考虑累积效应的流域非点源污染动态模拟模型研究
批准号:
41371010
项目类别:
面上项目
资助金额:
86.0 万元
负责人:
陈丁江
依托单位:
学科分类:
D0714.环境信息与环境预测
结题年份:
2017
批准年份:
2013
项目状态:
已结题
项目参与者:
张丽萍、沈晔娜、黄宏、刘梅、张柏发、石雯倩、林溢
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中文摘要
由于长期以来养分的人为过量输入,许多国家和地区的土壤—地下水系统养分持续累积并已对非点源养分污染产生较高贡献。对这一累积效应,目前尚缺乏相应的定量研究,且现行的非点源污染模型和方法也难以满足其定量需求,阻碍了养分污染控制进程。本项目将基于流域空间统计模型的建模思路、物质质量守恒原理、计量经济学的考伊克转化方法,将不易测算的土壤—地下水系统累积养分量及其产生的养分入河量描述为相关流域属性变量和参数的函数,创建由若干个可测算变量和未知参数组成的考虑累积效应的流域非点源污染动态模拟模型;采用野外监测和调查统计、稳定性同位素分析/数字滤波、遥感影像解译、最值归一化、贝叶斯统计、净人为养分累积量计算等手段解决模型参数化、校正、多重验证及不确定性评价等问题;从而实现考虑累积效应的流域非点源污染分区、分类、分期定量,揭示各养分源滞后效应作用时间长短和养分累积的动态规律,为有效控制养分污染提供科学依据。
英文摘要
Due to long-term anthropological nutrient input in excessive pattern, the nutrient amount accumulated in soil-groundwater system has been increased continually and has yielded a considerable contribution proportion to riverine nutrient load. This accumulative effect has been recognized as one of major causes of the few decreases observed in riverine nutrient level after several years’ or decades’ implementation of nonpoint source (NPS) nutrient pollution control practices in many regions. However, few efforts have been performed to quantify this accumulative effect for guiding nutrient pollution control practices. Most important, this accumulative effect was rarely considered in many current NPS pollution models and approaches. Learning from the methodology in developing watershed spatially statistic models, law of mass conservation, and econometric Koyck conversion approach, accumulated nutrient amount in the soil-groundwater system and its resulting nutrient export load to the river, which are difficult to be measured and estimated, will be both skillfully described as the functions of several watershed attribute variables and parameters in this project. Based on this critical step, this project will develop an original dynamic watershed NPS pollution model considering the accumulative effect, which only contains several measurable or calculable variables and several unknown parameters . Combining the field experiment and survey, stable isotope analysis/digital filtering, remote sensing imagery interpretation, normalization, Bayesian statistic, and net anthropogenic nitrogen accumulation approach, the project will achieve the database establishment on watershed attribute variables and the model parameterization, calibration and multiple validations and uncertainty assessment. Relying on these efforts, watershed dynamic NPS nutrient pollution processes will be described quantificationally. The nutrient pollution contributions of different nutrient sources, their lagged effects’ duration lengths, and dynamic nutrient accumulation in response to long-term anthropological activities will be addressed explicitly. All of these results will provide necessary scientific evidences for advancing nutrient pollution controls.
土壤、地下水等中累积的历史遗留氮磷所产生的污染负荷是一些流域经过多年污染控制努力后水质仍未见成效的重要原因。对历史遗留养分的影响,目前尚缺乏相应的定量研究,且现行的非点源污染模型和方法也难以满足其定量需求,阻碍了养分污染控制进程。本项目重点研究了流域人为氮磷输入、累积、非入河输出、入河输出、河流输移过程动态规律,分析了人为氮输入与输出之间的滞后时间长及其水文学作用机制,构建了多个解析历史遗留氮磷污染贡献的过程和统计模型,阐释了长时间序列流域氮磷收支平衡。研究结果表明,永安溪流域人为氮输入和河流氮输出之间存在10年左右的滞后时长,这与非地表径流是河川径流的主要来源有关。每年河流氮输出通量中>70%来源于历史遗留氮(35%来自于土壤氮释放)。1980-2010年期间,人为累计输入的1923 kg N ha-1氮中,25%形成了遗留氮库,使得流域活性遗留氮量由1980年的380 kg N ha-1 yr-1 增加到了2010年的534 kg N ha-1 yr-1;62%通过反硝化、非收获性植物吸收等过程去除;13%通过河流输出。河流磷输出通量中13-32%来源于遗留磷,其中3-6%来自人居地遗留磷,而8-27%来自农地/林地遗留磷。1980-2010年期间,人为累计输入的69-332.1 kg P ha-1磷中,1.6-14%通过河流输出,40-64%滞留在了表层20 cm的农业土壤中,~24%通过垃圾焚烧等去除或滞留在流域中,~30%进入非收获性植物、深层土壤、底泥等。为了使河流总氮达标,需要削减平均157 kg N ha-1 yr-1(22%)的人为氮输入,且由于滞后效应,这样的削减必须是连续执行10年以上。农田土壤遗留磷对作物吸收磷的贡献由1980年的3%持续增加到了2010年的31%,而化肥磷和农家肥的贡献分别为52-80%和2-46%。以上研究结果不仅为突破当前养分污染控制困境提供了关键科学依据,而且为许多相关模拟模型改进及流域养分收支平衡研究提供了新认识。
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Modeling forest/agricultural and residential nitrogen budgets and riverine export dynamics in catchments with contrasting anthropogenic impacts in eastern China between 1980–2010
对 1980 年至 2010 年间中国东部流域的森林/农业和住宅氮预算和河流出口动态进行建模,对比人为影响
DOI:10.1016/j.agee.2016.01.037
发表时间:2016-04
期刊:Agriculture Ecosystems & Environment
影响因子:6.6
作者:Dingjiang Chen;Minpeng Hu;Yi Guo;R;y A. Dahlgren
通讯作者:y A. Dahlgren
Influence of legacy phosphorus, land use, and climate change on anthropogenic phosphorus inputs and riverine export dynamics
遗留磷、土地利用和气候变化对人为磷输入和河流出口动态的影响
DOI:10.1007/s10533-014-0055-2
发表时间:2015-03-01
期刊:BIOGEOCHEMISTRY
影响因子:4
作者:Chen, Dingjiang;Hu, Minpeng;Dahlgren, Randy A.
通讯作者:Dahlgren, Randy A.
DOI:--
发表时间:2014
期刊:环境科学
影响因子:--
作者:张柏发;陈丁江
通讯作者:陈丁江
A dynamic watershed model for determining the effects of transient storage on nitrogen export to rivers
用于确定瞬时储存对河流氮输出影响的动态流域模型
DOI:10.1002/2014wr015852
发表时间:2014-10-01
期刊:WATER RESOURCES RESEARCH
影响因子:5.4
作者:Chen, Dingjiang;Hu, Minpeng;Dahlgren, Randy A.
通讯作者:Dahlgren, Randy A.
Changes in river water temperature between 1980 and 2012 in Yongan watershed, eastern China: Magnitude, drivers and models
1980-2012年中国东部永安流域河流水温变化:幅度、驱动因素和模型
DOI:10.1016/j.jhydrol.2015.12.005
发表时间:2016-02-01
期刊:JOURNAL OF HYDROLOGY
影响因子:6.4
作者:Chen, Dingjiang;Hu, Minpeng;Dahlgren, Randy A.
通讯作者:Dahlgren, Randy A.
基于多指纹技术的农业流域磷地下入河污染贡献识别
- 批准号:Z25D010011
- 项目类别:省市级项目
- 资助金额:0.0万元
- 批准年份:2025
- 负责人:陈丁江
- 依托单位:
典型农地磷输出系数的尺度效应及转换方法
- 批准号:--
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:56万元
- 批准年份:2021
- 负责人:陈丁江
- 依托单位:
基于潜流带耦合分析的农业流域氮污染滞后效应研究
- 批准号:LR19D010002
- 项目类别:省市级项目
- 资助金额:0.0万元
- 批准年份:2018
- 负责人:陈丁江
- 依托单位:
农业流域非点源氮污染的水文滞后效应及其定量源解析研究
- 批准号:41877465
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:62.0万元
- 批准年份:2018
- 负责人:陈丁江
- 依托单位:
农业流域非点源磷污染的遗留效应及其模拟模型研究
- 批准号:51679210
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:62.0万元
- 批准年份:2016
- 负责人:陈丁江
- 依托单位:
考虑非点源污染的河流可变水环境容量计算及其不确定性分析
- 批准号:41001120
- 项目类别:青年科学基金项目
- 资助金额:22.0万元
- 批准年份:2010
- 负责人:陈丁江
- 依托单位:
国内基金
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