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城市水系统理论是流域水系统科学在城市尺度的拓展,为解决城市化引起的人水关系失衡和突出水问题(内涝、黑臭和水污染、生态退化等)提供了新的系统化解决方案.现有城市水系统相关研究大多关注水循环单一过程,对水循环及其伴生的物质循环、水生态以及人文等过程互馈机制仍需进一步探索.本文以流域水系统科学和水循环理论为基础,发展了城市水系统的概念、理论和技术体系;以城市多种下垫面条件下时变增益降雨-径流模型为核心,耦合自然-社会水循环及其伴生的水环境、水生态等过程和多尺度海绵措施的影响,研发了城市水系统5.0模型,实现了源头降雨-径流-面源污染负荷、排水管网系统水量水质转输、末端调蓄和净化、社会经济水循环、水系统评估和调控等五大关键模拟功能,成果已在武汉市开展示范应用.结果表明:城市水系统应以城市及其联系的河湖为研究对象,探索城市自然-人工侧支水循环和外江调蓄等耦合,以及社会经济发展、海绵措施对水量-水质-水生态等过程的调控机制.研发的城市水系统5.0模型很好地模拟了城区降雨-径流过程、水体总氮和总磷浓度、社会经济发展特征指标等.与实测数据对比,所有降雨-径流场次的相关系数和纳什效率系数分别处于优秀和良... 相似文献
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巢湖典型子流域上下游水塘对暴雨径流氮磷去除效率比较 总被引：2，自引：0，他引：2
从流域上下游环境条件及氮磷输出强度差异出发,探讨上下游水塘对径流氮磷去除的特征及效率,选取巢湖小柘皋河源头流域上下游水塘开展水塘去除暴雨径流氮磷的对比试验,研究暴雨及暴雨间期上下游水塘氮磷去除效率差异及原因,为流域上下游设计不同类型净化塘去除氮磷提供科学依据.结果表明:暴雨期,上游径流氮磷浓度高于下游,且颗粒态所占比例上游大于下游,流域上游应作为防治暴雨径流氮磷流失的重点区域;暴雨期,上游塘对暴雨径流中的氮磷去除效果明显,氮、磷去除率分别为74％和52％,且对颗粒态去除效果好于溶解态,下游塘没有表现出明显的去除效果;暴雨间期,上游塘塘内氮磷浓度平均下降50％和20％,下游塘则分别为72％和16％,且均以溶解态去除为主;水塘去除暴雨径流氮磷有一定的浓度适用范围,浓度过低,去除效果不明显;流域部位不同引起入塘径流氮磷浓度和形态的差异是上下游水塘对暴雨径流去除效果差异的主要外部原因.流域上游出山口,可以在渗透性好的山前洪积扇上构建深水宽塘,通过增加暴雨径流拦截量和降低流速增强物理沉降作用,实现暴雨径流氮磷的高效去除;流域下游农田区,宜构建水面较大的浅滩湿地,通过延长滞留时间和促进生物活动增强去除暴雨径流氮磷的效果. 相似文献
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以微分热惯量为基础的地表蒸发全遥感信息模型及在甘肃沙坡头地区的验证 总被引：26，自引：0，他引：26
首先综合回顾了目前采用的地表通量遥感方法和途径.分析了现有遥感思路中不能摆脱非遥感参数的现实和困扰. 在实践的基础上, 建立了以微分热惯量为基础的地表蒸发全遥感信息模型. 其思路的关键是以微分热惯量提取土壤水分可供率而独立于土壤质地、类型等局地参数; 以土壤水分可供率推算波文比而摆脱气温、风速等非遥感参数. 并以净辐射通量和表观热惯量对土壤热通量进行参数化. 实现了以全遥感信息反演裸地蒸发(潜热通量)的目标. 应用接近最高和最低地表温度出现时刻的两幅NOAA- AVHRR 5个波段的影像图和地面同步观测数据, 作出了我国西北沙坡头地区的土壤蒸发的区域分布影像图. 同时以同步观测的地表蒸发值对影像图对应点的输出值进行了对比, 验证了本思路和模型的可行性, 并且讨论了本模型扩展到浓密植被区所能造成的误差和进一步改进途径. 相似文献
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基于SWAT模型的南四湖流域非点源氮磷污染模拟 总被引：7，自引：2，他引：5
本文利用SWAT模型结合实测数据,对南四湖流域2001-2010年年均非点源氮磷污染进行模拟,分析了南四湖流域非点源氮磷负荷空间分布特征,计算各河流流域对南四湖湖区污染的贡献率,并对非点源氮磷污染严重的关键区进行识别.研究表明:(1)先模拟湖东和湖西的两个典型小流域的非点源氮磷污染,并将模型推及整个南四湖流域,该方法不仅提高了计算效率,且得到了较好的模拟结果.通过对比发现,湖东的模拟效果要好于湖西,一定程度上说明SWAT模型在起伏较大的地区能取得更高的精度.(2)南四湖流域非点源氮磷污染严重,几乎所有区域的氮负荷超标,40%以上的区域磷负荷超标严重.湖东非点源氮磷污染较湖西严重,其中洸府河流域是南四湖湖区非点源氮磷污染的主要贡献者.(3)通过对径流量、泥沙负荷、氮负荷、磷负荷的相关分析可以得出,南四湖流域非点源氮负荷以溶解态为主,随径流进入水体;非点源磷负荷以吸附态为主,随泥沙进入水体. 相似文献
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抚仙湖流域不同农业模式砾质土壤环境质量及其氮磷流失风险评估 总被引：3，自引：2，他引：1
于2006年8月分层采集抚仙湖流域有机及传统农业农田砾质土壤,对土壤样品的机械组成、重金属含量、养分剖面积累进行测定分析;通过室内降雨模拟,对不同土壤样品氮磷流失风险进行评估.结果表明:①有机及传统农业模式下,砾质土壤机械组成发生明显变化,0-20cm土层砂粒含量明显降低:②除传统农业土壤Cd为二级标准,其他土壤重金属含量均符合国家土壤环境质量(GB/15618-1995)一级标准:③有机及传统农业模式下0-20cm土层有机质、全氮养分明显积累,但不同农业模式问无明显差异:有机农业土壤全磷、水溶性氮磷积累程度显著高于传统农业土壤;④有机农业土壤在780mm模拟降雨条件下,氮、磷流失风险更大,氮、磷流失总量分别是传统农业土壤的1.9倍、19.8倍. 相似文献
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本文应用单能窄束伽马射线理论建立高分辨率屏蔽自然伽马探测器三维测井响应的数值模拟算法.首先利用单能窄束原理,用稳态扩散方程描述伽马光子密度的空间分布,根据扩散方程基本解、放射源空间分布、探测器位置和屏蔽情况,将屏蔽探测器上的总伽马通量表示成放射性地层中的有效探测区域上的体积分和晶体表面上有效接收面的面积分形式.并根据伽马射线传播路径和探测器屏蔽情况,给出有效探测区域的解析表达式,通过数值积分法计算任意复杂情况下探测器上的自然伽马通量,获得伽马测井响应的3D数值模拟算法.并通过数值模拟结果与模型井数据的对比验证了该算法的有效性.最后通过3D数值模拟算法系统研究考察晶体形状（圆柱形晶体、方形晶体）、晶体长度、仪器在井轴中的位置（居中屏蔽探测器、贴井壁屏蔽探测器）、以及测速等不同情况下自然伽马测井响应,设计出新型高分辨率自然伽马测井仪器. 相似文献
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天目湖流域丘陵山区典型土地利用类型氮流失特征 总被引：4，自引：2，他引：2
天目湖丘陵山区农业综合开发持续推进,大量林地转变为茶园,迫切需要认识茶园扩张对流域氮流失的影响.本研究选取茶园、次生马尾松林和毛竹林开展自然降雨条件下的径流小区实验,分析天目湖丘陵山区典型用地类型径流氮流失规律,为评估丘陵山区综合开发的水环境影响提供实测参数.研究表明:茶园、次生马尾松林和毛竹林地表径流TN浓度分别为11.25、2.83和3.60 mg/L,均以溶解态为主;壤中流TN浓度分别为27.16、3.59和1.06 mg/L,茶园和次生马尾松林均以溶解性无机氮(尤其是硝态氮)为主,毛竹林以溶解性有机氮为主;茶园、次生马尾松林和毛竹林的小区尺度地表径流系数均不到0.03,壤中流是丘陵山区径流的主要来源;茶园开发加剧了丘陵山区的氮素流失,茶园径流TN流失强度高达103.08 kg/(hm2·a),分别是次生马尾松林和毛竹林的7.6和23.2倍,壤中流贡献了流失总量的86.7%~99.7%.防治茶园径流氮流失需重点关注壤中流输出,在减量施肥的基础上,采取坡脚构建毛竹林生态缓冲带/在小流域出口布设塘坝等原位拦截措施,实现流域氮流失综合防控. 相似文献
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红壤农田小流域径流组分对氮素流失动态的影响 总被引：1，自引：0，他引：1
《中国科学:地球科学》2019,(12)
明确关键带中农田流域水文过程对氮负荷的影响,对于理解关键带中的物质迁移过程,尤其是农业面源污染中氮素的迁移转化具有重要意义.文章以红壤关键带丘陵区孙家农田小流域为对象,在2017年3月至2018年2月水文年对流域降水、土壤水、地下水及径流进行了较为系统的水量和水质监测,借助端元混合模型,探究了径流组分动态对氮素流失的影响.结果表明,流域不同水体之间氮素浓度差异显著.土壤水和地下水的氮素浓度最高,约为降水和灌溉水的3～5倍,流域径流氮素浓度的2倍.红壤农田流域氮素负荷较高.孙家小流域全氮(TN)年净流失量占总氮肥投入的15%.雨季是氮流失的高风险期,仅降水量最为丰沛的6月氮素流失就占到全年总流失量的1/3以上.地下径流是农田小流域氮素流失的重要途径,其径流量占到流域径流量的25%左右.径流组分的改变是径流氮素浓度变化的重要因素,且径流组分可以用来预测水田与旱地生态系统交错存在的小流域的氮素负荷,其预测结果与实测结果的线性决定系数达到0.9左右(p0.001).本研究的结果对于提高红壤农田小流域的水肥管理水平和加深对红壤关键带水氮耦合关系均具有重要指导价值. 相似文献
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基于改进SWAT模型的灌溉-施肥-耕作对乌梁素海流域营养物负荷及作物产量的影响 总被引：1，自引：0，他引：1
不合理的灌溉、施肥和耕作是导致乌梁素海流域农业面源污染的主要根源,乌梁素海作为我国北方地区重要的生态安全屏障,多年来面临着湖泊水环境污染、水生态退化等问题,科学开展湖泊水环境综合治理首先要解决流域内农业面源污染问题. 研究通过修改土壤水平衡、溶质平衡、地下水平衡和作物生长等模块对SWAT 2012原始版本进行改进,并采用改进的SWAT模型构建了乌梁素海流域分布式水文模型,利用实测径流、硝态氮与总磷排放量、地下水埋深以及作物产量校正和验证模型. 基于现状情景,以玉米、葵花和小麦3种主要作物为研究对象,设置了削减灌水量、施肥量及调整耕作方式3种农田管理情景. 基于改进SWAT模型不同情景的模拟结果,计算分析各管理情景下的硝态氮与总磷负荷及对各作物产量的影响. 结果表明,改进SWAT模型具有良好的模拟效果. 不同作物削减5%夏灌水量增产最多达8.41%~10.32%,削减10%秋浇水量均明显减少硝态氮和总磷负荷. 不同作物营养物负荷均随着氮磷施肥削减比例的增大呈现逐渐降低的趋势,但下降曲线逐渐趋于平缓; 各作物产量随氮磷施肥削减比例的增加呈先增加后减少的趋势,其中玉米、小麦氮磷施肥削减比例达20%时产量开始下降,葵花氮磷施肥削减比例达25%时产量开始下降. 不同作物营养物负荷与小麦产量均随耕作方式混合深度与混合效率参数的增大逐渐减小,而玉米和葵花产量则随耕作参数增大逐渐增加. 综合分析,削减5%夏灌水量+削减20%氮磷施肥比例+模板犁耕作组合玉米产量增幅最大达36.5%;削减10%秋浇水量+削减25%氮磷施肥比例+模板犁耕作组合葵花硝态氮负荷降幅最大达42.1%;削减5%夏灌水量+削减20%氮磷施肥比例+免耕组合小麦产量增幅最大达29.1%;而削减5%秋浇水量+削减20%氮磷施肥比例+常规春耕组合小麦硝态氮负荷减少最大达27.2%,总磷负荷减少最大达18.5%. 本研究可为降低流域内面源污染、提高作物产量及减少乌梁素海营养物入湖负荷农业管理措施的实施提供理论依据. 相似文献
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湖泊沉积物-水界面营养盐释放是研究湖泊环境行为的重点关注对象,但目前对于湖泊通量的估算方法选择缺乏横向定量比较.以南京莫愁湖为研究对象,在冬春夏3季采用静态释放培养法、机械搅拌培养法、流动培养法和间隙水浓度扩散模型法4种常见的湖泊通量培养方法进行氮磷释放对比实验.结果表明,非扩散模型法（静态释放、机械搅拌、流动培养）在冬季存在负通量,随着气温升高,夏季通量估算值为正,且该3种方法通量数值差异不显著.间隙水扩散模型法在三季实验中结果数值无负值,对比非扩散模型组具有显著差异,约低一个数量级.不同方法在培育过程中溶解氧和pH变化差异显著,流动培养法最为稳定.4种方法的通量结果在不同季节变化趋势具有显著相关性,非扩散模型法估算结果作为表观通量值,适用于计算湖泊沉积物营养盐释放总量,其中静态释放法结果稳定性较差,平行组相对标准偏差最高达70%;流动培养法稳定性最好,平行组相对标准偏差最高仅21%.扩散模型法估算结果作为理论释放值,在估算浅水湖泊通量时低于实际释放通量,适于探究深水湖泊沉积物间隙水动态释放过程,有助于分析湖泊沉积物性质.不同培养方法,有其侧重点,根据不同湖泊状况,应选取合适方法进行通量估算. 相似文献
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为探明稻虾轮作模式面源污染排放特征并合理评价该模式的环境可持续性,通过对江汉平原稻虾轮作模式小龙虾养殖排放尾水中总氮(TN)、总磷(TP)、COD和氨氮(NH3-N)浓度进行监测,对稻虾轮作模式稻田养殖小龙虾的排污系数进行了估算,并采用等标污染负荷法进行了主要污染物解析。运用能值分析方法对稻虾轮作模式进行了包含面源污染的能值评估,对比单季稻模式,对其可持续发展能力进行了定量评价。结果表明：江汉平原稻虾轮作模式小龙虾养殖排放尾水中TN、TP、COD和NH3-N的浓度范围分别为0.53～5.36、0.12～0.70、6.60～78.39和0.34～1.75 mg/L,TN、TP和COD平均排放浓度高于《地表水环境质量标准》(GB 3838-2002)Ⅲ类水质标准。等标污染负荷法分析结果表明TN的等标负荷比最高,是稻虾轮作模式面源污染控制的关键污染物。稻虾轮作模式小龙虾养殖排放尾水中TN、TP、COD和NH3-N的排污系数分别为2.994、0.458、35.132和1.405 kg/t,表明稻虾轮作模式面源污染排放系数较低,对... 相似文献
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太湖湖区有机物流失模拟 总被引：7，自引：0，他引：7
研究了１９９２－１９９４年女山湖大面积围栏养蟹利用与保护沉水植物资源的效果结果表明：围栏内河蟹的食物组成中,主要有菹草、苦草、金鱼藻、马来眼子菜、黄丝草和黑藻等沉水植物．其中菹草、黑藻的出现频率和概念生物量,分别在４、６、７、８和９月为最高;围栏内沉水植物的种类和生物量的变化与河蟹的放养密度关系密切,当河蟹的放养密度不超过３０只·ｈｍ~（－２）时,围栏内沉水植物的生物量与对照组均有明显的增加趋势,由此可证,女山湖大面积的围栏养蟹和适宜的放养密度,有效地利用和保护了围栏区内的沉水植物资源 相似文献
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为探究城市湖泊富营养化的污染负荷来源及其贡献率,选择长江流域中下游典型富营养化湖泊(武汉后官湖)为研究对象,结合实测法、平均浓度法与排污系数法,解析了后官湖的外部污染来源(包括点源和面源,面源又进一步划分为农村生活、农业种植、水产养殖、畜禽养殖和城市径流).结果表明:化学需氧量(COD)主要来源于点源,入湖贡献为54%;总磷主要来源于面源,入湖贡献为71%.进一步筛选面源中污染物的主要来源发现,总磷主要来自农业种植和水产养殖,入湖贡献分别为41%和30%;面源中COD、氨氮和总氮贡献最大的是城市径流,入湖贡献率分别为61%、53%和37%.行政区污染排放贡献率中,COD、氨氮、总氮和总磷排放贡献率最大的分别为沌口街办(25. 24%)、蔡甸街办(23.28%)、永丰街办(24.04%)和大集街办(26.15%).开展沌口街办和永丰街办的点源治理可有效消减入湖COD与氨氮负荷,而大集街办的农业面源污染防治则是后官湖流域总磷治理的重点. 相似文献
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This study was designed to examine the environmental exposure of surface‐ and groundwater pollution in remote mountainous regions of northern Vietnam. In 2008, we monitored the loss of four commonly applied pesticides (imidacloprid, fenitrothion, fenobucarb, dichlorvos) from paddy rice farming systems to a receiving stream on the watershed scale and quantified groundwater pollution. For the entire monitoring period, runoff loss of pesticides from the watershed was estimated to range between 0.4% (dichlorvos) and 16% (fenitrothion) of the total applied mass. These losses were correlated well with the octanol–water partition coefficient and water solubility of pesticides (r2 = 0.78–0.99). In the groundwater collected from eight wells, all target pesticides were frequently detected. Maximum measured concentrations were 0.47, 0.22, 0.17, and 0.07 µg L?1 for fenitrothion, imidacloprid, fenobucarb, and dichlorvos, respectively. Our results strongly indicate that under the current management practice pesticide use in paddy fields poses a serious environmental problem in mountainous regions of northern Vietnam. 相似文献
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太湖上游低山丘陵地区不同用地类型氮、磷收支平衡特征 总被引：4，自引：4，他引：0
不同用地类型的土壤氮、磷收支平衡决定了氮、磷在土壤的富集,进一步影响氮、磷的流失强度,分析该过程有助于揭示不同用地类型对区域的环境效应.以位于太湖上游低山丘陵地区的天目湖流域为研究区,采用农户调查问卷、土壤和植被生物量实验分析、文献调研和氮、磷表观平衡模型的方法,选择研究区的茶园、水田、马尾松林和竹林四种典型用地类型,系统分析了氮、磷的输入要素,包括肥料输入、大气沉降、秸秆返田/枯枝落叶、生物固氮、人畜排泄物返田,以及输出要素,包括植物生长吸收、氨挥发、反硝化,并比较不同用地类型氮、磷收支特征.在此基础上进一步与土壤表层氮、磷含量比较,揭示太湖流域上游丘陵山区主要用地类型的水环境效应.研究结果显示:土壤氮、磷盈余量大小顺序为茶园 > 水田 > 马尾松林 > 竹林,分别是648.6、248.9、115.5、53.6 kgN/(hm2·a)和319.9、29.7、1.2和-3.4 kgP/(hm2·a);氮、磷利用效率以竹林最高,茶园的氮、磷利用效率均最低,仅为15.0%和3.1%;土壤氮盈余量与表层氮含量未能呈现出一致的关系,土壤磷盈余量与表层磷含量比较类似,并由此得出竹林比马尾松林更有利于水环境保护,而茶园对水环境的不利影响超过水田. 相似文献
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《水文科学杂志》2013,58(3)
Abstract Abstract Current research suggests that strategies to control sediment and phosphorus loss from non-point sources should focus on different runoff components and their spatial and temporal variations within the river basin. This is a prerequisite for determining effective management measures for reducing diffuse source pollution. Therefore, non-point source models, especially in humid climatic regions, should consider variable hydrologically active source areas. These models should be able to consider runoff generation by saturated overland flow, as well as Hortonian overland flow. A combination of the hydrological model WaSiM-ETH and the erosion and P-transport model AGNPS was chosen for this study. The models were run in the WaSiM runoff generation mode (Green & Ampt/TOPMODEL or Richards equation approach) and the SCS curve number mode to assess the effect of these different runoff calculation procedures on the dissolved phosphorus yield. A small and a medium-sized river basin, of the area of 1.44 and 128.9 km2, respectively, in central Germany were selected for the investigation. The results show that the WaSiM–AGNPS coupling produces more accurate results than the SCS curve number method. For the spatial distribution, the more physically-based model approach computed a much more realistic distribution of water and phosphorus yield-producing areas. 相似文献
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云南星云湖水质变化及其人文因素驱动力分析 总被引：1，自引：0，他引：1
星云湖目前存在水污染加重、富营养化进程加快、水体功能受损等问题.以星云湖为研究对象,根据星云湖2005-2015年的水质数据、社会经济统计数据和遥感影像图,运用目视解译、叠加分析、污染足迹模型及主成分分析法,分析了星云湖流域近10年以来水质变化趋势、入湖河流污染物污染足迹及其人文因素驱动力.结果表明:(1)水质数据趋势表明,从月变化看,3月份水质最好,9月份水质最差;从年变化看,2005-2015年间,2008年水质状况最好,2014年的水质状况最差,从2008-2014年水质持续变差,到2015年好转.(2)2015年有机物、氮和磷的污染足迹分别为583.26、705.88和494.11 km~2.污染足迹前4位的入湖河流依次为:大街河东西大河东河渔村河东西大河西河,占星云湖流域总污染足迹的66.21%.污染程度大的大街河、东西大河和渔村河周边土地利用类型为水田、旱地和村庄.(3)星云湖水质影响因素第1主成分(总人口、播种面积、农村人口、化肥使用量、农膜使用量、大牲畜存栏量)与农村生活和农业面源污染有关;第2主成分(人均GDP、第一产业产值、第二产业产值、第三产业产值)与社会经济发展有关.因此,星云湖流域水质变化的人文因素驱动力为农村生活和农业面源污染类和社会经济发展类,其中第1主成分的贡献率是84.389%,农村生活和农业面源污染是水质变化的主要驱动力. 相似文献