美国密西西比河下游水体含氮量预报方法_严宝文
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陆海统筹的总氮污染治理研究进展及对策建议
陆海统筹的总氮污染治理研究进展及对策建议目录1. 内容概览 (2)1.1 研究背景 (3)1.2 研究意义 (4)1.3 研究内容与方法 (5)2. 总氮污染的现状分析 (6)2.1 陆源氮素排放概况 (7)2.2 海上氮素排放概况 (7)2.3 陆海交互作用下的氮素动态 (9)3. 陆海统筹总氮污染治理研究进展 (10)3.1 陆地环境管理策略 (11)3.1.1 农业面源污染防治 (12)3.1.2 工业排放控制措施 (13)3.1.3 城市生活污水治理 (14)3.2 海洋环境管理策略 (16)3.2.1 海洋面源污染综合治理 (17)3.2.2 海上活动排放控制 (18)3.2.3 近岸海域水质改善 (20)4. 陆海统筹总氮污染治理存在的问题 (21)4.1 政策法规协调性不足 (22)4.2 管理机制不完善 (23)4.3 技术应用不充分 (25)4.4 跨域监测与数据共享困难 (26)5. 对策建议 (27)5.1 明确陆海统筹总氮污染治理目标 (29)5.2 制定和完善相关法律法规 (30)5.3 构建陆海统筹的管理体制 (31)5.4 应用先进技术，促进区域联防联控 (32)5.5 加强公众参与和宣传教育 (33)1. 内容概览总氮(Total Nitrogen, TN)污染治理是维护水体健康、促进生态平衡的关键任务。
本文档深入探讨了陆海统筹策略下，提高总氮管理效率的最新研究进展。
通过回顾一系列国际国内的相关研究成果，为全面理解现存的陆海总氮污染问题提供理论依据，并提出针对性的对策建议。
总氮污染的背景与现状分析：首先回顾了氮素在全球范围内对环境的破坏作用，并具体分析了陆海生态系统中氮的输入、分布与效应。
特别关注了氮循环过程和对生态系统的潜在危害，如富营养化和海洋酸化。
世界与中国陆海总氮污染比较研究：呈现全球范围内氮污染的分布模式，并深入分析中国在陆海两层面上氮污染的规律与特征。
论述美国河湖氮磷标准
论述美国河湖氮磷标准摘要：美国EPA颁布的美国各营养物分区总氮、总磷基准标准推荐值没有考虑河、湖总氮、总磷衔接问题， EPA生态Ⅵ分区推荐的河流TP基准或标准为是湖泊TP的基准或标准的2倍左右；河流TN是湖泊TN基准或标准的2.79倍左右。
虽然美国EPA营养物基准未直接考虑河、湖氮磷水质衔接问题，但是EPA颁布的湖泊、水库营养物制定基准指南《Nutrient Criteria Technical Guidance Manual: Lakes and Reservoirs》却提出了基于美国清洁水法303(d)，针对受损水体需要开展每日最大负荷计划（TMDLs）。
关键词：美国河湖氮磷标准衔接Abstract:America EPA issued by various nutrients partitioning the total nitrogen, total phosphorus, benchmark standards recommended value without considering the river, lake, total nitrogen, total phosphorus join problem, the EPA on ecological Ⅵ recommended rivers is TP benchmark or standard for lakes TP benchmark or standard about 2 times; River TN is about 2.79 times of lake TN datum or standard. Althoughthe U.S. EPA nitrogen and phosphorus nutrients benchmark does not directly consider the river, lake water quality problem, but the EPA issued Lakes and Reservoirs nutrients for benchmark guide the Nutrient Criteria Technical Guidance Manual: 'lakes and Reservoirs, are presented based on the clean water act of 303 (d), for the damagedwater (TMDLs) need to carry out the daily maximum load plan.Key words: American rivers and lakes; nitrogen and phosphorus; standard cohesion1 前言磷和氮是两种天然存在的生物活性元素，是所有生物组织的组成部分，它们是植物和动物生命所必需的营养物质，是维持湖泊生态系统健康的必要物质。
一次连续降雨过程中氨氮在不同介质中迁移模拟柱实验
一次连续降雨过程中氨氮在不同介质中迁移模拟柱实验张艳;迟宝明;关成尧;谷洪彪;宋洋【摘要】氨氮在包气带中迁移与介质含水量多少有关.自然界中,降雨是影响介质含水量多少和运移的主要因素.通过动态土柱实验模拟降雨过程中氨氮迁移规律.结果表明,降雨时包气带处于饱和状态,氨氮下移平均速率10 cm/5 h,明显比非降雨情况污染扩散速度高1个量级.降雨后包气带处于非饱和状态,介质可固定氨氮.粗颗粒中氨氮浓度变化稳定;细颗粒中氨氮浓度缓慢减少.72 h连续实验,浅层氨氮达到吸附平衡,深层未达到吸附平衡,粗颗粒吸附速率慢于细颗粒.【期刊名称】《科学技术与工程》【年(卷),期】2015(015)012【总页数】5页(P260-264)【关键词】氨氮;包气带;迁移;连续降雨【作者】张艳;迟宝明;关成尧;谷洪彪;宋洋【作者单位】中国地震局工程力学研究所,哈尔滨150080;防灾科技学院,北京101601;中国地震局工程力学研究所,哈尔滨150080;防灾科技学院,北京101601;防灾科技学院,北京101601;防灾科技学院,北京101601;中国地震局工程力学研究所,哈尔滨150080;防灾科技学院,北京101601【正文语种】中文【中图分类】X53氨氮污染困扰着很多地区，是现今地下水污染中较为常见并亟待解决的问题。
进入土壤的氨氮一方面被土壤吸附，长期存在。
另一方面随地下水迁移，入渗到深层土壤及含水层中，同时发生硝化反硝化作用，易造成地下水中硝酸盐和亚硝酸盐污染[1—3]。
国内外学者就氨氮污染成因、迁移转化规律等问题进行了研究，运用方法包括室内实验、模型模拟、同位素分析等，室内实验主要通过动态土柱实验研究氮素在饱和介质中的迁移过程，通过静态实验研究三氮硝化反硝化过程[4—7]，但对于研究短时间内降雨快速入渗条件下氨氮在包气带中的运移规律较少。
因此，将从室内动态土柱实验角度做进一步研究。
1.1 实验样品实验土样采于潮白河河床和河漫滩的砂以及自主混合砂(取自河床的砂与小砾石(0.5～0.2 mm)按10∶1的比例混合而成。
水体总氮测定方法的探索和研究
关键词：测定方法；水体总氮；研究；探索
中图分类号：［ＴＥ９９１．２］ 文献标识码：Ｂ 文章编号：１６７３—９０１９（２０１２）—１７—００４２（０２）
我国拥有着众多的水库和湖泊，有着丰富的水资源。随着工 业化程度的提高和工业的进一步发展，对水体的富营养化带来 了严重的影响，如果不及时制定相应的解决措施，这种现象将日 趋严重。为了对水资源科学的利用，同时对湖泊和水库进行合理 的保护，必须要采取有效的措施预测、评价和监测水库的营养化 状况。水库和湖泊的特定项目就是总氮，它是对水体富营养化进 行控制、对水生物和人体健康进行保护的重要的参考指标和物 理学指标，所以对水体中总含氮量进行准确监测，具有非常重要 的意义。
５．２３ ５．４２ １５．３５ ９．７３ １５．８２ ９．０９
９７ 高的问题，测定结果有一定的规律性。
１０１
四、结语
１０１
为了科学利用水资源，同时对湖泊和水库进行合理的保护，
９７ 必须要采取有效措施预测、评价和监测水库的营养化状况。实验
证明，该水体总氮测定的创新方法，无论是相对误差还是线性关 １０２
饮水工程
甘肃农业 ２０１２ 年第 １７ 期（总 ３４７ 期）
水体总氮测定方法的探索和研究
闫启发 （甘肃省酒泉水文水资源勘测局，甘肃 嘉峪关 ７３５１００）
摘 要：总氮是水体中各种形态氮的总和，体现了水库、湖泊水体所含的营养化程度以及受污染程度。若水体中含氮量过高，则 会直接降低水体质量。尤其是对于水库、湖泊等，含氮量的增加，会产生大量繁殖藻类和浮游生物，使水中溶解的氧气被消耗，使水体 质量进一步恶化。作者以黑河和疏勒河为例，结合这两大水系的水质化验分析情况，做了大量的探索和研究工作，旨在为同类研究提 供依据。
５．１８
中图分类号：［ＴＥ９９１．２］ 文献标识码：Ｂ 文章编号：１６７３—９０１９（２０１２）—１７—００４２（０２）
我国拥有着众多的水库和湖泊，有着丰富的水资源。随着工 业化程度的提高和工业的进一步发展，对水体的富营养化带来 了严重的影响，如果不及时制定相应的解决措施，这种现象将日 趋严重。为了对水资源科学的利用，同时对湖泊和水库进行合理 的保护，必须要采取有效的措施预测、评价和监测水库的营养化 状况。水库和湖泊的特定项目就是总氮，它是对水体富营养化进 行控制、对水生物和人体健康进行保护的重要的参考指标和物 理学指标，所以对水体中总含氮量进行准确监测，具有非常重要 的意义。
５．２３ ５．４２ １５．３５ ９．７３ １５．８２ ９．０９
９７ 高的问题，测定结果有一定的规律性。
１０１
四、结语
１０１
为了科学利用水资源，同时对湖泊和水库进行合理的保护，
９７ 必须要采取有效措施预测、评价和监测水库的营养化状况。实验
证明，该水体总氮测定的创新方法，无论是相对误差还是线性关 １０２
饮水工程
甘肃农业 ２０１２ 年第 １７ 期（总 ３４７ 期）
水体总氮测定方法的探索和研究
闫启发 （甘肃省酒泉水文水资源勘测局，甘肃 嘉峪关 ７３５１００）
摘 要：总氮是水体中各种形态氮的总和，体现了水库、湖泊水体所含的营养化程度以及受污染程度。若水体中含氮量过高，则 会直接降低水体质量。尤其是对于水库、湖泊等，含氮量的增加，会产生大量繁殖藻类和浮游生物，使水中溶解的氧气被消耗，使水体 质量进一步恶化。作者以黑河和疏勒河为例，结合这两大水系的水质化验分析情况，做了大量的探索和研究工作，旨在为同类研究提 供依据。
５．１８
dumas法
杜马斯法（Dumas method）是一种常用的测定有机物中氮含量的方法，它是由法国化学家杜马斯于1831年提出的。
该方法的主要原理是将待测物质进行燃烧，使氮元素转化为氮气，然后通过一系列化学反应将氮气转化为一种易于测定的气体，通常是氨气，最后通过体积、质量或其他方法测定氨气的含量，从而计算出待测物质中的氮含量。
杜马斯法的操作步骤相对简单，但需要注意一些关键点，例如待测物质的样品必须充分干燥，以避免水分的干扰，在燃烧过程中需要添加适量的氧气，以确保样品完全燃烧，生成的氮气不受其他气体的干扰。
杜马斯法的优点是测定结果准确可靠，适用于各种有机物。
与其他测定氮含量的方法相比，它具有操作简单、耗时短、成本低等优势。
因此，被广泛应用于农业、化工、环境科学等领域。
然而，杜马斯法也存在一些局限性，例如由于该方法是通过燃烧样品来释放氮气，因此只适用于含氮有机物的测定。
对于不含氮的有机物，需要采用其他方法进行测定。
此外，该方法对一些特殊的有机物，如含有硝基或氨基的化合物，可能存在干扰，需要进一步处理样品或选择其他方法进行测定。
总之，杜马斯法在测定有机物中氮含量方面具有广泛的应用，但在使用过程中需要注意一些关键操作步骤和注意事项，以保证测定结果的准确性和可靠性。
密西西比河入海水体悬沙浓度变化过程研究
密西西比河入海水体悬沙浓度变化过程研究杨江洁;戴志军;梅雪菲;Fagherazzi Sergio【期刊名称】《海洋学报》【年(卷),期】2022(44)7【摘要】河流入海水体悬沙浓度的变化直接反映该流域人类活动和自然应力的影响。
基于密西西比河塔伯特兰丁站长期水文资料,本文采用百分位法、Mann-Kendall法等统计方法对近40年密西西比河入海水体悬沙浓度进行分析,探究密西西比河通过“鸟足状”三角洲进入墨西哥湾的水体悬沙浓度变化过程及其可能影响因素。
结果表明:(1)在1976-2015年期间,密西西比河入海水体悬沙浓度展现阶段性下降趋势,其中第一时期即1976-1987年期间,入海水体悬沙浓度相对较高,平均值为0.33 kg/m^(3);第二时期即1988-2015年期间,悬沙浓度较低且平均值为0.25 kg/m^(3)。
(2)密西西比河日径流量与悬沙浓度之间的关系符合高斯分布。
与1976-1987年相比,1988-2015年期间水沙关系曲线较为扁平,日均超过0.60 kg/m^(3)的高悬沙浓度事件明显减少。
在低流量及起动流量阶段,悬沙浓度随着流量的增加而增加,在流量接近20000 m^(3)/s时,悬沙浓度达到最大值,流量高于20000 m^(3)/s后,悬沙浓度反而随着流量增加而减小。
同时,密西西比河月均水沙关系在1976-1987年期间呈双绳套样,1988-2015年期间则呈现“先沙后水”的顺时针单一型绳套样。
(3)分洪工程建设及土壤保持措施是影响密西西比河入海水体悬沙浓度的主要原因。
其中,工程建设减少了河道沿程沉积物物源,土壤保持措施使土地侵蚀减少,从而使得悬沙浓度保持较低水平。
此外,极端水文事件对密西西比河入海悬沙浓度的影响较小。
【总页数】11页(P71-81)【作者】杨江洁;戴志军;梅雪菲;Fagherazzi Sergio【作者单位】华东师范大学河口海岸学国家重点实验室;波士顿大学地球与环境学院【正文语种】中文【中图分类】P332.5【相关文献】1.风暴过程中潮滩悬沙浓度和悬沙输运的r变化及其动力机制r——以长江三角洲南汇潮滩为例2.基于水体光学分类的鄱阳湖悬沙浓度反演方法研究3.悬沙水体不同波段反射比的分布特征及悬沙量估算实验研究4.水体悬沙浓度连续测量技术研究综述因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
滨海湿地监测_以美国密西西比河三角洲湿地为例_高茂生
ISSN1009-2722 CN37-1475/P海洋地质前沿Marine Geo logy Frontiers第27卷第2期Vol27No2文章编号:1009-2722(2011)02-0056-05滨海湿地监测———以美国密西西比河三角洲湿地为例高茂生1,2,Christopher M Sw arzenski3(1国土资源部海洋油气资源和环境地质重点实验室,青岛266071;2青岛海洋地质研究所,青岛266071;3美国地质调查局路易斯安那州水科学研究中心,路易斯安那,美国)摘 要:一个完整的三角洲滨海湿地系统,其上游有作为淡水补给的地表河流,下游有与之相联系的海水,中间则是由低海拔湿地区和地表水系所组成,在季节性的河水水位和海洋之间的咸淡水界面一定有水位和盐度梯度动态变化,在湿地动态监测过程中要关注水位和盐度梯度变化及水动力学规律。
关键词:滨海湿地;水文监测;盐度梯度;密西西比河三角洲中图分类号:X834;P736 文献标识码:A 在进行湿地系统监测时,要有明确的监测目标,充分考虑湿地土壤、水体和植被等监测内容[1]。
几乎所有三角洲湿地都存在水文系统的改变,以密西西比河三角洲湿地为例(图1),为预防洪水泛滥而修筑堤坝,为防止海水入侵建立运河、水道来改变河流水文循环。
水文改变甚至控制着密西西比河的水流运动系统,对整个湿地生态环境系统产生负面影响。
湿地土壤水中除富含营养物外,有时还含有除草剂等有机污染物,都会影响湿地的土质和植物的生长,而有些化学元素如S 和N含量的增加会影响土壤的生存环境[2-4]。
此外,河流、大气降水、海水等都可能改变湿地土壤的生存环境[5-8]。
三角洲湿地界于淡水和海水之间,有大量河渠、水系和低地分布,其间盐度梯度变化明显。
湿收稿日期:2010-11-03基金项目:国土资源公益性行业科研专项滨海湿地生态系统的固碳能力探测与评价(201111023);国土资源大调查项目(NO. 1212010611402);国家自然科学基金(40872166)作者简介:高茂生(1966—),男,副研究员,博士,主要从事海岸带环境地质研究工作.E-mail:gms532@ 地生长与海平面变化密切相关,系统监测时要充分了解当地海平面变化、地形和水头的季节性差异性、地表和地下水流及盐度梯度变化[9]。
河流氧化亚氮数据
河流氧化亚氮数据
由于氧化亚氮（NOx）在大气和水体中的存在对环境和人类健康都具
有重要的影响，因此对全球范围内河流中NOx浓度的监测和研究越来越受
到关注。
以下是一些公开的河流氧化亚氮数据：
1.美国地质勘探局（USGS）提供了关于美国各州和领地中数百个河流
和水体中NOx浓度的数据。
这些数据可在USGS的水资源监测网站上获得。
2. 具有代表性的全球河流的NOx数据可以在联合国教科文组织（UNESCO）的世界水质监测数据中心（GEMStat）上获得。
该数据是由各
个国家和地区的监测机构提供的，涵盖了100多个国家和地区的河流、湖
泊和地下水体。
3.欧洲环境署（EEA）提供了关于欧洲各地河流中NOx浓度的数据。
具体数据可在EEA的水质监测和评估程序（WISE）平台上获得。
4.中国国家环境保护部和中国科学院等机构也提供了关于中国各地河
流中NOx浓度的数据。
这些数据可以在官方网站或科学论文中获得。
这些数据可以帮助科学家和政策制定者更好地了解NOx在河流生态系
统中的影响，并提供数据支持来制定更有效的环境治理措施。
美国生态浮岛除氮能力测试分析
２ 方 法与材料
在 韦斯 利污 水 处理 中心 ，建 有 面 积 １．６ ｈｍ 的塑料 衬底 水 池 ，池 内搭 建 ２０个 ＦＷＩ。 ＰＣＭＲＳ中水 通 过 临 时 管 道 输 送 到 池 内。池 塘 溢流 引 到 ｗｗＴＦ附 近 废 弃 的池 塘 ，然 后 再用 泵抽 回到 ＷＷＴＦ渠 首 。
在建设大型 中水储存水库 ，在库内设置降氮 ２．１ 浮 岛设 置
的湿地 浮 岛 （ＦＷＩ）， 以使 氮 排 放 限制 地 区 更 多地 利用 中水 。
ＦＷＩ可 改善 天然 水体 或用 于存储 和 输送
ＦＷＩ购 于美 国洛 杉矶 巴吞鲁 日的马 丁生 态 系统公 司 。每 个 浮 垫 规 格 为 ２．４ ｍ ×３．０ ｍ。ＦＷＩ表 面积 总计 １４９ ｍ 。各 ＦＷＩ用 包 由
池塘 总 蓄水 量 约 １．９万 ｍ 。 在 池 塘 西 侧靠 近西 南角 ，铺设 管径 １０ ｅｌｎ的池 塘进 水 临 时管 道 ，并 安 装 了流 量 计 。ｗｗＴＦ管 理 人 员每天 记 录流量 数据 。池塘 出水管 道 高程 固定 ，提 供连 续水 位控制 ，池 塘水位 无需 监 测 。利用 进水 流 量 与 水位 蓄水 量 对 应 关 系 ， 实 现池 塘每 日水量 平衡 。 ２．４ 采样
利 用 策略 。此 外 ，ＰＣＭＲＳ包 括 容量 ２３．５万 理 ；之 所 以硝酸 盐含 量较 高 的暴 雨 反 硝 化作
ｍ 的蓄 水池 （里塔 （Ｒｉｔａ） 湖 ）、兰 奥 莱 克 用 增强 ，是 因 为 在 ＦＷＩ控 制 下 ，水 体 内溶
斯 （Ｏ’Ｌａｋｅｓ） ＷＷＴＦ ３７．９万 ｍ 的 已 建 解 氧浓 度低 及湿 地浮 岛 内植 被 根部 可用 的有
７％ 。在 初 始 安 装 后 ，池 底 安 放 重 锚 ，将 ＦＷＩ固定 于水下 。池 塘底部 倾斜 ，西 区顶 头 附 近 深 约 １ ｍ，到 东 区 顶 头 附 近 深 ２ ｍ。 ＦＷＩ设 置 于排水 口附近 ，深 大 约 １．５ ｍ。 ２．２ 湿地 植被 物种 选择
水体自净程度的指标
实验二水体自净程度的指标各种形态的氮相互转化和氮循环的平衡变化是环境化学和生态系统研究的重要内容之一。
水体中氮产物的主要来源是生活污水和某些工业废水及农业面源。
当水体受到含氮有机物污染时，其中的含氮化合物由于水中微生物和氧的作用，可以逐步分解氧化为无机的氨(NH3)或铵(NH4+)、亚硝酸盐(NO2-)、硝酸盐(NO3-)等简单的无机氮化物。
氨和铵中的氮称为氨氮；亚硝酸盐中的氮称为亚硝酸盐氮；硝酸盐中的氮称为硝酸盐氮。
通常把氨氮、亚硝酸盐氮和硝酸盐氮称为三氮。
这几种形态氮的含量都可以作为水质指标，分别代表有机氮转化为无机氮的各个不同阶段。
在有氧条件下，氮产物的生物氧化分解一般按氨或铵、亚硝酸盐、硝酸盐的顺序进行，硝酸盐是氧化分解的最终产物。
随着含氮化合物的逐步氧化分解，水体中的细菌和其它有机污染物也逐步分解破坏，因而达到水体的净化作用。
有机氮、氨氮、亚硝酸盐氮和硝酸盐氮的相对含量，在一定程度上可以反映含氮有机物污染的时间长短，对了解水体污染历史以及分解趋势和水体自净状况等有很高的参考价值，见表6-1。
目前应用较广的测定三氮方法是比色法，其中最常用的是：纳氏试剂比色法测定氨氮，盐酸萘乙二胺比色法测定亚硝酸盐氮，二磺酸酚比色法测定硝酸盐氮。
一、实验目的1. 掌握测定三氮的基本原理和方法。
2. 解测定三氮对环境化学研究的作用和意义。
二、仪器(1) 玻璃蒸馏装置。
(2) pH计。
(3) 恒温水浴。
(4) 分光光度计。
(5) 电炉：220V/1KW。
(6) 比色管：50mL。
(7) 陶瓷蒸发皿：100或200mL。
(8) 移液管：1mL、2mL、5mL。
容量瓶：250mL。
三、实验步骤（一）氨氮的测定——纳氏试剂比色法1. 原理氨与纳氏试剂反应可生成黄色的络合物，其色度与氨的含量成正比，可在425nm波长下比色测定，检出限为0.02μg/mL。
如水样污染严重，需在pH为7.4的磷酸盐缓冲溶液中预蒸馏分离。
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严宝文，Tomer M D，温得平． 美国密西西比河下游水体含氮量预报方法［J］． 排灌机械工程学报，2013，31（ 9） ： 800 － 804．
Method for predicting nitrogen concentration in water on lower Mississippi River in USA
Yan Baowen1 ，Mark D． Tomer2 ，Wen Deping3
（ 1． College of Water Resources and Architectural Engineering，Northwest A＆F University，Yangling，Shaanxi 712100，China； 2． National Laboratory for Agriculture and the Environment，ARS / USDA，AMES，IA 50011 － 0000，USA； 3． Water and Hydrologic Survey Bureau of Qinghai Province，Dulan，Qinghai 816100，China）
文中通过收集密西西比河下游控制性水文站 维克斯堡（ Vicksburg） 站的径流和硝态氮质量浓度 资料，先运用 Baseflow 程序进行基流分割，再利用耶 鲁大学 Loadruner 软件补全河流水体中硝态氮质量 浓度的逐日序列和逐月序列，最后运用 BP 神经网 络方法对径流含氮量进行预报研究，获得河流硝态 氮质量浓度预报的步骤和方法，并对月硝态氮质量 浓度进行验证预报． 前两类方法的应用目前在国内 尚未报道，所 以 文 中 的 研 究 方 法、步 骤 和 所 获 得 的 成果可作为我国类似河流水体含氮量预报的重要 参考和借鉴．
802
排灌机械工程学报
第 31 卷
表 1 Loadruner 回归模型 Tab． 1 Regression model of Loadrunner
图 1 Baseflow 程序基流分割示意图 Fig． 1 Sketch of baseflow separation with Baseflow program
3. 1 基流分割方法 基流指补给河水的地下径流［4］． 文中基流分割
采用 Baseflow 程序，Baseflow 是一类自动化的 DOS 界面基流分割程序．
程序中基流分割主要依据英国水文所提出的 基流指数法，其原理如图 1 所示，图中 Filtered baseflow 代表基流，源于地表径流（ Streamflow） 的消退， 比总流量稳定，变化小． 虽然原理的物理基础较弱， 但依据该原理确定的基流分割法具有的客观性和 实用性特点仍使这一方法得到十分广泛的应用．
量充沛，属亚热带湿润区． 河道在洪泛平原上形成 众多曲流遗迹、弓形湖、牛轭湖和沼泽回水．
位于密西西比州的维克斯堡站是密西西比河 下游 的 控 制 性 水 文 站，其 多 年 平 均 流 量 为 456. 8 m3 / s，流量极值分别为 75. 2 m3 / s（ 1936 年冬季） 和 1 650. 8 m3 / s（ 1937 年夏季） ． 俄亥俄河是密西西比 河下游最大支流，它与干流一起在 3—6 月达到最高 水位，俄亥俄河最大月平均流量通常出现在 3 月，时 段流量占密西西比河下游流量的 3 /5 以上．
Abstract： In order to investigate pollution and eutrophication caused from agricultural nonpoint source pollution in river water，it is essential to predict the relation between the concentration of nitrate nitrogen in a river and the runoff for such an ion-dominated pollutant． Hence，the lower Mississippi river with intensive farming land in USA was chosen as a model and the nitrate nitrogen concentration，runoff water quality data collected from Vicksburg Hydrological Station on the river were analyzed． Then the whole runoff data set was separated into daily and monthly individual data sets by using Baseflow program，furthermore，the individual runoff data sets were extended and complemented by using Loadrunner Program of Yale University to form a continuously daily nitrate nitrogen concentration series； eventually，the monthly concentration sequences were established． The monthly nitrate nitrogen concentration in the water body was predicted by means of neural network method，as a result，the corresponding procedure and predication formulas were proposed． The results showed that the average error
3 研究方法
1 流域概况
密西西比河是美国第一大河，发源于美国西北 部落基山北 段，由 北 向 南 纵 贯 美 国 大 平 原，最 后 注 入墨西哥湾，全长 3 950 km． 密西西比河流经美国 31 个 州 和 加 拿 大 2 个 州，流 域 面 积 3 250 000 km2［3］． 整个流域类似漏斗形，漏斗敞口附近地区的 沉积物大部分被挟带沉积于漏斗出口处的冲积平 原． 其下游从俄亥俄河河口起至密西西比河三角洲 河口部，河段全长 1 570 km，地势平坦，气候温和，雨
Mark D． Tomer （ 1960—） ，男，美国爱荷华州人，研究员，博士（ Mark． Tomer@ ARS． USDA． GOV） ，主要从事土壤环境与水环境保 护研究．
第9 期
严宝文，等 美国密西西比河下游水体含氮量预报方法
801
between predicted and observed concentrations is 7． 5% ，implying the procedure and formulas proposed are accurate and feasible． It suggests that this method can be applied to predict monthly nitrate nitrogen concentration in a real river． Key words： nitrate nitrogen forecast； Mississippi River； concentration of nitrate nitrogen；
2013 年 9 月 第 31 卷 第 9 期 Sept． 2013 Vol． 31 No． 9
doi： 10． 3969 / j． issn． 1674 － 8530． 2013． 09． 013
美国密 D． Tomer2，温得平3
（ 1． 西北农林科技大学水利与建筑工程学院，陕西 杨凌 712100； 2． 美国农业部农业与环境国家实验室，美国 爱荷华州 埃姆斯市 50011 － 0000； 3． 青海省水文水资源勘测局，青海 都兰县 816100）
artificial neural network； Loadruner procedure
河流水体污染和富营养化问题是水污染研究 的重要课题． 在众多的面源污染类型中，氮素污染 是最常见的 一 类，由 于 溶 解 性 较 好，其 污 染 质 量 浓 度的变化与径流大小的变化关系密切． 而作为以离 子型为主的 一 类 污 染 物，在 氮 的 各 种 形 态 中，硝 态 氮（ NO3－ － N） 对水体水质的影响最为显著． 在长期 耕作的农田分布区，水体硝态氮污染的过程多趋于 与径流变化同步的规律化和常态化，由此具备了预 报的可能性［1］． 密西西比河是美国第一大河流，该 流域也是美国农业密集地区，对其河流水体面源污 染物尤其是氮污染物变化规律的研究已成为美国 中部地区水文学研究的重要内容［2］． 由于该区域的 农田排水方式多为暗管排水，所以农业污染物进入 河流的方式也是以地下渗流携带为主，即氮素污染 物的质量浓度变化与径流中的基流关系比之与地 表径流总量的关系更为密切．
严宝文
摘要： 为了研究农业区面污染造成的河流水体污染和富营养化等问题，以离子型为主的硝态氮 污染物的质量浓度与径流大小的变化关系为河流水体含氮量预报的基础，选择农业区密集的美 国密西西比河下游为研究对象，观测干流上控制性水文站维克斯堡站，对收集到的相关径流和 水体硝态氮资料进行分析; 运用 Baseflow 基流分割程序对径流序列分别进行日、月基流分割，将 所分割的基流运用耶鲁大学 Loadrunner 程序，延伸和补全所选站点水体硝态氮的逐日质量浓度 序列，并进一步建立逐月数据序列; 运用神经网络方法，对研究对象的水体月硝态氮质量浓度进 行了验证预报，建立了相应的预报步骤与预报公式． 预报结果显示: 对密西西比河下游水体月硝 态氮质量浓度预报平均误差为 7. 5% ． 由此可见所提出的步骤和方法的准确性与适用性，可用于 实际的河流水体月硝态氮质量浓度预报． 关键词： 硝态氮预报; 密西西比河; 河流含氮量; 人工神经网络; Loadrunner 程序 中图分类号： S277. 9； X522 文献标志码： A 文章编号： 1674 － 8530（ 2013） 09 － 0800 － 05
Method for predicting nitrogen concentration in water on lower Mississippi River in USA
Yan Baowen1 ，Mark D． Tomer2 ，Wen Deping3
（ 1． College of Water Resources and Architectural Engineering，Northwest A＆F University，Yangling，Shaanxi 712100，China； 2． National Laboratory for Agriculture and the Environment，ARS / USDA，AMES，IA 50011 － 0000，USA； 3． Water and Hydrologic Survey Bureau of Qinghai Province，Dulan，Qinghai 816100，China）
文中通过收集密西西比河下游控制性水文站 维克斯堡（ Vicksburg） 站的径流和硝态氮质量浓度 资料，先运用 Baseflow 程序进行基流分割，再利用耶 鲁大学 Loadruner 软件补全河流水体中硝态氮质量 浓度的逐日序列和逐月序列，最后运用 BP 神经网 络方法对径流含氮量进行预报研究，获得河流硝态 氮质量浓度预报的步骤和方法，并对月硝态氮质量 浓度进行验证预报． 前两类方法的应用目前在国内 尚未报道，所 以 文 中 的 研 究 方 法、步 骤 和 所 获 得 的 成果可作为我国类似河流水体含氮量预报的重要 参考和借鉴．
802
排灌机械工程学报
第 31 卷
表 1 Loadruner 回归模型 Tab． 1 Regression model of Loadrunner
图 1 Baseflow 程序基流分割示意图 Fig． 1 Sketch of baseflow separation with Baseflow program
3. 1 基流分割方法 基流指补给河水的地下径流［4］． 文中基流分割
采用 Baseflow 程序，Baseflow 是一类自动化的 DOS 界面基流分割程序．
程序中基流分割主要依据英国水文所提出的 基流指数法，其原理如图 1 所示，图中 Filtered baseflow 代表基流，源于地表径流（ Streamflow） 的消退， 比总流量稳定，变化小． 虽然原理的物理基础较弱， 但依据该原理确定的基流分割法具有的客观性和 实用性特点仍使这一方法得到十分广泛的应用．
量充沛，属亚热带湿润区． 河道在洪泛平原上形成 众多曲流遗迹、弓形湖、牛轭湖和沼泽回水．
位于密西西比州的维克斯堡站是密西西比河 下游 的 控 制 性 水 文 站，其 多 年 平 均 流 量 为 456. 8 m3 / s，流量极值分别为 75. 2 m3 / s（ 1936 年冬季） 和 1 650. 8 m3 / s（ 1937 年夏季） ． 俄亥俄河是密西西比 河下游最大支流，它与干流一起在 3—6 月达到最高 水位，俄亥俄河最大月平均流量通常出现在 3 月，时 段流量占密西西比河下游流量的 3 /5 以上．
Abstract： In order to investigate pollution and eutrophication caused from agricultural nonpoint source pollution in river water，it is essential to predict the relation between the concentration of nitrate nitrogen in a river and the runoff for such an ion-dominated pollutant． Hence，the lower Mississippi river with intensive farming land in USA was chosen as a model and the nitrate nitrogen concentration，runoff water quality data collected from Vicksburg Hydrological Station on the river were analyzed． Then the whole runoff data set was separated into daily and monthly individual data sets by using Baseflow program，furthermore，the individual runoff data sets were extended and complemented by using Loadrunner Program of Yale University to form a continuously daily nitrate nitrogen concentration series； eventually，the monthly concentration sequences were established． The monthly nitrate nitrogen concentration in the water body was predicted by means of neural network method，as a result，the corresponding procedure and predication formulas were proposed． The results showed that the average error
3 研究方法
1 流域概况
密西西比河是美国第一大河，发源于美国西北 部落基山北 段，由 北 向 南 纵 贯 美 国 大 平 原，最 后 注 入墨西哥湾，全长 3 950 km． 密西西比河流经美国 31 个 州 和 加 拿 大 2 个 州，流 域 面 积 3 250 000 km2［3］． 整个流域类似漏斗形，漏斗敞口附近地区的 沉积物大部分被挟带沉积于漏斗出口处的冲积平 原． 其下游从俄亥俄河河口起至密西西比河三角洲 河口部，河段全长 1 570 km，地势平坦，气候温和，雨
Mark D． Tomer （ 1960—） ，男，美国爱荷华州人，研究员，博士（ Mark． Tomer@ ARS． USDA． GOV） ，主要从事土壤环境与水环境保 护研究．
第9 期
严宝文，等 美国密西西比河下游水体含氮量预报方法
801
between predicted and observed concentrations is 7． 5% ，implying the procedure and formulas proposed are accurate and feasible． It suggests that this method can be applied to predict monthly nitrate nitrogen concentration in a real river． Key words： nitrate nitrogen forecast； Mississippi River； concentration of nitrate nitrogen；
2013 年 9 月 第 31 卷 第 9 期 Sept． 2013 Vol． 31 No． 9
doi： 10． 3969 / j． issn． 1674 － 8530． 2013． 09． 013
美国密 D． Tomer2，温得平3
（ 1． 西北农林科技大学水利与建筑工程学院，陕西 杨凌 712100； 2． 美国农业部农业与环境国家实验室，美国 爱荷华州 埃姆斯市 50011 － 0000； 3． 青海省水文水资源勘测局，青海 都兰县 816100）
artificial neural network； Loadruner procedure
河流水体污染和富营养化问题是水污染研究 的重要课题． 在众多的面源污染类型中，氮素污染 是最常见的 一 类，由 于 溶 解 性 较 好，其 污 染 质 量 浓 度的变化与径流大小的变化关系密切． 而作为以离 子型为主的 一 类 污 染 物，在 氮 的 各 种 形 态 中，硝 态 氮（ NO3－ － N） 对水体水质的影响最为显著． 在长期 耕作的农田分布区，水体硝态氮污染的过程多趋于 与径流变化同步的规律化和常态化，由此具备了预 报的可能性［1］． 密西西比河是美国第一大河流，该 流域也是美国农业密集地区，对其河流水体面源污 染物尤其是氮污染物变化规律的研究已成为美国 中部地区水文学研究的重要内容［2］． 由于该区域的 农田排水方式多为暗管排水，所以农业污染物进入 河流的方式也是以地下渗流携带为主，即氮素污染 物的质量浓度变化与径流中的基流关系比之与地 表径流总量的关系更为密切．
严宝文
摘要： 为了研究农业区面污染造成的河流水体污染和富营养化等问题，以离子型为主的硝态氮 污染物的质量浓度与径流大小的变化关系为河流水体含氮量预报的基础，选择农业区密集的美 国密西西比河下游为研究对象，观测干流上控制性水文站维克斯堡站，对收集到的相关径流和 水体硝态氮资料进行分析; 运用 Baseflow 基流分割程序对径流序列分别进行日、月基流分割，将 所分割的基流运用耶鲁大学 Loadrunner 程序，延伸和补全所选站点水体硝态氮的逐日质量浓度 序列，并进一步建立逐月数据序列; 运用神经网络方法，对研究对象的水体月硝态氮质量浓度进 行了验证预报，建立了相应的预报步骤与预报公式． 预报结果显示: 对密西西比河下游水体月硝 态氮质量浓度预报平均误差为 7. 5% ． 由此可见所提出的步骤和方法的准确性与适用性，可用于 实际的河流水体月硝态氮质量浓度预报． 关键词： 硝态氮预报; 密西西比河; 河流含氮量; 人工神经网络; Loadrunner 程序 中图分类号： S277. 9； X522 文献标志码： A 文章编号： 1674 － 8530（ 2013） 09 － 0800 － 05