mini综述 | 面源污染在基流中的传输占比

面源污染在基流中的传输占比

近年来由于水文变化等天然条件与开采回补等人为条件的双重干扰，导致我国部分地区水循环条件发生转变，基径比逐渐增大，基流在径流中占比上升对于面源污染的汇流过程同样产生了影响，又因农灌期流域氮素输出的滞后性，导致了氮素输出途径在不同流域间的差异及在同一流域内随时间的变化特征，进一步增加了流域氮素输出途径识别的难度。基于该情况，摸清基流中氮素浓度及其在径流中的占对于制定针对性管控措施至关重要，相关文献列举如下：

基于（RTSA）算法，分析揭示了中国东部流域揭示基流DP的规律和趋势负荷和浓度。结果表明在全球气候变化的背景下，基流DP 输出将是集约化农业流域非点源污染控制的关键问题之一。

He, S. and J. Lu, Dissolved phosphorus export through baseflow in an intensively cultivated agricultural watershed of eastern China. Environmental Science and Pollution Research, 2021. 28(25): p. 32866-32878.

结合生态系统模型 InVEST 与空间统计分析，探索了水文因素（快速流动）之间的直接交互关系等因素，揭示了水文和其他因素如何共同影响不同地理区域的细菌性痢疾。研究表明水文因素对细菌性痢疾具有显着影响，与气象和社会经济因素也存在显着交互作用。

Zuo, S., et al., The direct and interactive impacts of hydrological factors on bacillary dysentery across different geographical regions in central China. Science of The Total Environment, 2021. 764: p. 144609.

基于非线性储层算法和水文气象校正基流养分负荷衰退参数，开发了一种递归示踪源算法（RTSA）。该方法可用于减少因不同气候条件下不同负荷衰退的变化而导致的基流硝酸盐负荷估计的不确定性。

He, S., et al., Estimation of baseflow nitrate loads by a recursive tracing source algorithm in a rainy agricultural watershed. Hydrological Processes, 2019. 34(2): p. 441-454.

提出了一个“基流富集率”（BER）来描述基流与基流硝酸盐负荷的关系。BER的季节性模式确定了基流硝酸盐负荷与季节性作物氮需求之间的密切联系。研究结果证明了评估基流对硝酸盐负荷的贡献以确定减少硝酸盐基流输送的适当控制策略的效用。

Schilling, K. and Y. Zhang, Baseflow contribution to nitrate-nitrogen export from a large, agricultural watershed, USA. Journal of Hydrology, 2004. 295(1-4): p. 305-316.

由于背景硝酸盐去除率的混杂效应，以及地下水驱动的地表作用和河流响应之间的延迟，很难检测到由于农业最佳管理实践而导致的潜在水质改善。为了表征两个农业集水区中硝酸盐去除的背景控制，使用地下环境示踪数据校准地下水传播时间分布，以量化历史农业投入和测量的基流硝酸盐之间的滞后时间。然后根据监测井的硝酸盐测量值估计了地下水位的空间分布负荷，使用机器学习技术将负荷外推到集水区的未监测部分，以估计集水区去除控制。研究表明流内流程为一个子汇水面积去除多达75%的传入负荷，同时为另一个子汇水面积去除<20%的传入负荷。

Zell, W.O., et al., Quantifying background nitrate removal mechanisms in an agricultural watershed with contrasting subcatchment baseflow concentrations. Journal of Environmental Quality, 2020. 49(2): p. 392-403.

确定了Bazile Creek及其支流基流硝酸盐浓度的空间和时间变化，并将这种变化与流域特征联系起来。

Richards, G., et al., Baseflow nitrate dynamics within nested watersheds of an agricultural stream in Nebraska, USA. Agriculture, Ecosystems & Environment, 2021. 308: p. 107223.

空间尺度效应已成为基流NPS污染物估计的一个关键障碍。研究了基流NPS污染物的尺度效应。结果表明，随着空间尺度的增加，基流成为NPS污染物的重要途径，其平均贡献从小源头流域的0.27增加到嵌套大流域的0.45。基流指数（BFI）和基流NPS污染物的贡献与上游流域的土地利用分布密切相关，而对于干流来说，支流流入将成为尺度效应的另一个重要原因。此外，空间尺度BFI的影响在干旱期不太明显，而基流NPS污染物的空间尺度不同水文时期差异不大。

Zhu, Y., et al., Evaluating the spatial scaling effect of baseflow and baseflow nonpoint source pollution in a nested watershed. Journal of Hydrology, 2019. 579: p. 124221.

模拟了硝酸盐负荷与水流的两个组成部分（即基流和地下暴流）之间的关系，以量化河流中的硝酸盐模式，并开发了一种新方法来估计无法获得监测数据时期的负荷。该建模框架可用于计算每日、每月和每年的硝酸盐负荷。划定暴雨流和基流之间的硝酸盐负荷有助于识别硝酸盐来源的差异，以减少和修复养分。

Ayers, J.R., et al., Development of statistical models for estimating daily nitrate load in Iowa. Science of The Total Environment, 2021. 782: p. 146643.

使用 SWAT 模拟长期自然（例如气候）和人类（例如土地利用）对喀斯特流域中的水流、沉积物和养分负荷的影响。结果对使用SWAT创建岩溶流域水文物理现实模型的用户具有影响，并指出对改进地下存储和流动路径的持续需求。

Zeiger, S.J., M.R. Owen and R.T. Pavlowsky, Simulating nonpoint source pollutant loading in a karst basin: A SWAT modeling application. Science of The Total Environment, 2021. 785: p. 147295.

在对面源污染来源及输移路径精细分析和精准管控要求下，对于基流中污染负荷的计算已经日益成为研究热点。目前对于如何分析基流中污染物占比已有不少国内外学者提出了不同的方法，但在未来不同水文条件（如极端降水、跨流域调水等）、农业发展（如灌区改造等）等情景下，还需结合不同学科，从可持续发展角度提供精准指导。

基流部分可体现地下对地表的反馈作用，在进一步完善两者互馈关系和面源污染全过程模拟框架中起至关总要的作用。同时还可进一步分析基流中不同形态氮占比的时空分布，以及不同形态氮之间的转化，以实现精准防控。

分享人介绍

金中天，2021级博士生

研究方向：流域水环境模拟

邮箱：jinzhongtian@mail.bnu.edu.cn

本公众号由北京师范大学面源污染团队运营，重点分享水利工程、环境科学与工程、生态工程、环境系统工程等领域的学术前沿、科普知识，特别是创建了科学家分享系列《失败集》和文献俱乐部；荣获2020年全国百强学术公众号。

团队负责人陈磊，北京师范大学博士生导师，第五批中组部“万人计划”青年拔尖人才获得者，流域非点源污染过程学科团队负责人（2017-2020）。主要从事流域非点源污染模拟与控制、水环境模拟与修复等领域研究，在非点源污染过程机理、核算模型和防控模式等方面取得多项关键突破。在Water Research、Water Resources Research、Journal of Hydrology等权威期刊发表学术论文100余篇，出版学术专著3部，授权软著/专利10项，获省部级奖励3项。担任4个国际期刊的SCI的栏目/客座主编，组织首届大江大河生态保护与修复研讨会，并担任多项重要学术会议秘书长、组委会副主席等职务，为30余个本领域顶级刊物提供审稿服务。

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