非点源污染模型研究进展

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1、程炯等：非点源污染模型研究进展643非点源污染模型研究进展程炯，林锡奎，吴志峰，刘平，陈志良广东省生态环境与土壤研究所//广东省农业环境综合治理重点实验室，广东广州510650摘要：随着点源污染的有效控制，非点源污染已成为水体污染的主要因素，如何有效地控制和管理非点源污染已成为水环境整治的一项重要任务。而计算机模型是极其有效的流域非点源污染模拟和污染负荷估算的定量化工具，为非点源污染评价、管理和控制提供了可靠依据。文章综述了非点源污染模型的发展概况及其研究不足，并对模型的发展趋势进行了分析和预测。由于非点源污染随机性大、分布范围广、形成机理模糊、管理控

2、制难度大等特点，未来非点源污染的量化模型研究及其与量化模型有关的相应参数研究、模型与GIS集成研究将成为未来研究的主流。关键词：非点源污染；模型；研究进展中图分类号：X501文献标识码：A文章编号：1672-2175（2006）03-0641-04程炯等：非点源污染模型研究进展643在发达国家，随着工业和生活污染源等点污染源的有效控制，非点源污染已成为水体污染的主要因素，例如美国目前有60%的河流和50%的湖泊污染与非点源有关[1]。在我国，非点源污染问题也日益严重。我国二十多年来的研究表明，63.6%的河流、湖泊富营养化，在太湖、巢湖和滇池流域，由于

3、人口密集，农业生产集约化程度高，流域总氮、总磷比二十年前分别提高了十倍以上，其中50%以上的污染负荷由农业贡献[2-4]。面对农业非点源污染的严峻形势，评估和模拟农业非点源污染尤为重要。这种定量评估和模拟，很大程度上依赖于计算机模型，通过试验手段或有限数量的田间测试来评估一些管理措施和污染效应是不可行的[5]。迄今为止，已经出现了许多模型辅助研究农业非点源污染。非点源污染模型通过对整个流域系统及其内部发生的复杂过程进行定量描述，帮助我们分析非点源污染产生的时间和空间特征，识别其主要来源和迁移路径，预报污染产生的负荷及其对水体的影响，也可以评估土地利用变

4、化以及不同管理与技术措施对非点源污染负荷和水质的影响，为流域水环境规划与管理提供决策依据[6]。1非点源污染模型研究现状1.1非点源污染模型完整的非点源污染模型系统一般由4个子模型构成，即：降雨径流模型、侵蚀和泥沙输移模型、污染物转化模型、受纳水体水质模型。整个模型化过程从简单到复杂大致经历了三个阶段，即经验模型、机理模型和功能模型。1.1.1经验模型经验模型是通过建立污染负荷与流域土地利用或径流量之间的经验关系[7-8]，并通过该经验系数来识别土地利用或流域非点源污染负荷的模型。这类统计模型对数据的需求比较低，能够简便地计算出流域出口处的污染负荷，表

5、现了较强的实用性和准确性，因而在非点源污染研究早期得到了较为广泛的应用。但是由于它们难以描述污染物迁移的路径与机理，使得这类模型的进一步应用受到了较大的限制。另外该模型所包含的区域特征的经验性也限制了模型的可转移性。1.1.2机理模型机理模型是通过反映非点源污染产生的过程（包括污染负荷的产生、变化及其环境影响），模拟非点源污染的一种模型。自上世纪70年代中后期以来，随着对非点源污染物理化学过程研究的深入和对非点源过程的广泛监测，机理模型逐渐成为非点源模型开发的主要方向，其中著名的有模拟城市暴雨径流污染的SWMM、STORM模型，模拟农业污染的ARM模型

6、，以及流域模型ANSWERS和HSP等。通过参数的合理率定，和模型通用参数的较准，机理模型能对流域不同节点及其流域出口处的流量和水质作出较为准确的预测。但这类模型所提供的额外精度是以大量的时间和资源为代价的。1.1.3功能模型程炯等：非点源污染模型研究进展643功能模型也是一种系统模型，是在经验模型和机理模型的基础上发展起来的，并有效协调了两种模型的优缺点，是对非点源污染的水文、侵蚀和污染物迁移过程进行系统综合模拟的一种模型。功能模型能评价非点源污染物质负荷不同季节或年际间的变化，并评价长期水质的变化趋势，而且还能描述实际流域内的土地使用类型和地形构造

7、。美国农业部农业研究所开发的CREAMS模型就是一种功能模型。该模型的研发奠定了非点源模型发展的“里程碑”，它首次对非点源污染的水文、侵蚀和污染物迁移过程进行了系统的综合[9]。随着CREAMS模型的推出，相应的不同功能性非点源污染模型在同一时期得到了大力的发展，主要模型有EPIC、GLEAMS、SWRRB、SWAT、AGNPS、WEPP等。这些尺度和功能各异的模型极大地丰富了非点源污染模型的内涵。1.2GIS在非点源模型中的应用上世纪90年代后期，随着计算机技术的飞速发展和3S（RS、GPS、GIS）技术在流域研究中的广泛应用，如何提高模型质量和模拟

8、的精确度成为了非点源研究的一个主要方向。GIS技术在这方面体现了其巨大的优势。一些功能强大的超