总氮总磷贡献率分别为25%和52%。(4)与基准期(1961～1990年)相比,莲花流域未来时期(2021～2050年)年平均最低最高温度将分别升高1.4℃和1.5℃,模拟期多年平均降雨量比基准期升高3%,各月降雨量变化幅度为-16%～43%。到本世纪中叶,年均径流量增加约3%,最大最小径流量分别出现在2040年和2027年。(5)与2020年相比,莲花流域2030年林地和水域面积将减小,耕地、草地和建设用地的面积不断增加,转入面积主要来源于林地;耕地、林地、草地、水域和建设用地的面积将分别达到152.1、331.6、26.8、1.4和31.9 km。受气候变化和土地利用的双重影响,2030年流域总氮负荷量较2020年将增加9%,土地利用、农村生活和畜禽养殖分别占比55%、20%和25%;总磷负荷量将增加约9%,土地利用、农村生活和畜禽养殖分别占比31%、17%和52%。

关键词：氮磷污染 SWAT模型输出系数气候变化土地利用变化

会仙试区土壤-浅层地下水氮磷监测试验及其污染特征分析

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会仙试区土壤-浅层地下水氮磷监测试验及其污染特征分析

作者：韩俊磊桂林理工大学

学位级别：硕士

农业面源污染是水环境保护和治理面临的重要挑战,氮、磷是农业面源污染的主要来源。会仙湿地作为中国最大的岩溶湿地,被誉为“漓江之肾”,是漓江流域最大的喀斯特地貌原生态湿地。然而,农业生产中化肥的不合理使用,以及未被利用的氮磷... 详细信息

农业面源污染是水环境保护和治理面临的重要挑战,氮、磷是农业面源污染的主要来源。会仙湿地作为中国最大的岩溶湿地,被誉为“漓江之肾”,是漓江流域最大的喀斯特地貌原生态湿地。然而,农业生产中化肥的不合理使用,以及未被利用的氮磷养分累积于土壤,在降雨和灌溉的作用下淋溶流失进入地下水,对会仙湿地土壤及地下水造成污染风险。探究会仙湿地土壤及地下水氮磷污染情况,分析氮磷在土壤-浅层地下水中运移情况,对漓江流域会仙湿地农业面源污染防控和治理具有重要意义。本文在会仙湿地内选取39.45 km的典型区域,以下简称会仙试区,包括非岩溶地貌、峰林平原、峰丛洼地。通过对2021年3月至2021年12月的土壤、土壤溶液及浅层地下水氮磷监测试验,分析土壤、土壤溶液及浅层地下水中硝态氮、铵态氮(氨氮)、总氮、总磷的浓度变化,揭示会仙试区氮磷污染的分布特征,并对土壤溶液中氮磷垂向运移特征进行研究,探究不同时间、不同岩溶地貌和不同土地利用方式下氮磷运移情况。运用单因子指数法和综合污染指数法对土壤、土壤溶液、浅层地下水进行污染评价,并提出污染防治措施。主要结论如下:(1)土壤中NH-N浓度与土壤p H值呈负相关,TN浓度与土壤有机质呈正相关,与容重呈负相关;且地貌类型及土壤质地均会对土壤中NO-N与NH-N浓度有一定的影响。土壤溶液中NO-N与TN随灌溉和降雨发生向下迁移的风险较大,空间分布上NO-N、NH-N、TN在试区东北处(大量农村居住点、岩溶裸露区)含量均表现较高。浅层地下水NO-N与TN浓度在岩溶地貌中比非岩溶地貌中偏高。(2)时间分布上,土壤溶液中NO-N与NH-N随降雨、灌溉和施肥量的多少而发生变化,降雨与灌溉量的增加都会加大NO-N与NH-N向下迁移的距离。空间分布上,NO-N与NH-N在不同岩溶类型中向下迁移的距离呈现出峰丛洼地>峰林平原>非岩溶地貌的规律,且NO-N随降雨和灌溉向下迁移的距离相对于NH-N更远。稻田与旱地相比,稻田中NO-N向下迁移的距离更远,且更易发生流失。基于皮尔逊相关性分析法对土壤溶液氮磷浓度与降雨量、土壤物理性质进行相关分析表明,30 cm、60 cm处土壤溶液中NO-N、TN浓度均与降雨量呈现负相关性,且随着深度的增加,相关性逐渐变弱,NO-N、NH-N与TN浓度均与土壤入渗率呈现负相关,NH-N含量还与土壤有机质含量、总孔隙度呈现负相关。(3)采用单因子指数法和综合污染指数法,以最低级别生态风险效应的TN、TP含量及地下水水环境质量等级标准含量为标准值,对会仙试区土壤、土壤溶液、浅层地下水进行污染评价,土壤中TN污染等级达Ⅲ-Ⅳ的占比达80.56%,TP污染等级达Ⅲ-Ⅳ的占比为25.78%。以地下水水质标准进行评价,土壤溶液Ⅴ类标准下点位占总点位的94.44%,浅层地下水水质属Ⅳ-Ⅴ级水的监测点占总监测点的91.91%,会仙湿地氮磷污染较为严重。土壤与土壤溶液中氮磷污染会随着地貌岩溶发育程度的强弱发生变化,岩溶发育越强烈污染程度越大。

关键词：会仙湿地氮磷污染土壤溶液浅层地下水垂向运移

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上海市不同区县中小河道氮磷污染特征

生态学报 2015年第15期35卷 5239-5247页

作者：山鹰张玮李典宝王丽卿上海海洋大学水产与生命学院上海201306 上海水生环境工程有限公司上海200090

以上海11个区县,共19条河道、65个点位进行1a的氮磷污染情况调查。结果表明:(1)上海河道为不完全感潮型河网水系。潮汐、降雨对氮磷污染物的分布影响具有时间差异性。(2)上海河道区县之间氮磷污染差异大(P<0.05)。氮磷浓度从中心城区河... 详细信息

以上海11个区县,共19条河道、65个点位进行1a的氮磷污染情况调查。结果表明:(1)上海河道为不完全感潮型河网水系。潮汐、降雨对氮磷污染物的分布影响具有时间差异性。(2)上海河道区县之间氮磷污染差异大(P氮磷浓度从中心城区河道依次向外呈现"圆环状"稀释扩散趋势。黄浦江以南河道水质好于黄浦江以北河道;近江苏的河道总体氮磷浓度水平高于近浙江的河道(上海东南部)(P污染物浓度、扩散、降解与人为扰动和城镇化程度密切相关。(3)聚类分析(Cluster Analysis,CA)结果显示上海市河道污染水平在点位之间区别不大,而多维尺度分析(Multidimensional Scaling,MDS)显示上海市河道污染水平在点位之间具有一定差异,并与水质评价结果一致。(4)经生态修复后的河道水质优于修复前(P<0.05),说明上海市人工水生态修复措施和生态型驳岸建设对改善河道水质有潜在价值。

关键词：上海市河道氮磷污染生态河道