水文过程对农业小流域氮素迁移的影响

以江西低丘红壤区农业小流域为研究对象,在自然降雨条件下对小流域内试验小区、上游灌渠和小流域出口径流中的氮素浓度进行监测,旨在从小区尺度和小流域尺度阐明农业小流域氮素流失与降雨和径流的关系。结果表明:在小区坡面流中,硝态氮浓度随降雨径流的变化趋势不明显,铵态氮和全氮浓度随降雨径流的增加呈先增加后降低的趋势;壤中流对硝态氮的流失有主要影响,而坡面流对全氮的流失作用不可忽视。小流域的氮素流失主要发生在4~6月,其间氮素NH4 -N、NO3--N和TN的流失量在上游干旱地灌渠分别占年流失量的74%、61%和62%;在小流域出口分别占年流失量的82%、70%和79%。年全氮流失量达43.8kg/hm2,占氮素施用量的22.6%。     

川中丘陵区小尺度范围非点源氮素流失特征分析

为研究自然降雨条件下紫色土地块-小流域尺度农业非点源氮素随径流流失的特征,采用野外径流观测法,对2011年川中某紫色土丘陵区12次典型降雨产流事件进行了监测,测定径流量及径流中氮素浓度与负荷变化情况。结果表明:旱地流失负荷值远大于林地流失负荷值,且旱地氮素流失主要集中在施肥后的初期降水事件中,占流失总量的76.1%;壤中流氮素平均浓度为0.98~54.1mg/L;旱地氮素迁移有显著月变化特征,明显受到当地施肥习惯和汛期降雨量影响。陈家湾农林复合小流域氮素迁移特点分析表明,该小流域受到多种土地利用类型影响,径流氮素浓度波动范围不大;但在大雨降雨事件中,浓度在降雨后期有所升高,体现了"末期冲刷效应"。研究结果可为调控长江上游紫色土丘陵区氮素流失提供参考。     

自然降雨条件下紫色土坡地氮素随径流迁移特征

为研究自然降雨条件下紫色土坡地氮素随径流流失的特征,采用野外径流观测法,对一紫色土丘陵区2013年4次典型降雨产流事件进行了监测,测定了径流量及径流中氮素的形态、浓度与通量的变化情况。结果表明:自然降雨条件下,地表径流和壤中流径流量均与降雨量呈显著的正相关性;径流方式对紫色土坡耕地氮素形态在径流中的分配影响显著;地表径流中的氮素以颗粒态氮的形式流失,而壤中流中的氮素以可溶态氮的形式流失;氮素随壤中流淋失是紫色土坡地氮素流失的主要方式。研究结果可为调控长江上游紫色土丘陵区氮素流失提供参考。     

紫色土丘陵区小流域非点源氮迁移特征研究

对长江上游紫色土丘陵区盐亭县林山乡典型的集镇小流域和农林复合小流域的非点源氮迁移过程进行了同步监测，比较分析了两不同类型小流域的径流过程及降雨-径流过程中氮素各形态浓度、负荷变化特征。结果表明了集镇小流域和农林复合小流域径流过程与非点源氮迁移过程均存在较大差异：（1）集镇小流域径流过程与降雨过程迅速响应，径流过程呈现“暴涨暴落”的特点。相反，农林复合小流域径流过程显著滞后于降雨过程，呈现出显著的“滞后效应”。（2）集镇小流域总氮（TN）、颗粒态氮（PN）以及铵态氮（NH4+-N）浓度在降雨径流初期迅速升高，而后迅速下降，呈现明显的“单峰”。相反，农林复合小流域在小雨事件中氮素浓度变化较小，但在中雨和暴雨事件过程中，初期径流中氮浓度较低，而中后期逐渐升高。（3）集镇小流域TN、PN、NH4+-N迁移过程体现了显著的“初始冲刷效应”，其中初期25%的径流量平均携带了50%的TN负荷、71%的PN负荷、64%的NH4+-N负荷，而农林复合小流域TN、可溶性氮（DN）、硝态氮（NO3--N）则体现了一定的“末期冲刷”的特点。     

黑土区降雨和坡度对坡地侵蚀径流和硝态氮流失影响研究

为研究黑土区坡地降雨径流和硝态氮流失情况,采用人工模拟降雨试验方法,探讨不同雨强和坡度对黑土区降雨径流和硝态氮运移过程的影响。结果表明坡面产流时间随雨强和坡度增大而提前。不同雨强和坡度条件下坡面径流中硝态氮浓度从开始迅速变小并逐渐稳定,同等条件下雨强较小时,径流中硝态氮浓度偏高,随着坡度和雨强增大,坡面径流总量和径流泥沙量也都呈增大趋势。     

紫色丘陵区典型小流域暴雨径流氮磷迁移过程与通量

对紫色丘陵区盐亭截流小流域2007年3次暴雨径流的全过程进行了连续监测,测定了径流量及降雨—径流过程中氮、磷的形态、浓度与通量变化。结果表明,N、P各形态浓度变化曲线与流量曲线趋势大致相同,总氮(TN)浓度迅速达到峰值后缓慢下降,而后期又略呈上升趋势,硝态氮(NN)浓度变化总体呈上升趋势,颗粒态氮(PN)与颗粒态磷(PP)浓度在径流过程中迅速达到峰值后陡然下降,氨态氮(AN)及磷酸盐(PO43-P)含量较低且波动较小。暴雨径流前期氮素迁移以PN为主,主要来源于地表径流,受降雨强度控制。后期以NN为主,来源于土壤硝酸盐随壤中流淋失。磷素主要以地表径流迁移的PP为主。暴雨径流导致的N、P流失负荷巨大,说明初期冲刷效应明显。     

亚热带农业小流域暴雨过程硝态氮迁移特征及水文示踪研究

为揭示亚热带丘陵区农业小流域暴雨过程中硝态氮迁移规律及其主要水文输送途径,本研究通过对紫色土丘陵区典型农业小流域典型暴雨过程跨尺度(从3~1 236 hm2)连续监测,分析径流硝态氮迁移动态特征及其尺度效应,并对比δ18O和硝态氮作为示踪剂的端元混合分析(EMMA)解析结果,探讨硝态氮作为暴雨过程水文示踪剂的可行性。结果表明:(1)两场暴雨事件中源头小流域苏荣小流域(含集镇污水)径流中硝态氮浓度最高,而到达梯级小流域出口处(万安小流域)硝态氮浓度最低,林地来水的贡献是较大尺度小流域径流硝态氮浓度降低的主要原因,坡耕地壤中流补给可能是径流消退过程中硝态氮出现浓度峰值的主要原因。(2)EMMA模型解析结果显示:δ18O与硝态氮均能示踪农业小流域径流消退期间壤中流补给过程;但硝态氮在受人居活动强烈影响子流域的示踪应用需谨慎。以农业为主的亚热带丘陵区小流域中,硝态氮具有同时作为环境效应指示剂和水文示踪剂的潜力,但其应用效果仍有待于进一步验证。     

降水产流非线性驱动下坡地硝态氮产污过程试验

为正确认识坡地氮素流失过程,同时为降水产流非线性驱动下流域污染负荷模型的构建提供理论依据,研发自动化程度高、接近天然降雨的人工模拟降雨产流产污试验装置,试验研究不同降雨强度和前期土壤含水率条件对产流及近地表土壤中硝态氮溶出过程的影响,利用演绎推理法探讨近地表土壤中硝态氮溶出系数与降雨产流及土壤含水率的关系。结果表明：降雨强度越大,前期土壤含水率越高,产流量、累积产流量越大;产流量以幂函数形式随时间不断增加趋于稳定,同时,降雨初期地表产流中硝态氮负荷及累计负荷量也越大;后期随着产流量的增加而呈幂函数形式衰减,最终又随着产流量的稳定而趋于稳定;近地表土壤中硝态氮的溶出系数受控于降雨产流,同时与土壤湿度存在指数函数关系。探讨的降雨产流-溶出系数-土壤含水率的数值关系对模拟高时间分辨率降雨产流非线性驱动下坡地硝态氮产污过程具有一定的参考价值。     

紫色土丘陵区小流域非点源氮迁移特征研究

对紫色土丘陵区典型集镇小流域和农林复合小流域非点源氮迁移过程进行同步监测,比较2种不同类型小流域的径流过程及径流中各形态氮素浓度、负荷变化特征。结果表明：（1）集镇小流域径流过程与降雨过程迅速响应,径流过程呈现“暴涨暴落”的特点,而农林复合小流域径流过程显著滞后于降雨过程,呈现显著的“滞后效应”。（2）集镇小流域总氮（TN）、颗粒态氮（PN）及铵态氮（AN）浓度在径流初期迅速升高,达到“峰”值后迅速下降;而农林复合小流域在小雨事件中氮浓度变化较小,中雨和暴雨事件过程中,初期径流氮浓度较低,中后期逐渐升高,     

小流域氮流失特征及其影响因素

由非点源流失的氮是造成水体污染的主要因子之一，而土地利用方式往往对氮的流失产生重要影响。本课题在福建省九龙江流域遴选了4个不同土地利用方式的小流域，通过在自然降雨条件下现场采样与室内分析相结合，研究不同土地利用结构的小流域氮的流失特征和影响因素。研究结果表明：总氮、可溶态氮和泥沙结合态氮的浓度通常比径流先达到峰值，然后开始降低；氮的流失以可溶态氮为主(占73%～98.3％)，因此其流失量主要受径流量的影响与雨强关系不大；土地利用方式对氮的流失有明显影响，一般植被覆盖度提高可以降低流失，而农业活动会加剧流失；此外，在高植被覆盖度的天然林地，氮的流失呈现出以泥沙结合态为主。通过本研究可以看出土地利用结构的调整和合理布置是九龙江流域非点源污染控制的重点。     

黄河下游引黄灌区主要河系硝态氮及铵态氮安全评价

以德州引黄灌区为例,探讨灌区主要水系部分水化学特征及硝态氮(NO-3-N)与铵态氮(NH+4-N)污染状况。结果表明,pH、电导率(EC)、NO-3-N及NH+4-N含量存在明显的空间差异。NO-3-N受人类活动影响,灌区北部卫运河-漳卫新河以及德惠新河污染严重,呈带状分布;而马颊河及徒骇河受引黄水补给的影响范围较广,污染程度相对较低。NH+4-N污染除卫运河外,主要呈点源分布,各水系均有超标河段,而影响NH+4-N的可能因素更多,有待进一步深入研究。本研究为评价该区引黄灌渠对NO-3-N和NH+4-N的影响提供科学依据。     

Estimation of pesticide runoff from paddy fields to rural rivers.

The runoff characteristics of pesticides from paddy fields to rural rivers were investigated over a period of three years in Hokkaido Prefecture, Japan. High pesticide concentrations were usually observed in rivers during pesticide application periods. In one year, the growth of rice seedlings slowed down after transplantation owing to low temperatures and lack of sunshine, and many farmers delayed herbicide application. In that year, high-concentration runoff of herbicides in rivers was observed 1-3 weeks later than in average years. The pesticide runoff rates ranged from 0.3% for fenthion to 42% for benfuresate. The runoff rates of pesticides applied post-flood were large. Furthermore, the larger the water solubility of the pesticide, the larger the runoff rate. The highest concentrations of herbicides in paddy water were observed on the day of application or 1-2 days later, and the concentrations decreased exponentially afterwards. The half-lives of the herbicides ranged from 1.2 days for pretilachlor and esprocarb to 5 days for simetryn; the concentrations of the herbicides in paddy water had decreased to 1/10 of their initial concentrations by about 7 days after application. Therefore, the runoff amounts of pesticides from paddy fields could be decreased by improving irrigation-water management.     

城市雨水径流污染及LID控制效果模拟

采用SWMM(storm water management model)模型对城市雨水经流及水质进行模拟,分析不同降雨条件下,LID(low impact development)控制措施对城市雨水径流及污染物的削减效果。结果发现:LID控制措施对城市雨水径流量、污染物总负荷以及径流峰值均有明显削减作用,对径流峰现时间有延迟作用;雨水径流量、污染物总负荷以及径流峰值的削减率随雨峰系数的增大呈先增大、后较小的变化趋势,随重现期的增大而减小;峰现时间的延迟效果与雨峰系数和重现期均呈负相关;相对雨峰系数,重现期对雨水径流量、污染物负荷的削减率、径流峰值以及峰现时间的影响更显著。     

中水湿地去氮效果研究

以山东省平阴中水湿地为研究对象,通过对湿地水体、底泥的氨态氮(NH3-N)、硝态氮(NO3--N)沿程变化的分析,研究湿地对中水中氮(N)的去除效果。结果表明:湿地对水体中NH3-N的去除效果较好,而作为水体中N主要存在形式的NO3--N沿水流方向却呈增加趋势,微生物硝化作用强烈。底泥中总氮(TN)沿水流方向也呈增加趋势,累计效应比较明显。研究结果为湿地设计的进一步改进提供理论支持。     

零价铁去除地下水硝酸盐的影响因素

通过静态试验考察零价铁去除地下水硝酸盐的影响因素。结果表明：酸洗预处理可有效提高铁屑对NO-3-N的去除效果;NO-3-N初始质量浓度增加,NO-3-N去除率下降,平均去除速率升高;铁碳比为1∶2时,反应结束时NO-3-N质量浓度最低,且活性炭可吸附反应产物NH＋4-N,降低反应产生的碱度;实际地下水去除NO-3-N效果显著,试验结束时pH维持在10以下,其共存离子对pH值的变化有一定缓冲作用。     

下凹式绿地对地表径流的调节作用研究

下凹式绿地是城市低影响开发建设的手段之一,为评价下凹式绿地对城市地表径流的调节作用,通过对不同暴雨重现期下的下凹式绿地雨水渗蓄率、临界下凹深度、临界面积比例进行计算,设计研究区下凹式绿地建设方案,并对各方案的径流拦蓄效果和减峰效果进行对比分析。结果表明:当暴雨重现期为3、5和10 a时,在研究区实施两种不同下凹深度(0. 15、0. 2 m)和不同下凹式绿地率(20%～45%)的下凹式绿地建设方案,其拦蓄效果和减峰效果均能达到99. 92%以上。下凹式绿地对城市地表径流调控具有显著的调节效果。     

Characteristics of litter waste in highway storm runoff.

Litter characterization is an integrated part of the Caltrans First Flush Characterization Study. These data will provide a basis to develop potential treatment technologies and best management practices to control pollutants in runoff from freeways. During monitoring periods in Southern California areas, the first flush phenomenon was evaluated and the impacts of various parameters such as rain intensity, drainage area, peak flow rate, and antecedent dry period on litter volume and loading rates were evaluated. First flush phenomenon was generally observed for litter concentrations, but was not apparent with litter mass loading rates. Total captured gross pollutants, defined as larger than 0.5 cm, was 90% vegetation with only 10% being litter. The normalized cumulative litter loadings were determined from 1.25 to 13.39 kg/ha for dry litter weight and 0.40 to 8.99 kg/ha for dry biodegradable litter weight. The portions of biodegradable litter to non-biodegradable litter were roughly the same across the entire event. Event mean concentrations were ranged 0.0021 to 0.259 g/L for wet gross pollutants, 0.0001 to 0.027 g/L for wet litters and 0.00007 to 0.018 g/L for dry litters. The mass emission rates should be useful to estimate total litter production for developing total maximum daily loads.     

萍乡市城市地表径流污染物浓度变化特征分析及数值模拟

以海绵城市建设试点城市萍乡市地表径流污染物（以SS和TP为代表）浓度变化特征与预测模型适应性为研究对象,根据两场次的降雨资料及实测径流污染物浓度数据,确定所建地表径流污染物浓度变化预测模型Sartor-Boyd和p/r模型的参数,并模拟和分析了地表径流污染物浓度变化过程。结果表明：萍乡市地表径流污染物（SS和TP）浓度受初始冲刷效应的影响,降雨过程前期随雨强的峰值而达到最大,降雨过程后期污染物浓度受雨强的峰值波动影响较小;受模型参数的影响,Sartor-Boyd模型模拟值的统计学指标RPD、R²、NSE均小于p/r模型的相应指标,p/r模型对萍乡市降雨地表径流污染物排放规律的预测精度较好,模型可信度较高。结合萍乡市地区降雨状况建立的p/r数学模型可为该区域海绵城市建设过程中地表径流污染物浓度的预测及管理提供参考。     

常州市湖塘纺织工业园降雨径流污染负荷分析

我国当前以实现分流制为规划指导原则,分流制下工业园区雨水径流污染对水环境存在较大潜在影响。在此背景下采用SWMM软件模拟降雨和实地调研相结合的方法,分析湖塘园区降雨径流的污染负荷。结果表明:0.25年一遇的降雨径流质量浓度峰值ρ(TN)=6.01 mg/L,ρ(TP)=0.02 mg/L,ρ(COD)=125.21 mg/L,该降雨重现期下的TN和COD浓度均远劣于GB 3838—2002《地表水环境质量标准》的Ⅴ类水标准;随着降雨重现期增大,径流污染物浓度峰值会进一步提高。排入受纳水体采菱港的污染物总量比例:径流中TN占园区总TN(径流+点源)排放量的25.9%,径流中TP占4.4%,COD占28.0%,COD、TN径流污染量占整个园区污染总量的比重较大。结合湖塘园区排水系统的实地调研,建议加强园区初期雨水截留、推广园区中水回用和推进园区与企业排口设置规范化,以有效降低园区雨水径流对周边水环境的影响。