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面源污染的研究进展及其防治对策分析庞宗强，王晓，李苗，李兆辉，韩宝平（江苏省资源环境信息工程重点实验室(中国矿业大学)，江苏徐州 221008）E-mail: pangzongqiang1985@摘要：为了深刻揭示面源污染的危害以及为有效控制面源污染提供理论支持，本文从面源污染的分类、面源污染产生机制、面源污染负荷估算模型和面源污染控制方法和技术等方面综合阐述了有关面源污染的研究进展。
关键词：面源污染；模型；富营养化；防治对策1 引言随着工业点源污染控制力度不断加大，以及城镇生活污水处理厂建设，点源污染得到有效控制，而面源污染对河流水质的影响显得更为突出。
面源污染是指溶解的或是固体污染物(地面的各种污染物质如城市生活垃圾、农村家畜粪便、农药化肥、重金属和其它有害有机物等),从非特定的点随降水生成的径流进入受纳水体所造成的污染[1]。
从世界范围来看,面源污染已成为水环境污染的重要方式[2-4]。
现有研究表明，面源污染是引发水体富营养化的主要原因[5-10]。
面源污染发生的机理复杂、过程漫长，具有分散性、隐蔽性、随机性、不易监测、难以量化等特征，在不同地区，面源的发生过程又有所不同，因此，弄清特定地区面源污染发生机制，并采用有效措施控制该地区面源氮素磷素进入湖库河流等水体，是减缓或预防水体富营养化进程的关键所在。
2面源污染发生机制研究概述2.1 面源污染的分类目前面源污染的主要类型有: 农村分散生活污水、农业化肥农药污染、畜禽养殖污染、林区非点源污染。
不同土地利用类型的非点源污染，其负荷量也明显不同。
面源污染物主要有: 营养物、泥沙、有毒物质。
营养物包括COD、氮、磷等 , 其形态有颗粒态和溶解态两种。
泥沙的增加会降低水体的透明度 , 影响水生动植物的生长 , 降低浮游生物的过滤作用, 而且随泥沙而来的营养盐也是水体富营养化的长期贡献者。
有毒物质包括化学有机物、重金属、农药等。
2.2面源污染产生机制及研究现状概述面源分布广泛,如农田流出化肥和农药；含有空气污染物的降水；废气；聚集在城区屋顶、道路及地表的颗粒物和工业灰尘；动物粪便尸体和落叶的流出物；采矿地区流出的重金属；森林流出污染物等。
基于SWAT模型的涪江流域下垫面对面源污染负荷的影响分析柳强;王康;罗彬;陈鹏;杨渊;陈玲玲【摘要】为探讨流域下垫面污染物排放量、径流条件和本底条件对氨氮(NH3)、总磷(TP)和高锰酸盐指数(IMn)3种面源负荷的影响机制,以涪江流域为对象,构建了分布式水文和面源污染负荷模拟SWAT模型,并采用SWAT?Cup进行了参数率定,在此基础上采用Sobol方法进行了全局性敏感性分析.采用Nash?Sutcliffe系数、相对均方根误差、相对偏差和相对总误差4个指标进行检验,结果表明模拟径流过程和污染负荷与实测值基本相符.各种下垫面条件下,NH3、TP和IMn负荷变化幅度均随着负荷均值的增加而增大,当下垫面为山丘区或自然林草为主的汇流区时,径流条件因子中的坡度和坡长对于面源污染负荷的影响最大.由于农田对径流过程具有显著的调节能力,面源污染负荷随汇流区内农田面积比例增加而降低.土壤本底、面源污染物排放量和径流条件3类因子中,径流条件因子对于面源污染负荷的影响最为敏感,而面源污染物排放量的影响不显著.下垫面对TP负荷的敏感性最弱,对IMn负荷的敏感性最强.因此,加强径流过程调控能力对涪江流域面源污染控制最为有效.【期刊名称】《生态与农村环境学报》【年(卷),期】2019(035)006【总页数】8页(P722-729)【关键词】涪江流域;面源污染;下垫面;径流;Sobol敏感性指数【作者】柳强;王康;罗彬;陈鹏;杨渊;陈玲玲【作者单位】四川省生态环境监测总站,四川成都610091;武汉大学水资源与水电工程科学国家重点实验室,湖北武汉 430072;四川省生态环境监测总站,四川成都610091;四川省地质工程勘察院,四川成都 610072;内江市环境监测中心站,四川内江 641100;内江市环境监测中心站,四川内江 641100【正文语种】中文【中图分类】X522流域下垫面是大气与地面或水面的分界面[1]。
有关水环境面源污染问题的分析与探讨摘要：随着社会经济的迅速发展及工业化水平的不断提高，在水污染的主要来源中，与水环境面源污染有着极大的联系。
在此，本文笔者结合自身多年的工作经验，本着一切从实际出发的原则，对我国水环境面源污染这一问题，做如下论述。
关键词：水环境面源污染管理控制随着人们环保意识的不断提高，水环境面源污染已经成为人们日常生活中所关注的重要问题之一。
一般来讲，所谓的水环境面源污染，主要是指暴雨产生的径流冲刷地面污染物，并通过地表径流带入江河、湖泊、水库等水环境而产生的污染。
但在实际应用中，造成水环境面源污染除了暴雨这一自然因素外，还包括城区垃圾、建筑工地垃圾、家畜粪便、大气干湿沉降、农业化肥、农药、重金属等几个方面。
从当前我国水环境面源污染的研究中能够看出，面源污染的污染源来源比较分散，因而在地理边界的确定上，有着极大的困难。
在此，本文笔者从当前我国水环境面源污染现状、当前水环境面源污染中存在的问题、水环境面源污染的治理等几个方面，对其做以下简要分析：一、当前我国水环境面源污染现状与国外一些发达国家相比，我国在研究水环境面源污染时起步晚，所取得的成效也不突出。
我国在农业面源污染的研究过程中，湖泊富营养化调查作为当时研究工作的重要组成部分，通过对北京、珠海、广州、辽河流域、长江流域等多个地区水环境面源污染的研究发现，最具代表的城市为北京地区；而农业面源污染则集中体现在太湖、松花江湖、晋江流域等几个地区。
在研究的过程中发现，水环境面源污染在影响水质的同时，还大大减少了淡水资源的使用量，对人体健康有着极大的威胁。
针对当前水环境面源污染造成的后果，在采取治理措施的过程中，其基本前提在于了解水环境面源污染的源头、污染成分、污染程度。
一般来讲，其方法主要包括以下两种：首先，从区域地标径流的实际迁移过程出发，对污染物进行仔细探究；其次，立足于水体水质分析，通过对水质分析来推算出水体纳污量。
两种方法在实际应用中，后者作为一种“间接方法”，在实际应用中，没有从污染物的实际迁移过程出发，在很大程度上得出的纳污量与实际纳污量之间有着极大的差距。
《河套灌区面源污染监测点位优化及模型模拟研究》篇一一、引言河套灌区作为我国重要的农业灌溉区域，其面源污染问题日益突出，对区域生态环境和农业可持续发展造成了严重影响。
为了有效监测和治理面源污染，本研究对河套灌区面源污染监测点位进行优化，并开展模型模拟研究。
本文旨在通过分析河套灌区面源污染的现状及成因，提出优化监测点位的策略，并利用模型模拟技术对优化后的监测点位进行验证，为河套灌区面源污染的防控和治理提供科学依据。
二、研究区域与现状分析河套灌区位于我国某省份，是典型的农业灌溉区域。
近年来，随着农业集约化、规模化的发展，面源污染问题日益严重。
主要污染源包括农业化肥、农药的过量使用，畜禽养殖业的排放，以及农田径流等。
这些污染物通过河流、雨水等途径进入水体，对水环境质量造成严重影响。
目前，河套灌区已建立了一定数量的面源污染监测点位，但在实际监测过程中，存在一定的问题。
如部分监测点位设置不合理，无法全面反映区域面源污染状况；部分监测点位缺乏有效的数据分析和处理能力，导致监测结果不准确等。
因此，对面源污染监测点位进行优化是当前研究的重点。
三、监测点位优化策略针对河套灌区面源污染的特点和现状，本研究提出以下监测点位优化策略：1. 科学布局：根据河套灌区的地形地貌、气候特征、土地利用类型等因素，科学布局监测点位，确保监测点位能够全面反映区域面源污染状况。
2. 优化数量：在保证监测效果的前提下，尽量减少监测点位的数量，降低监测成本。
3. 强化数据分析与处理能力：对已建成的监测点位进行升级改造，提高数据分析和处理能力，确保监测结果的准确性和可靠性。
四、模型模拟研究为了验证优化后的监测点位的效果，本研究采用模型模拟技术进行研究。
具体步骤如下：1. 选取合适的模型：根据研究区域的特点和需求，选取合适的面源污染模型，如SWAT模型、HSPF模型等。
2. 模型参数校准与验证：根据研究区域的实际情况，对模型参数进行校准和验证，确保模型的准确性和可靠性。
安家沟流域面源污染机理过程与模拟研究安家沟流域面源污染机理过程与模拟研究一、引言随着工业化和城市化的进程，面源污染问题日益凸显，成为当前环境保护亟待解决的难题之一。
安家沟流域是一个典型的山地沟谷流域，水域众多，土地利用方式多样，面源污染较为严重，因此对该地区的面源污染机理过程进行研究和模拟具有重要意义。
二、面源污染的机理过程1.土地利用方式：安家沟流域主要土地利用方式包括农田、林地、草地和城市居民区等。
农田的化肥和农药使用过程中会产生氮、磷等营养物质的冲刷，而林地和草地的覆被则可以有效抑制土壤流失，减少面源污染。
2.降雨过程：降雨是导致面源污染的重要因素。
大雨过程会冲刷土壤中的污染物，将其带入河流和湖泊，造成水体污染。
雨水的径流过程中，还会将地表的溶解态污染物带入河流中。
3.地势状况：流域的地势状况也影响面源污染的机理过程。
地势降低的地方容易形成积水，积水区域容易滋生藻类和细菌等污染物，对水质产生影响。
4.水文过程：水文过程是面源污染机理过程的重要组成部分。
例如，土壤中积蓄的营养物质会随水流进入水体，引起水域富营养化。
此外，水流也会携带沉积物和污染物，使河流底泥中富集大量污染物。
5.土壤侵蚀性：土壤侵蚀性是决定面源污染机理过程的另一重要因素。
容易侵蚀的土壤经过冲刷后，污染物会随水流进入河流和湖泊，对水质产生影响。
三、面源污染的模拟研究为了更好地了解安家沟流域面源污染的机理过程，可以运用水文模型和土壤侵蚀模型进行模拟研究。
1.水文模型：水文模型可以模拟流域的水文变化过程，包括降雨和径流的生成过程。
常用的水文模型有SWAT模型（Soiland Water Assessment Tool）和HEC-HMS模型（Hydrologic Engineering Center - Hydrologic Modeling System）等。
通过利用水文模型，可以分析不同降雨事件下的径流和污染物输送过程。
2.土壤侵蚀模型：土壤侵蚀模型可以模拟土壤侵蚀过程，分析土壤流失和污染物迁移的机理。
《河套灌区面源污染监测点位优化及模型模拟研究》篇一一、引言随着工业化、城市化进程的加速，农业面源污染已成为当前环境保护的重要议题。
河套灌区作为我国重要的农业生产基地，其面源污染问题日益凸显。
因此，对河套灌区面源污染进行科学有效的监测及管理，已成为环境保护领域亟待解决的问题。
本研究旨在通过优化监测点位和建立模型模拟，为河套灌区面源污染的防控与治理提供科学依据。
二、研究背景及意义河套灌区是我国典型的农业灌溉区，其面源污染主要来源于农业活动产生的污染物，如农药、化肥等。
这些污染物通过降雨、径流等方式进入水体，对生态环境和人体健康造成严重影响。
因此，对面源污染进行监测与模型模拟，有助于我们了解污染物的迁移、转化及分布规律，从而为制定有效的防控措施提供科学依据。
三、研究内容1. 监测点位优化（1）资料收集与现状分析首先收集河套灌区的地理、气象、水文、农业活动等相关资料，分析面源污染的现状及存在的问题。
（2）监测点位选择与优化根据收集的资料，结合面源污染的特点，选择合适的监测点位。
通过对比不同点位的监测数据，分析其代表性和可靠性，优化监测点位布局。
2. 模型模拟研究（1）模型选择与构建选择合适的面源污染模型，如SWMM、HSPF等，根据河套灌区的实际情况，构建适用于该地区的面源污染模型。
（2）模型参数率定与验证通过收集的历史数据，对模型参数进行率定，使模型能够准确反映河套灌区的面源污染情况。
然后利用独立的数据集对模型进行验证，确保模型的可靠性和准确性。
（3）模型模拟与应用利用构建好的模型，对河套灌区的面源污染进行模拟，分析污染物的迁移、转化及分布规律。
根据模拟结果，提出针对性的防控措施和建议。
四、研究方法1. 文献综述法：通过查阅相关文献，了解面源污染的研究现状及发展趋势，为本研究提供理论支持。
2. 实地调查法：对河套灌区进行实地调查，收集相关数据和资料。
3. 数学模型法：选择合适的面源污染模型，构建适用于河套灌区的模型，并进行参数率定和验证。
基于陆面水文过程的流域面源污染模型开发与应用目前，水环境问题逐渐成为制约社会经济和环境可持续发展的重要因素。
根据国内外研究表明，受全球环境变化和经济快速发展的影响，面源污染已逐渐成为水环境污染的第一因素。
但面源污染由于具有排放分散、隐蔽，排污随机、不确定、不易监测等特点，再加上单位面积上的污染负荷小，人们往往忽视其宏观效应。
因此，打好面源污染防治攻坚战，是当前水资源、水环境和水生态管理的主要工作之一。
在面源污染防治中，首要的前提是需要结合一定的面源污染模型进行污染负荷量的估算并分析其空间特征，并探讨流域内各部分之间的联系与反馈机制。
ArcGIS软件具有强大的地图制作、空间数据管理、空间分析、空间信息整合等功能，能够很好地实现模型运算及空间分析。
此外，基于ArcGIS的SWAT模型是一类比较典型的分布式面源污染分析模型，并广泛应用在水资源、水环境等相关学科的研究、规划和生产之中，具有广阔的前景。
《河套灌区面源污染监测点位优化及模型模拟研究》篇一一、引言随着工业化、城市化进程的加速，农业面源污染已成为当前环境保护的重要议题。
河套灌区作为我国重要的农业生产基地，其面源污染问题日益突出，对区域生态环境和人民生活品质造成严重影响。
因此，对河套灌区面源污染进行监测点位优化及模型模拟研究，对于提升区域环境质量、促进农业可持续发展具有重要意义。
二、研究背景及意义河套灌区作为我国典型的农业灌溉区，其面源污染主要来源于农业活动，如化肥、农药的过量使用，畜禽养殖等。
这些污染物的排放对水体、土壤和空气等环境要素造成严重影响，进而影响农业生产和人民生活。
因此，对面源污染进行监测点位优化及模型模拟研究，有助于更好地了解污染物的迁移转化规律，为制定有效的污染防治措施提供科学依据。
三、监测点位优化研究3.1 现有监测点位分析目前，河套灌区已设立了一定的面源污染监测点位，但存在一些问题，如监测点位分布不均、部分区域覆盖不足等。
这些问题导致对污染状况的监测不够全面、准确，无法为污染防治提供有效的数据支持。
3.2 优化原则与方法针对现有问题，我们提出以下优化原则：一是科学性原则，即根据区域地理、气候、土壤等自然条件，以及农业活动特点，科学设置监测点位；二是代表性原则，即确保监测点位能够反映区域面源污染的整体状况；三是可操作性原则，即考虑监测设备、人员等因素，确保监测工作的可行性。
在方法上，我们采用遥感技术、地理信息系统等技术手段，对区域进行详细调查，了解污染物的分布、迁移等情况，然后结合数学模型进行模拟分析，确定最优的监测点位。
四、模型模拟研究4.1 模型选择与构建针对河套灌区面源污染的特点，我们选择合适的模型进行模拟研究。
常用的模型包括水文模型、生态模型、化学模型等。
我们根据研究需要，选择合适的模型进行构建，并利用历史数据进行验证和修正，确保模型的准确性和可靠性。
4.2 模拟结果分析通过模型模拟，我们可以了解面源污染的迁移转化规律、污染物在区域内的分布情况等。
基于暴雨管理模型的长江流域丘陵城镇面源污染控制方案效果评估目录1. 内容综述 (2)1.1 课题背景 (3)1.2 研究意义 (4)1.3 研究目标和思路 (5)1.4 研究范围和方法 (6)2. 基础数据及模型构建 (7)2.1 长江流域丘陵城镇概况 (9)2.2 面源污染源预测 (10)2.2.1 污染物来源分析 (11)2.2.2 面源污染量估计 (12)2.3 暴雨管理模型构建 (13)2.3.1 模型原理与方法 (14)2.3.2 模型参数设定 (15)2.3.3 模型验证 (16)3. 方案设计与实施 (17)3.1 面源污染控制方案 (19)3.1.1 污染控制措施 (21)3.1.2 控制措施的技术路线 (22)3.2 方案实施效果评价 (23)3.2.1 数据获取 (24)3.2.2 指标体系 (25)3.2.3 评价方法 (26)3.2.4 评价结果分析 (27)4. 结果分析与讨论 (29)4.1 面源污染控制效果评估 (30)4.1.1 污染物排放情况 (31)4.1.2 水环境质量变化 (32)4.2 方案实施的经济效益与社会效益分析 (34)4.3 方案实施过程中存在的困难及建议 (35)5. 结论与展望 (36)5.1 结论概括 (37)5.2 研究展望 (38)1. 内容综述本报告旨在评估基于暴雨管理模型的长江流域丘陵城镇面源污染控制措施的效果。
首先，介绍了长江流域面临的水环境问题和面源污染的特点，强调了实施有效控制方案的必要性。
随后，详细描述了所采用的暴雨管理模型，包括模型的原理、数据支持、以及模拟设置等。
在此基础上，阐述了提出的面源污染控制方案，包括农业和非农业源的控制策略，以及城镇排水系统的改进措施。
评估方法采用了定量与定性的结合，通过模型模拟与实测数据对比，以及对控制方案实施前后的水质、水量变化分析，评估了方案的实际效果。
同时，通过问卷调查、现场访谈等方式，评价了公众对控制措施的接受度和满意度，以及方案对社区经济活动的影响。
流域水环境污染模型及其应用研究综述作者：杨杰来源：《环球市场》2017年第15期摘要：目前，中国的流域水环境整体状况已进入大范围生态退化和复合性环境污染的新阶段，污染负荷不断增加、污染治理进展艰难，水污染加剧的态势未能得到有效遏制，水环境质量随着社会经济快速发展而下降乃至突变的潜在危险依然存在，水资源与水环境质量仍然是制约与胁迫我国经济社会发展的重大瓶颈。
因此，急需研究流域水环境系统分析模拟技术，特别是涉及社会、环境、生态等诸多因素的模型系统。
基于此本文分析了流域水环境污染模型及其应用。
关键词：流域水环境；污染模型；应用1、研究意义从流域尺度出发，系统认识流域水环境系统特征，研究各种污染形成机制，遵循流域水资源和水环境联合协调管理的理念，才能有效地抑制水污染恶化的趋势，实现流域水污染问题的根本解决。
流域水体污染演化过程的研究是当前水环境保护措施的重要依据。
流域水污染过程涉及社会经济、污染排放、气候及水资源循环系统变化等诸多因素，其演化机理极为复杂。
成熟的流域水环境模型可以描述流域范围内污染物随时间和空间迁移与转化规律，对其影响因素进行研究，还可以在科学的参数率定基础上，对水环境发展趋势进行预测。
流域水环境模型可用于水环境模拟和评价，进行水质预报和预测，辅助制定污染物排放标准、水质规划以及辅助进行水域的水质管理等，是流域水环境规划、管理、研究的重要工具。
因此，急需研究流域水环境系统分析模拟技术。
2、流域水环境污染模型及其应用2.1污染负荷模型2.1.1 GWLF（GeneralizedWatershedLoadingFunc-tions）GWLF模型是由宾夕法尼亚州立大学的Haith和Shoemaker共同开发的半分布式、半经验式的流域负荷模型，主要以月步长的形式模拟流域内不同土地利用类型产生的径流量、土壤侵蚀量和氮磷营养盐负荷。
模型将整个流域视为一个单一的单元，并不对流域进行空间划分，仅对所有土地利用地区的负荷量进行简单加和.GWLF模型采用SCS曲线方程对地表径流进行计算模拟.利用改进的USLE方程计算进入水体中的土壤侵蚀产生量.对于污染负荷模拟，GWLF 模型将进入水体的污染物按形态分为溶解态污染物和颗粒态污染物.溶解态污染负荷来源包括点源、农村径流和地下水；颗粒态污染负荷来源包括农村径流和城市径流.GWLF采用负荷方程将溶解态和颗粒态污染物与流量联系起来。
HSPF（Hydrological Simulation Program—Fortran）模型是一种用于流域水文模拟的计算机模型，可以用于模拟流域内的水文过程，包括雨水径流、土壤水分、地下水位等。
HSPF模型在流域面源污染模拟中也有广泛的应用。
流域面源污染是指来自固定面积的污染源，如城市、工业园区等。
HSPF模型可以用于模拟流域内面源污染物的迁移、扩散和转化过程，以及对流域内水资源的影响。
HSPF模型在流域面源污染模拟中的应用可以为政府、企业、学术机构等制定环境保护政策、决策和管理提供支持。
通过使用HSPF模型，可以对面源污染的迁移路径、扩散范围和时间进行预测，从而为制定污染防治措施、评估污染治理技术的效果提供依据。
此外，HSPF模型还可以用于评估面源污染对流域内水资源的影响，为保护流域内水资源提供支持。
HSPF模型还可以用于评估面源污染对流域内生态环境的影响，为保护流域内生态环境提供支持。
在使用HSPF模型进行流域面源污染模拟时，需要准备足够的地理、水文、污染物等数据。
HSPF模型需要输入的数据包括流域的地理信息、水文参数、污染物排放信息等。
这些数据需要从实际测量、监测等方式获取，并经过严格的数据处理、校验、清洗等步骤进行准备。
在进行流域面源污染模拟时，还需要考虑模型的精度和可靠性。
HSPF模型是一种基于物理过程的模型，可以通过对模型参数的调整和模型的验证来提高模型的精度和可靠性。
总的来说，HSPF模型在流域面源污染模拟中有着广泛的应用，可以为政府、企业、学术机构等制定环境保护政策、决策和管理提供支持，保护流域内水资源和生态环境。
流域水环境污染模型及其应用研究综述*朱瑶梁志伟＊＊李伟杨祎杨木易毛巍徐寒莉吴伟祥（浙江大学环境工程系，杭州310058）摘要流域水环境污染模型是研究流域水环境问题的重要工具，通过对整个流域系统及其内部发生的复杂污染过程定量化描述，识别污染物主要来源和迁移途径，估算污染负荷，评价其对流域水环境的影响，可为流域规划与管理提供决策依据．本文对当前国内外广泛应用的流域水环境模型，尤其是模拟污染负荷的模型进行了系统总结，主要包括污染负荷模型（GWLF 与PLOAD ）、受纳水体水质模型（QUAL2E 与WASP ）、以及集成污染负荷与水体水质的综合流域模型（HSPF 、SWAT 、AGNPS 、AnnAGNPS 、SWMM ），着重介绍各模型的结构原理与主要特点，讨论模型实际应用的局限性．此外，还对其他水质模型（CE-QUAL-W2、EFDC 和AQUATOX ）与综合流域模型（GLEAMS 和MIKE SHE ）进行了简要的总结．最后，通过对单个模型独立运用和多个模型联合运用的案例分析，探讨了流域水环境污染模型的发展趋势与应用前景．关键词流域水环境污染模型负荷水质文章编号1001－9332（2013）10－3012－07中图分类号X52文献标识码AWatershed water environment pollution models and their applications ：A review．ZHU Yao ，LIANG Zhi-wei ，LI Wei ，YANG Yi ，YANG Mu-yi ，MAO Wei ，XU Han-li ，WU Wei-xiang （Col-lege of Environmental and Ｒesource Sciences ，Zhejiang University ，Hangzhou 310058，China ）．-Chin．J．Appl．Ecol ．，2013，24（10）：3012－3018．Abstract ：Watershed water environment pollution model is the important tool for studying watershed environmental problems．Through the quantitative description of the complicated pollution processes of whole watershed system and its parts ，the model can identify the main sources and migration pathways of pollutants ，estimate the pollutant loadings ，and evaluate their impacts on water environ-ment ，providing a basis for watershed planning and management．This paper reviewed the watershed water environment models widely applied at home and abroad ，with the focuses on the models of pollutants loading （GWLF and PLOAD ），water quality of received water bodies （QUAL2E and WASP ），and the watershed models integrated pollutant loadings and water quality （HSPF ，SWAT ，AGNPS ，AnnAGNPS ，and SWMM ），and introduced the structures ，principles ，and main charac-teristics as well as the limitations in practical applications of these models．The other models of wa-ter quality （CE-QUAL-W2，EFDC ，and AQUATOX ）and watershed models （GLEAMS and MIKE SHE ）were also briefly introduced．Through the case analysis on the applications of single modeland integrated models ，the development trend and application prospect of the watershed water envi-ronment pollution models were discussed．Key words ：watershed ；water environment ；pollution model ；loading ；water quality．*中央高校基本科研业务费专项基金项目（2013XZZX004）资助．＊＊通讯作者．E-mail ：zhiweiliang@163．com 2013-01-16收稿，2013-07-23接受．目前，国内外由于重金属、病原体、营养物质和土壤侵蚀引发的流域水环境恶化趋势尚未得到有效控制，其中由于营养物质超标引起的水体富营养化问题尤为突出［1］．然而，目前我国在解决流域水环境污染问题的主要途径仍然是工程技术手段，运用模型在流域范围内对污染问题进行系统分析、预测、模拟和管理的手段仍然匮乏．流域水环境污染模型通过模拟污染物在流域范围内的迁移转化过程，明确污染物运移的时空分布规律，可以为治理和管理流域水环境提供有力支持．通过模型模拟，可以获悉人为污染源和土地管理活动产生的污染负荷对受纳应用生态学报2013年10月第24卷第10期Chinese Journal of Applied Ecology ，Oct．2013，24（10）：3012－3018DOI:10.13287/j.1001-9332.2013.0479水体的水质状况产生的影响，以及如何改变负荷输入以提高水质状况［2］．国内外已有不少关于流域尺度水文和非点源污染模型的结构特点和主要类型的综述［3－4］．国内外流域模型众多，归纳起来，主要可以分成两大类：第一类是根据物理过程描述的不同分为概念性（或经验性）模型和（半）机理机制的模型；另一类是根据空间离散程度或分辨率大小的不同分为集总式和分布式模型［5］．本文着重对流域水环境污染模型进行系统总结，根据研究目的和服务对象的不同，将其分为污染负荷模型、受纳水体水质模型和综合流域模型三大类，详细介绍了各类模型的结构原理、模型特点与水文、污染物迁移过程，通过具体的案例分析总结各模型在实际应用过程中的优势和局限性，探讨了模型发展趋势和应用前景．1污染负荷模型1.1GWLF（Generalized Watershed Loading Func-tions）GWLF模型是由宾夕法尼亚州立大学的Haith 和Shoemaker［6］共同开发的半分布式、半经验式的流域负荷模型，主要以月步长的形式模拟流域内不同土地利用类型产生的径流量、土壤侵蚀量和氮磷营养盐负荷．模型将整个流域视为一个单一的单元，并不对流域进行空间划分，仅对所有土地利用地区的负荷量进行简单加和．GWLF模型采用SCS曲线方程对地表径流进行计算模拟．利用改进的USLE 方程计算进入水体中的土壤侵蚀产生量．对于污染负荷模拟，GWLF模型将进入水体的污染物按形态分为溶解态污染物和颗粒态污染物．溶解态污染负荷来源包括点源、农村径流和地下水；颗粒态污染负荷来源包括农村径流和城市径流．GWLF采用负荷方程将溶解态和颗粒态污染物与流量联系起来［7］．GWLF模型能够利用地理信息系统技术（GIS）和遥感技术（ＲS）提供的空间数据，在中等尺度流域的范围内进行非点源污染负荷估算．GWLF对数据的要求比较低，只需要土地利用信息、土地覆盖、土壤、径流参数、土壤侵蚀和营养物负荷等．其相对SWAT等大型分布式流域模型具有空间数据要求少、参数量少、模拟过程相对简单等优点，且模型不需要校准，尽管水文校准已证明对具有监测数据时非常有用［8］．GWLF模型是半分布式、半经验式的流域负荷模型，因此模拟精度较粗；虽然可以按天进行计算，但只能以月步长输出径流量、污染负荷量，因此对单次暴雨时间的模拟不理想，不能说明极端环境情况下污染负荷贡献的问题．1.2PLOADPLOAD模型是由美国CH2M HILL水资源工程小组开发的基于GIS的流域非点源污染负荷模型，主要在年尺度上分析流域非点源的负荷量情况［9］．PLOAD模型所需的数据分为GIS数据（包括流域边界数据和土地利用类型数据）和表格形式的数据，输入的数据以文件的形式传递给模型进行计算．PLOAD能够计算各种污染物的负荷，包括总悬浮物（TSS）、溶解性总固体（TDS）、化学需氧量（COD）、生化需氧量（BOD）、氮和磷等，计算负荷量时以不同土地利用类型进行分类统计计算．此外，对于实施“最佳管理措施（Best Management Practices，BMP）”的区域，还可增加BMP数据．PLOAD模型具有众多优点使其在许多区域得到广泛应用．该模型计算方法简单、易于理解、操作简便，而且计算结果可视化效果好；同时又能与BMP模型结合，可为非点源污染控制措施的制定提供依据．2水体水质模型2.1QUAL2EQUAL2E是由Tufts大学土木工程系和EPA水质模型中心（CWQM）环境研究实验室合作开发，其前身是20世纪60年代推出的QUAL-Ⅰ模型．QUAL2E是一维稳态水质模型，适用于模拟完全混合的树枝状河流水质．QUAL2E假定存在主流输送机理，即假定平流和离散作用都沿着河流的主流向，而在河流的横向与垂向上水质组分是完全均匀混合的，允许河流沿程有多个污染源、取水口和支流汇入．模型可依用户需求组合模拟15种水质参数：溶解氧（DO）、生化需氧量、温度、叶绿素a、氮、磷、大肠杆菌、任意非守恒物质和3种守恒物质［10］．QUAL2E既可以作为静态的模型也可以作为动态的模型使用．静态模拟时，能用来研究废水排放对河流水质的影响；动态模拟时，可研究气象数据每天的变化对水质（主要是溶解氧和温度）的影响，还可计算预定的溶解氧水平所需要的稀释流的流量．但QUAL2E作为一个相对通用的软件，使用的限制条件较为苛刻：河段数最多25个，且每个河段不超过20个计算单元；汇合单元最多6个；源头最多不超过7个等．QUAL2K是QUAL2E的改进版本，较QUAL2E 而言，QUAL2K改进的部分主要有：QUAL2E把河流系统分割成长度相等的河段，而QUAL2K采用不同310310期朱瑶等：流域水环境污染模型及其应用研究综述长度的河段；采用两种碳化BOD的形式（缓慢反应形式和快速反应形式）来表示有机碳；溶解氧和营养物的沉积物-水之间的通量被模拟成内在反应；模拟河流pH和底栖藻类等［11］．2.2WASP（The Water Quality Analysis Simulation Program）WASP模型是由美国环境保护局开发的水质模型系统，是用于模拟地表水中污染物迁移转化的通用的模型框架．适用于分析池塘、湖泊、水库、河流、河口和沿海水域一维、二维和三维的水质模拟问题．WASP是十分灵活的动态模型，其基本方程中反映了对流、弥散、点源负荷和非点源负荷以及边界等随时间变化的过程［12］．WASP模型是一种数学模型，在数值计算、参数率定上具有优势，但不足之处是其前期概化以及网格化较为繁琐，存在人为误差，因此需要与GIS耦合应用，将研究区域数字化，以提高精度．WASP系统由两个相对独立的计算程序DYN-HYD和WASP组成，两个程序可联合运行，也可分开独立运行．DYNHYD适用于一维的水动力学程序，用以模拟水流的运动；WASP是水质分析模拟程序，是基于质量守恒原理的动态模型模拟体系，在时空上追踪水质组分在水体中的变化．WASP程序由两个子模块组成：有毒化学物模块TOXI和富营养化模块EUTＲO．TOXI采用EXAMS的动力学结构，结合模型迁移结构和简单的沉积平衡机理，可预测有机化合物和重金属在各类水体中迁移积累的动态变化过程．EUTＲO采用POTOMAC富营养化的动力学结构，可模拟DO、BOD、氨、硝酸盐、叶绿素a、正磷酸盐等营养物质在水体中的迁移转化情况［13］．2.3其他水体水质模型除QUAL2E和WASP两种主要的常用水质模型外，还有许多其他适用于特定水体的水质模型．例如，由美国陆军工程兵团水道实验站开发的二维水质和水动力学模型CE-QUAL-W2，用于模拟二维横向平均水动力学和水质，适用于湖泊、水库和河口等水域［14］．由美国Virginia海洋研究所开发的环境流体动力学模型EFDC，可模拟水系统一维、二维和三维流场、点源、非点源的污染物、有机物迁移、回归趋势等［15］．AQUATOX模型是淡水生态系统模拟模型，可预测营养物和有机物的迁移转化，以及这些变化对生态系统的影响，包括鱼、无脊椎动物和水生生物［16］．3流域综合模型3.1HSPF（Hydrological Simulation Program-For-tran）HSPF模型是由美国环境保护署（EPA）开发的半分布式水文模型，用于较大流域范围内自然和人工条件下的水文水质过程的连续模拟．HSPF模型在斯坦福流域模型（SWM）的基础上发展而来，能够模拟流域的水量水质变化，预测径流、地表水、地下水中的污染物浓度，且计算常规的和有毒的污染物浓度以及模拟复杂非点源污染传输过程．HSPF包括3个主要应用模块，分别为透水区、不透水区、河道和混合水库，分别对3种不同性质的地表水文和水质过程进行模拟．3大模块又可细分为若干子模块，水文模块采用斯坦福Ⅳ模型计算径流量；侵蚀模块采用具有机理性的土壤侵蚀模型，将土壤侵蚀分为雨滴溅蚀、径流冲蚀和径流运移等若干子过程；污染物的迁移转化模块则考虑了BOD、DO、氮、磷和农药的复杂过程［17］．HSPF是最全面和灵活的一种流域水文水质模型，以强大的水文模型为基础，能够应用于大多数的流域，模拟精度较高，能够模拟不同时间尺度（每分钟、每小时或每日）的洪峰流量和低流量，但对其输入数据的要求也高，需要给出连续的降雨、蒸发、气温和日照等时间序列，同时也要有相应的连续水文水质监测数据来率定模型．HSPF最大的缺陷就是假设模拟的地区对“Stanford流域水文模型”是适用的，并且假设污染物在受纳水体的宽度和深度方向上是充分混合的，所以模型的实用性受到了一定限制．3.2SWAT（Soil and Water Assessment Tool）SWAT模型是由美国农业部（USDA）的农业研究中心开发的流域尺度模型，被称为在以农业和森林为主的流域具有连续模拟能力的最有前途的非点源污染模拟模型［3］．模型开发的目的是在具有多种土壤、土地利用和农业管理条件的复杂流域，预测土地管理措施对水分、泥沙和农业污染物的长期影响．SWAT模型采用日尺度为时间单位进行连续计算，是一种基于GIS的分布式流域水文模型，主要是利用ＲS和GIS提供的空间信息模拟多种不同的水文物理化学过程［18］．考虑到流域下垫面和气候因素时空变异对模型的影响，SWAT模型按照特定的集水区面积阈值，划分成若干个子流域，再根据不同的土地利用方式和土壤类型将各个子流域进一步划分出水文响应单元HＲUs．模型在各个HＲU上独立运4103应用生态学报24卷行，并将结果在子流域的出口进行汇合．模型模拟的流域水文过程分为两部分：坡面产流和汇流部分、河道汇流部分，前者控制着每个子流域内主河道的水、沙和化学物质等的输入量，后者决定水、沙和营养物质从河网向流域出口的输移情况．SWAT模型主要含有水文过程子模型、土壤侵蚀子模型和污染负荷子模型3个子模型．采用SCS 模型计算地表径流，引入反映降水前流域特征的无因子参数CN，得到降水径流的经验方程；利用改进的通用方程（MUSLE）预测土壤侵蚀量；考虑各种形式的N、P在土壤中的迁移转化，并采用QUAL2E模型计算河道中营养物的迁移转化．SWAT模型目前应用广泛，但在实际应用中亦存在一定的问题．SWAT模型的数据库标准是针对北美地区的植被、气候与流域特点设计的，与我国现行的流域数据库（如土壤类型）存在差异，因此在实际应用时，需进行相关标准的转换，且工作量大而繁琐．此外，模型模拟的准确度主要通过调整与校验参数来取得，重要参数的选取也是影响模型应用效率的因素．3.3AGNPSAGNPS模型是由美国农业部农业研究局与明尼苏达污染物防治局共同研制出的流域分布式事件模型，不仅能预报流域的非点源污染负荷，而且还可以用来进行风险和投资/效益分析．AGNPS按照栅格采集模型参数，由水文、侵蚀和营养物质（主要因子为氮和磷）迁移三个部分组成，用以土壤养分流失预测，并对农业地区的水质问题以重要性为顺序进行排列，同时对单次暴雨径流和侵蚀产沙过程进行模拟［19］．AGNPS模型适用的流域尺度大小从几公顷到大约20000hm2，流域再以0．4 26hm2的单元进行均等分室，并以网格为基本运行单位，通过网格间逐步演算推算出流域出口．AGNPS模型是单次降雨模型，无法对流域内非点源污染进行连续预测，不适用于流域物理过程的长期演变特点，以及土壤侵蚀的时空分布规律等方面的研究．因此，美国农业部自然资源保护局与农业研究局开发了连续模拟模型———AnnAGNPS模型（Annualized Agricultural Non-point Source Pollution Model）［20］．与AGNPS模型相比，AnnAGNPS根据流域水文特征（地形、土地利用和土壤类型等）按照集水区来划分任意形状的分室，并以河网连接分室，以日为基础连续模拟一个时段内每天以及累计的径流、泥沙、养分及农药等输出结果，可用于评价流域内非点源污染长期影响．3.4SWMM（Storm Water Management Model）美国环境保护署开发的暴雨洪水管理模型SWMM是基于水动力学的降雨-径流模拟模型，它可以模拟完整的城市暴雨径流水量和污染物运动过程．SWMM包括径流模块、输送模块、扩展的输送模块、调蓄/处理模块和受纳水体模块等主要模块．通过这些模块，模型可以计算城市地区与产汇流相关的各种水文过程，主要包括时变降雨量、地表水蒸发、洼地截留、地表径流非线性水库演算等［21］．此外，SWMM可以估算与径流相关的污染物负荷，可以应用以下过程对水质进行模拟：不同土地利用类型干旱天气下的污染物；在暴雨产生时，特定土地利用类型的污染物冲刷；BMPs（最佳管理措施）引起的冲刷负荷变化等．SWMM不仅可用于单次暴雨洪水的模拟，还具有连续模拟功能．在模拟具有复杂下垫面条件的城市时，将流域离散成多个子流域，根据各子流域的地表性质，逐个模拟，可以方便地解决复杂城市流域的雨洪模拟问题．SWMM模型是城市雨洪资源化研究的有效工具，但该模型对参数的要求很高，有待进一步完善和改进．3.5其他流域综合模型GLEAMS（Groundwater Loading Effects of Agri-cultural Management Systems）是由美国农业部农业研究署研制开发的基于连续降雨事件的经验型模型，可用于模拟地下水非点源污染，特别是对农药的迁移行为［22］．MIKE SHE模型是由丹麦水力学研究院（DHI）在SHE基础上发展研制的一个综合性、确定性的完全物理分布式水文模型．模型以多模块耦合的方式来模拟水循环中几乎所有的水文过程以及水量、水质和泥沙运输［23］．4模型应用4.1模型独立应用上述各模型自推出以来，在流域水环境污染模拟上已得到广泛的应用．Chikondi等［24］运用GWLF 模型模拟估算Malawi湖流域的Linthipe河集水区的总磷、总氮以及泥沙负荷，结果表明GWLF模型能够很好地估算泥沙以及污染物质的年平均负荷．Lee 等［25］运用模型估算从美国切萨皮克（Chesapeake）市滨海平原排放到Choptank流域的营养负荷，证实GWLF是一个非常有用的估算模型，在实际资料缺少的情况下，N、P等年尺度模拟精度在10% 50%．Ning等［26］为评估污染防治计划，运用QUAL2E模拟台湾Kao-Ping流域的生化需氧量、溶510310期朱瑶等：流域水环境污染模型及其应用研究综述解氧、总磷和铵氮浓度，得出需要在未来加大控制措施以减轻流域污染状况．张智等［27］将QUAL2E模型应用于长江重庆段水质模拟，以长江重庆主城区段平水期水质为原型，应用模型对成库后的水质进行了模拟预测．Lin等［28］应用WASP模拟评估台湾咸水流域的水质和计算水环境承载力，根据模拟结果，建议应尽量减少工业和生活污水的排放．史铁锤等［29］针对湖州市环太湖河网区水流往复性特点，以WASP模型为基础估算了环太湖河道COD和氨氮的水环境容量，并建立了综合点源和非点源的COD 和氨氮日最大排污量管理模式．相对于污染负荷模型和水体水质模型，综合流域模型HSPF、SWAT和AGNPS以及AnnAGNPS在国内外的应用更为广泛．Mishra等［30］基于HSPF模拟印度一个小流域的非点源污染损失量，经过模型校准和验证，模拟结果表明HSPF模型能够很好地模拟研究区径流和土壤侵蚀引起的非点源污染物流失．邢可霞等［31］将HSPF模型应用于滇池流域进行非点源污染模拟，得出SS是滇池流域非点源污染的首要污染物．Jha等［32］为确定改变土地利用对硝态氮负荷的削减情况，将SWAT模型应用于美国以农业为主的Squaw Creek流域，并得出结论：土地利用改变对硝态氮的损失非常敏感，改变土地利用方式，可以削减7% 47%的硝态氮．Wang等［33］基于SWAT模型估算大尺度流域———扬子江流域非点源污染负荷．模型分溶解态和吸附态污染负荷两部分进行模拟，并根据模拟估算结果，表明溶解态负荷主要受人类活动影响，吸附态污染负荷则主要受自然因素影响．尹刚等［34］利用SWAT建立了东北图们江流域非点源污染数据库，分别进行水文模拟、降雨径流和土壤侵蚀量计算．Polyakov等［35］对AnnAGNPS 模型进行适用性研究，将其应用于48km2的热带流域模拟该流域的地表径流、土壤侵蚀以及水质状况．洪华生等［36］运用AnnAGNPS进行中国南方山区中等尺度流域———九龙江流域农业非点源污染负荷估算和模拟流域过程和管理措施．Lee等［37］利用SWMM模型评估不确定性并估算在TMDL（最大日负荷总量）计划中基于BMPs更加合适的非点源负荷削减方案．为估算城市地区土地利用变化而引起的非点源污染负荷，Shon等［38］运用SWMM模型模拟Busan市的非点源污染负荷变化，并与前人研究作对比以确定其可信性．4.2模型耦合或集成应用由于各种模型具有不同的优势、限制以及适用条件，大量研究者将几种模型耦合应用，最大限度地发挥各模型的优势，使模拟结果更加符合研究需求，有效解决了流域复杂污染问题．Yuan等［39］集成AnnAGNPS和河岸带生态系统管理模型ＲEMM （Ｒiparian Ecosystem Management Model）评估美国海岸带平原河岸缓冲系统的污染负荷状况．Zhu等［40］为预测黑河金盆水库水质，研究非点源污染对陕西金盆水库水质的影响，耦合应用AnnAGNPS和CE-QUAL-W2模型．密西西比湾海岸地区的圣路易斯湾河口对密西西比河的水质具有重大影响，因此Liu 等［41］集成运用HSPF模型和EFDC模型模拟圣路易斯湾河口的水力水质状况．Ekdal等［42］将SWAT和WASP模型耦合应用于地中海沿岸咸水湖，将SWAT模型模拟的流域流量和非点源负荷输出作为WASP模型的输入，进行水质模拟．Narasimhan 等［43］基于SWAT和WASP建立了水库水质评估综合管理模型，SWAT模拟流域非点源污染结果表明，85%以上的总氮（TN）和总磷（TP）来自于非点源污染，而WASP模拟水库水质表明，至少需削减35%的TN和TP才可以明显地减少水库叶绿素a的浓度．王建平等［44］开发了以流域非点源模型（SWAT）、水生态动力学模型（EFDC）和河流模型（WASP）为基础的，在GIS、ＲS技术支持下的密云水库水环境模拟预测集成模型，实现密云水库及流域的营养物集成模拟和预测．5流域水环境污染模型发展趋势从流域水环境污染模型国内外的实际应用状况来看，以下几个方面需要深入研究：1）发展与改进现有模型，尤其是水文和污染物迁移转化机理的模型，包括模型平台开发、模型功能扩展以及模型校准验证等，拓展模型的使用范围和提高模拟的精度．目前许多模型已经与ArcView或ArcGIS平台集成，利用平台对空间数据的存储和处理能力，模型能自动提取模拟区域所需要的地形、地貌、土地利用、土壤、植被和河流等数据进行模拟，提高了模型模拟效率与准确性．针对模型校准验证，SWAT模型已推出专门用于模型率定和验证的SWATCUP［45］软件，单独高效地解决率定难、效率低等问题．因此，迫切需要进一步发展和完善各种模型，以提高模型应用效率．2）不确定性分析．虽然已有关于模型不确定性的讨论，但还没有形成系统化，普遍适用的理论体系［46］．因而对模型进行深入地不确定性分析，确定误差的大小和分布，对于模型的准确应用十分有意义．3）6103应用生态学报24卷加强耦合模型或集成化模型的应用．耦合模型或集成化模型就是结合各模型的优势，最大限度地发挥模型的应用，是解决流域水环境复杂污染问题的发展方向之一．随着各模型的推广应用，构建以水质为中心的大型流域集成管理模型成为必然，代表模型有BASINS模型．BASINS模型主要包括HSPF模型、SWAT模型、QUAL2E模型和PLOAD模型，目前，已有应用BASINS模型计算和评估污染负荷［47－48］，但是大多数应用只针对其中单个模型如PLOAD模型或HSPF模型的应用，未进行真正意义上的联合模拟．随着流域水环境污染问题的日益复杂化，耦合模型的综合优势将逐渐增强，在我国的应用也将更加广泛．参考文献［1］Novotny V，Olem H，Olness A．Water 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基于GIS的河流水环境污染模拟研究引言：研究内容及方法：河流水环境污染模拟的研究内容主要包括河流污染源的识别和定位、污染物的输移和扩散模拟以及污染物浓度的时空变化研究。
其中，GIS主要在污染源的识别和定位、污染物输移和扩散模拟等方面发挥重要作用。
首先，GIS可以通过空间数据的集成分析来识别河流污染源的分布和特征。
通过收集和整合相关的地理数据，如土地利用类型、工业企业分布、农业面源污染等，可以建立污染源数据库。
利用地理分析功能，可以对污染源进行空间分布分析和聚类分析，识别出主要的污染源和其分布特征。
其次，GIS可以通过数值模拟方法对河流污染物的输移和扩散过程进行模拟。
基于河流的水力场和水质输移方程，可以建立污染物扩散模型。
利用GIS的空间分析功能，可以将水力场数据和水质输移方程与地理数据进行耦合，实现对河流污染物输移和扩散过程的模拟。
通过该模拟可以了解污染物在河流中的传播规律和扩散程度，为污染源控制和环境风险评估提供依据。
最后，GIS可以通过数据可视化和空间查询等功能来研究污染物浓度的时空变化。
利用GIS绘制污染物浓度分布图和动态变化图，可以直观地展示河流污染物的分布情况和变化趋势，有助于分析污染物的时空变化规律和推测未来的发展趋势。
此外，GIS还可以提供空间查询功能，通过用户对特定区域的查询可以获取该地区的污染物浓度和污染源信息，为环境管理和决策提供科学支持。
结论：基于GIS的河流水环境污染模拟研究可以通过集成和分析空间数据，识别河流污染源的分布特征，模拟河流中污染物的输移和扩散过程，研究污染物浓度的时空变化。
这种研究方法在河流水环境污染治理和环境管理中具有重要意义。
因此，加强对基于GIS的河流水环境污染模拟研究的深入探索和应用，将有助于科学地认识和管理水环境污染问题，为实现可持续发展目标提供支持。
污染源水质预测模型研究近年来，随着人口数量和工业化程度的不断提高，水污染问题变得越来越严重。
在水污染治理中，水质预测模型成为了一种常见的技术手段。
水质预测模型，是指利用水质数据、气象数据、水质影响因素等多种信息，结合数学模型和算法，对未来一段时间内的水质进行预测和模拟，从而为水环境管理和污染治理提供科学依据和技术支持。
一般来说，水质预测模型可以分为经验模型和机器学习模型两类。
经验模型是基于经验公式、趋势分析等方法，通过分析历史数据和水系变化规律，预测未来水质变化趋势的模型。
这类模型一般简单易用，但需要有相对较多的历史数据和专业人员的经验支撑，其预测精度也较低。
机器学习模型则是基于人工智能、数据挖掘等技术，借助大量数据来自动学习和精确预测的模型。
这类模型一般需要有专业技术人员进行构建和调整，但预测精度较高，可以处理多种数据类型，经过训练后，预测结果更加准确。
针对污染源水质预测模型，一般需要考虑一些因素的影响，比如：水质监测站点的数量、水流的情况、固定污染源数量和类型、时序等。
此外，水质监测数据还需要处理和分析，以确定时间序列的规律性特征，建立水质预测模型。
在水质预测模型的构建中，数据的精准采集和处理是非常关键的。
一般来说，考虑到水质影响因素的多样性和数据采集的难度，需要借助一些新技术，如卫星遥感、无人机等技术，来实现数据的高效采集和处理。
此外，数据的质量、精度和时效性都需要得到保障，以保证水质预测模型的准确性和可靠性。
另外，多种模型的组合和协同也有助于提高模型的预测精度。
比如，可以将经验模型和机器学习模型相结合，采用机器学习模型进行水质预测，同时利用经验模型进行数据分析和模型验证，从而提高模型的解释性和可信度。
总的来说，污染源水质预测模型的研究不仅关系到水质治理和环境保护，也是一项复杂而重要的科学研究工作。
未来，我们需加强对新数据采集和分析技术的应用、推动数学和计算机算法的发展，以及不断完善和改进水质预测模型，进一步提高水污染治理的效能和成效。
基于水文模型的面源污染模拟研究综述
摘要本文主要阐述了农业面源污染定义和特点,以及运用土壤侵蚀预报模型来研究农业面源污染的意义,介绍了国内外土壤侵蚀预报模型的主要研究成果。
国外的侵蚀预报模型主要为LISEM、WEPP、EUROSEM模型、切沟侵蚀预报模型和浅沟侵蚀预报模型(EGEM)。
国内的模型主要有浅沟侵蚀的坡面侵蚀预报模型以及具有一定物理成因的坡面侵蚀预报模型。
在总结和评价国内外土壤侵蚀预报模型的基础上,提出了中国今后土壤侵蚀预报模型研究的设想。
关键词面源污染;土壤侵蚀;预报模型;研究进展;设想
1 农业面源污染
农业面源污染是指在发生自然降雨或人类农业生产生活的过程中,造成的土壤扰动,使得农田中的土壤颗粒、氮磷钾等营养元素、农药及其它的有机、无机污染物,在农田人工排水、农田地表径流以及地下水渗漏等的作用下,而大量进入水体,造成水体营养元素超标,富营养化等水体污染[1]。
其主要的特征为,面源污染发生的地区和发生时间的随机性、其产生的具体途径及所产生的污染物不确定性、污染物负荷在空间上分布的差异性[1]。
2 农业面源污染的现状
相比较点源污染,面源污染由于其特点的不确定性,在研究和治理上都存在较大的难度,面源污染已经成为世界上地下水污染和地表水污染的主要来源,而农业生活生产所带来的农业面源污染是世界面源污染的重要来源。
根据2003年美国环境保护局调查资料和国外的相关研究资料表明,全世界约有30%~50%的地表已经受到面源污染的影响,在全世界范围内,已经退化的12 亿hm2 耕地中,约有12%的耕地都是由农业面源污染引起的[2]。
调查还显示,在美国农业面源污染是造成湿地锐减和地下水污染的重要因素[3],是美国境内河流和湖泊污染的首要污染源;在欧洲瑞典,大约有60%~87%的污染,是由于农业面源污染中污染物渗入地下水中的氮磷元素所造成的[3];在爱尔兰,约60%的富营养化湖泊,在流域范围内并没有明显的点源污染[3]。
同样,在我国农业面源污染也已经成为我国水体中水质恶化的首要污染源[3];由中国农科院土壤肥料所研究的结果表明,在中国污染严重的流域内,农村的生活生产排污、农村畜禽养殖、农田及城乡结合部地带的排污是造成流域内水体富营养化的主要原因[4];同时根据土壤肥料研究所对北京、天津、河北、山东、陕西等地的600 多个点位进行的抽样调查显示,农业面源污染也日益成为我国地下水硝酸盐污染的主要来源[4]。
3模型在农业面源污染中的应用
3.1国外研究现状
早在20世纪70年代,欧美等主要发达国家就开始了对面源污染模型的研究,其中的大部分模型研究均是以应用为主,模型本身的结构和功能都比较单一,无法满足在面源污染的具体产生过程进行估算和模拟[5]。
这一时期的模型研究主要是用于土地开发利用对河流中水体水质产生的影响,模型主要是依据统计分析和因果分析的方法建立统计式的模型,并在此基础上建立污染物输出与土地利用或径流量之间的统计关系。
其中具有代表性的模型主要有SCS径流曲线数法和Horton入渗方程等模型,这类模型对输入的数据以及参数的设置要求均比较低,能够简便地计算出流域出口处与面源污染相关的因子的负荷量,模型基本上表现出了较强的实用性和准确性,因而在早期得到了较为广泛的应用。
但由于模型难以描述面源污染物内在的迁移规律,且模型在实际应用中功能的单一,使得这类模型并没有得到广泛的应用。
20世纪70年代末到90年代,伴随着计算机和3S等高新技术的兴起,以及人们对面源污染物理化过程研究的深入,和对面源污染长期而有效的监测,使得面源污染机理模型研究得到了较快的发展[6]。
这一时期面源污染模型的特点相比较以前,已经开始由原先只是简单的统计分析向面源污染污染的机理转变,由仅仅从单场暴雨分析向时间连续性分析的转变、由模型集中式向分布式的模型转变;人们在模型研究中开始强调模型应用的普遍性和适地性,使模型研究的实际应用价值大大提高。
在这时期的模型主要有,可以模拟城市暴雨径流的SWMM模型、可以模拟农业污染负荷的ARM模型、可以模拟河流流域负荷的HSP模型等;其中,被誉为面源污染模型的“里程碑”是由美国农业部农业研究所开发的CREAMS模型,它是当时唯一一个将面源污染中三大影响因子(水文、土壤侵蚀以及污染物的迁移过程)进行了系统综合的模型;随后,研究人员又根据CREAMS模型发展出了用于模拟农业生产活动对地下水影响的GLEAMS模型、用于研究农田小区的EPTC模型和用于模拟研究大型流域面源污染物输出的SWRRB模型等。
此外,在欧洲,研究人员也相继开发出了用于模拟中小流域面源污染输出的AGNPS模型、欧洲水文系统模型SHE、用于研究流域土壤侵蚀的SEDIMOT II 模型、用于研究泥沙输出的模型WEPP,以及用于流域水文和泥沙演算的ROTO 模型,随后,人们又在ROTO模型的基础上,将ROTO模型与SWRRB模型集成,形成了新一代大型流域面源污染模型SWAT。
进入本世纪以来,随着经济的发展以及科技水平的高速进步,面源污染模型与计算机极其应用软件的结合更加的紧密,使得面源污染模型的功能效率更高,模型在面源污染研究中应用更加广泛。
在这一时期,研究人员发展出了功能更加强大、应用更加先进成熟的面源污
染模型;如SWAT,WEPP和AGNPS模型,这些大型的综合模型都可以与一些GIS 软件如GRASS、ArcView等进行不同程度的集成,随之产生了超大型流域模型;这些大型的综合性模型均是以空间信息处理、数学计算、数据库技术、可视化等功能集于一身的大型专业软件。
其中较著名的是美国农业部农业研究所开发的AGNPS2001,SWAT2000以及美国国家环保局开发的BASINS模型。
目前,SWAT 模型已经被大量的应用到了美国国家项目HUMUS中,用于研究和监测大型流域内的水量平衡、流域内河流的流量以及流域内面源污染物的控制评价等;而美国环保局的大型TMDL项目也将SWAT作为其研究模型,并将SWAT模型集成到其开发的BASINS模型系统中,用于协助TMDL项目进行重点污染源的识别、控制及面源污染输出量的估算等。
3.2国内研究现状
我国的面源污染模型的研究比欧美等发达国家起步较晚。
在我国,研究面源污染负荷定量估算的方法基本从两个方面来入手,一是采用相关分析法,通过对面源污染中的影响因子如(降雨径流、水土流失、污染物迁移)的模拟研究,进而估算出面源污染物的输出量;例如,夏青等人提出的包括了(降雨径流、产流量、水体水质)的3个子模型在内的面源污染模型,并运用该模型在四川沱江流域进行了面源污染的模拟研究,并取得了较好的模拟效果;另一种方法是通过对面源污染中水体的水质分析,进而估算出流域内的面源污染物的输出量,这是一种经验性质的统计模型,目前这种方法己在国内得到了广泛的应用;例如,陈西平等人在三峡库区研究提出了用于计算农田径流中污染负荷的模型,其中包括了降雨产流和地表径流中水质相关的子模型,用于计算三峡库区内的各种面源污染物的输出量[6]。
20世纪80年代,我国开始对面源污染以及径流污染中的机理、污染负荷的定量计算方面进行了初步的模型研究。
如吴祖林等人从降雨径流量、污染负荷等相关的角度对城市径流污染负荷模拟模型进行了探讨;刘枫等在天津于桥水库进行了流域面源污染的量化识别研究。
