农业面源污染定量化评价方法及其研究进展

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1、农业面源污染定量化评价方法及其研究进展-水处理工艺摘要：农业面源污染研究是当前国内外环境科学与工程领域的研究热点，但研究大多侧重于农业面源污染的成因、机理、模型和控制对策等，而农业面源定量化评价方法研究较少。本文综合介绍了农业面源定量化评价的常用方法及其研究现状，重点介绍AGNPS模型，AnnAGNPS模型和基于WebGIS的农面源污染信息系统(ANPSPIS)。关键词：WebGIS农业面源污染信息系统ANPSPIS小流域模型预测农业面源污染是在农业生产过程中不合理施用化肥、农药以及灌溉水、工农业废弃物、生活垃圾等对农田生态环境所造成的大面积污染。随着农业生产水平的提高，化肥、农药等大

2、量施用，虽对农业发展起到促进作用，但也导致土壤理化性状失衡、地下水质恶化、农田大气质量下降等一系列环境问题。近年来，农业面源污染问题日益突出，不仅造成资源浪费，而且破坏农业生态环境，影响人们身心健康。防治农业面源污染已成为农业可持续发展亟需解决的问题。随着点源污染控制的逐渐加强，面源污染对环境的影响日渐突出。目前，许多发达国家已证实农业面源污染是导致水污染的主要原因之一。农业面源污染影响了全世界陆地面积的30%～50%，并且在全世界不同程度退化的12亿ｈｍ2耕地中，约12%的耕地由农业面源污染引起。我国也存在着严重的面源污染问题，面源污染加剧了各类水体的污染，加速了湖泊的富营养化。因此

3、，开展面源污染负荷定量化研究不仅对我国水环境污染的全面治理与系统研究具有重要意义，而且具有明显的环境效益和社会效益。进行面源污染的量化研究用以评价污染治理措施，最为有效和直接的研究方法是建立模拟模型，进行时间和空间序列上的模拟。常见的流域农业面源污染模型主要有ANSWERS、CREAMS、WEPP、AGNPS等模型，但不同模型的模拟范围和机理不同，其中AGNPS模型在美国、欧洲、澳洲、我国台湾省等地均取得了较好的模拟结果，但应用中仍有一些局限性。AnnAGNPS模型是在AGNPS模型的基础上发展而来的，它克服了AGNPS模型应用中的一些局限性，可用于评价流域内面源污染的长期作用效果。1

4、.AGNPS模型简介AGNPS(AgriculturalNon-pointSource)模型是由USDA’sAgriculturalResearchService和明尼苏达PollutionControlAgency共同研制出的计算机模拟模型，适于对面积为1～50000hm2的小流域生态系统进行农业面源污染的发生进行评价和流域内土壤侵蚀及N、P元素的流失进行预测。该模型是一种分室(cell)模型，应用时将流域均等地划分为若干分室(cell)，流域径流、污染物、泥沙沿分室汇集于集水口(图1)。模型可对整个流域或流域内任何一个分室的状况进行描述、模拟和评价，反映流域特征的输入输出状况均在分

5、室水平上表达，输出的结果可以是单个分室的也可以是整个流域的结果。AGNPS是事件(event-based)模型，可以对每一次降雨事件进行模拟。模型由四大模块(水文、侵蚀、沉积和化学传输)组成。径流量、径流高峰主要通过水文模块计算；坡地侵蚀由侵蚀模块计算；沉积物的传输通过沉积模块计算；N、P在流域的迁移传输通过化学传输模块，分为可溶性部分和泥沙结合态进行计算。可溶性P和泥沙结合态P的计算公式分别为：Nutsol=Cnut·Nutext·Q(1)Nutsed=Nutf·Qs(x)·ER(2)式中：Nutsol—径流中可溶性P的浓度；Cnut—径流过程中表层土壤中可溶性P的平均浓度；Nute

6、xt—土壤可溶性P的提取系数；Q为总径流量；Nutsed—泥沙结合态P的浓度；Nutf—土壤中磷的含量；ER—磷素富集率，用下式计算：ER=7.4Qs(x)–0.2tTf式中：Qs(x)—径流泥沙量(由其它模块计算)；Tf—一个与土壤质地有关的因子。AGNPS模型是特别适于评价和预测小流域农业非点源污染发生的计算机模型，虽然AGNPS模型已对美国十几个小流域进行过模拟并已被验证，在我国台湾地区也曾应用。但国内的应用尚鲜见报导。本简介只限于一个小流域内，如果将AGNPS模型与GIS和一些优化模型如多目标线性规划模型(IMGLP)结合应用，将能对小流域内不同的农业管理措施进行评价，寻找出最

7、佳农业管理措施(BestManagementPractices，BMPs)，以后还需进一步的研究和探讨。2.AnnAGNPS模型简介2.1原理及组成AnnAGNPS(AnnualizedAgriculturalNon-pointSource)模型是在AGNPS模型基础上发展而来的。AGNPS在应用中虽取得较好的效果，但由于它是单事件模型，在应用中有许多局限性，因此20世纪90年代初，美国农业部自然资源保护局与农业研究局转向开发连续模拟模型—An