基于SWAT模型的三峡库区香溪河非点源氮磷负荷模拟

三峡水库蓄水后,水动力条件改变下营养盐的过量输入导致部分支流库湾水华现象及水体富营养化问题严重.本文以香溪河为研究示范区,基于GIS平台建立流域下垫面空间数据库,以氮磷为研究对象,应用SWAT模型对流域三大主要水系及涉及35个子流域进行2000-2009年径流、营养盐输出模拟研究,并对实测数据和模拟结果进行分析,结果表明:径流模拟结果校验阶段的效率系数0.65和0.86,确定系数是0.78和0.91,模拟效果较好,径流和营养盐负荷受降雨影响呈正相关关系,在丰水年和丰水季节较大,2000-2009年期间TN和TP年均负荷分别是2640.64和300.01 t,在2007年达到最大值,分别是3475.96和399.20 t,在2005年为最小值,分别是2036.72和226.44 t,TN和TP负荷的贡献率高岚水系＞古夫水系＞南阳水系,支流TN和TP输出强度空间差异较大,空间分布差异系数分别是0.34和0.58,TN最大值和最小值是29.39 kg·hm-2·a-1和3.86 kg·hm-2·a-1,TP最大值和最小值分别是4.90 kg·hm-2·a-1和0.54 kg·hm-2·a-1.     

香溪河沉积物-水界面的营养盐交换特征

为研究香溪河库湾沉积物-水界面的营养盐交换特征,于2016年6月采集香溪河库湾上覆水和沉积物间隙水样品,分析不同形态氮、磷的空间分布特征并进行相关性分析,计算沉积物-水界面氮、磷的释放通量.结果表明:香溪河库湾上覆水和沉积物间隙水中ρ（TP）的变化范围分别为0.484~0.927和0.511~2.220 mg/L,ρ（TN）的变化范围分别为0.739~4.302和3.571~14.011 mg/L;上覆水和沉积物间隙水中氮、磷质量浓度在沿程和垂向上具有一定的变化规律,上游区域沉积物间隙水中氮、磷质量浓度大于下游区域,沉积物间隙水中氮、磷质量浓度明显大于上覆水;香溪河沉积物总体上表现为PO₄3--P和NH₄+-N的"源",中下游区域沉积物表现为NO₃--N的"源",而中上游区域表现为NO₃--N的"汇";PO₄3--P的释放通量范围为0.129~0.339 mg/（m2·d）,NH₄+-N的释放通量范围为0.213~1.415 mg/（m2·d）,NO₃--N的释放通量范围为-1.109~3.446 mg/（m2·d）.研究显示,上覆水的环境条件对于沉积物-水界面营养盐交换存在一定的影响,但影响程度各有不同.      

香溪河库湾水质特征与非回水区水华响应关系

为探究香溪河在受倒灌影响较弱的河段水华暴发征兆及机理,于水华高发期5~8月对香溪河进行监测,分析电导率、水温、叶绿素a（Chl-a）以及流速.结果表明,在6~8月,香溪河倒灌现象于XX05点（峡口镇）处基本结束,XX06~XX09受倒灌来水影响较弱;香溪河于7月暴发水华,各个监测点位上Chl-a含量均值达到100μg/L以上,XX05~XX06与XX07-XX09点位上暴发不同种水华;在水华暴发前后,水体温度无显著变化,且并无明显分层现象,说明水温分层是水华暴发的主要原因这一理论并不能很好的适用于非回水区;通过对电导率数值的研究发现,数值在垂向上出现显著拐点,而拐点出现在临界层与光补偿层之间,同时与叶绿素a含量分布呈现显著负相关性.香溪河总氮（TN）、总磷（TP）平均值为1.849mg/L和0.157mg/L,均超过富营养化的阈值,水体氮磷含量与Chl-a浓度无显著相关性,水体中除N、P营养盐外的其它离子对香溪河水华的暴发起着重要作用.在水华消退后,电导率数值又逐渐恢复表层高底层低的垂向线性分布特性,与水华的暴发、消退有着明显的响应.     

三峡库区香溪河流域非点源营养盐输出变化的试验研究

综合三峡库区香溪河流域土地利用结构和水系特点,在三大支流出口处设置常规水质监测断面,于干流响滩处设置水文控制断面,通过断面水质水量监测,利用数字滤波法解析径流多源和污染多源,研究上游来流点源和非点源营养盐输出负荷变化。结果表明：受农业非点源污染影响,TN是高岚河（0788 mg/L）＞古夫河（0712 mg/L）＞南阳河（0567 mg/L）;南阳河受磷矿企业点源输入的影响,TP是南阳河（0323 mg/L）＞高岚河（0074 mg/L）＞古夫河（0053 mg/L）;断面流量与降雨量的相关系数〖WTBX〗R〖WTBZ〗2=0720 2;TN和TP非点源年负荷输出分别占总量的61%和40%的, 20100607次降雨径流监测分析发现此次降雨汇流期间营养盐TN和TP输出的非点源贡献率分别达752%和709%;营养盐负荷主要受径流量影响,TN和TP输出负荷与流量的相关系数分别是0963 6和0978 9     

三峡水库典型支流不同时期的水质污染特征及其影响因素

为探究三峡水库特殊调度运行模式下支流水质分布特征及其主要影响因素,以库区一级支流香溪河和神农溪为例,于2018年7月(汛期)和10月(蓄水期)现场采样分析,利用水质指数(WQI)法进行水质评估和水质特征分析,并综合三维水动力观测资料、干支流水量交换分析识别水质变化的驱动因素.结果表明:①影响香溪河和神农溪WQI的主要参...     

三峡库区香溪河流域非点源氮磷负荷分布规律研究

三峡水库蓄水后,水动力条件改变,营养盐不断累积,导致库区部分支流库湾水华现象及水体富营养化问题严重.本文以香溪河支流为研究区,以氮磷为研究对象,应用SWAT模型进行不同时空尺度非点源氮磷分布式模拟和分析.结果表明:径流和营养盐负荷受降雨影响并与其呈正相关关系,丰水年总氮(TN)和总磷(TP)负荷分别为3.48×103t和0.40×103t,枯水年分别为2.04×103t和0.23×103t,在4—9月丰水期,TN和TP贡献率分别为84.1%和89.4%;TN和TP负荷强度空间差异较大,差异系数分别为0.34和0.58,TN最大值和最小值分别为29.39 kg·hm-2·a-1和3.86 kg·hm-2·a-1,TP最大值和最小值分别为4.900 kg·hm-2·a-1和0.535 kg·hm-2·a-1;TN以硝氮(NO-3-N)为主,TP以矿物磷(MIN-P)为主,TN与TP的相关系数r为0.9258,TP与MIN-P的相关系数r为0.8596,有机氮(ORG-N)与有机磷(ORG-P)的相关系数r为0.9839,氨氮(NH+4-N)与亚硝氮(NO-2-N)的相关系数r为0.9723;污染控制的重点支流是高岚河流域和古夫流域,尤其是耕地面积比例较大的水月寺,黄粮、榛子、古夫4个乡镇,以及库湾周边的七里溪.     

蓄水期三峡水库香溪河沉积物-水系统营养盐分布特征

为研究蓄水期香溪河沉积物-水系统中氮磷营养盐的分布特征,于2016年在香溪河布点采样,分析沉积物-水系统氮、磷及有机质含量,探讨沉积物间隙水和上覆水营养盐"源-汇"特征,并对采样点位进行了聚类分析.结果表明,沉积物中ρ(TN)在河口处含量较高,在中下游区域较接近;ρ(TP)在上游区域明显高于中下游及河口;ρ(O.M.)呈现下游高上游低的分布特征,且各采样点在深度10cm的范围内,ρ(O.M.)的最大值超过了临界点(1.5%),存在一定的释放风险.上覆水的分布上,ρ(DTN)和ρ(DTP)均在干支流交汇处最大,且ρ(DTN)从河口至上游沿程递减,ρ(DTP)沿程变化不大,而间隙水中ρ(DTN)和ρ(DTP)的分布和上覆水体相反,在上游处最大,并从上游向河口处递减.研究期间5个采样点位的DTN、NH_4~+-N、DTP(除CJ点位外)均以"源"的方式向上覆水释放营养盐,而NO_3~--N和PO_4~(3-)-P则是一部分点位呈现为"源",一部分点位呈现为"汇",且氮素的"源-汇"过程较磷素更为强烈,这是因为蓄水期底部的氧化环境和干流水体的倒灌潜入深度和方式差异所致.结合聚类分析结果发现对于沉积物-水系统,CJ、1号、2号采样点特征相近,而3号和4号采样点特征相近.     

蓄水前后三峡库区香溪河沉积物磷形态分布特征及释放通量估算

三峡库区汛末蓄水过程改变了支流库湾沉积物赋存环境,继而影响沉积物磷形态的分布特征和沉积物-水界面过程.本文通过对2016年8月(蓄水前)和10月(蓄水后)香溪河库湾沉积物和上覆水样品的采集分析,分析了蓄水前后库区干流和支流库湾底部沉积物磷形态分布特征及赋存的环境条件,估算了沉积物-水界面PO3-4-P交换通量.结果表明:蓄水后沉积物上覆水pH增加,碱性增强;Eh减少,还原性增强.沉积物中各形态磷相对含量由Na OH-PHCl-POP转变为HCl-POPNa OH-P,沉积环境的改变是磷形态变化的根本原因.沉积物中TP增加了1.3倍,上覆水ρ(PO3-4-P)是蓄水前3.7倍,间隙水ρ(PO3-4-P)是蓄水前8.3倍,增加了香溪河库湾沉积物营养盐释放风险.蓄水前后香溪河沉积物PO3-4-P总体均表现为"源",但PO3-4-P扩散通量由蓄水前的-0.002 9~0.005 9 mg·(m~2·d)~(-1)增加为蓄水后的0.006 7~0.107 1 mg·(m~2·d)~(-1),蓄水后香溪河库湾底部沉积物磷释放量增加.     

降雨对蓝藻水华消退影响及其机制分析

2016年5月24日至6月2日香溪河库湾经历了3次不同强度的降雨,对降雨前后库湾水流、水温、光学特性、叶绿素a浓度等因素进行分析.结果表明,5月27日中雨期间,较降雨前库湾上游来流量增加1.9倍,库湾平均混合层深度增加8.2 m;6月1日小雨期间,较降雨前库湾平均混合层深度增加1.6 m,平均叶绿素浓度降低2.02μg·L~(-1);6月2日大雨期间,较降雨前库湾上游来流量增加4倍,库湾平均混合层深度增加7.9 m,平均叶绿素浓度降低14.64μg·L~(-1).降雨导致上游来流量增加,加快了藻类的迁移;混合层深度增加破坏了藻类的生长环境,是水华消退的主要原因.降雨结束后,在2~3d适宜光照、温度条件下库湾水体水温分层恢复,藻类快速生长繁殖,导致库湾表层叶绿素a浓度回升,降雨对水华的暴发具有阶段性抑制作用.     

香溪河夏季水华暴发差异性研究及其机制分析

三峡水库支流水华已成广泛关注问题,香溪河在同一时期不同空间暴发了不同藻类水华。2017年6-7月对香溪河水华藻种进行连续跟踪监测,分析水华藻种和环境因子的变化及其关系。结果表明:香溪河总氮平均浓度为2.212 mg/L,总磷平均浓度为0.071 mg/L,表层水温在24.95～29.93℃之间。总磷浓度从上游到下游呈递减趋势,总氮从上游到下游呈递增趋势。监测期间中下游暴发了蓝藻水华,叶绿素a最高浓度为69.62μg/L;上游暴发了甲藻水华,叶绿素a最高浓度为100.56μg/L,水华的优势藻种呈现空间差异性。这种藻类空间分布的差异性主要受中层倒灌异重流影响,倒灌的范围同时也决定了2种水华的暴发范围。中下游水体高浓度氮与中层倒灌异重流是蓝藻水华暴发的关键。上游区间具有特殊的循环水流与高浓度磷是甲藻水华暴发的关键。