1　引言

水污染是制約中國乃至全球社會經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的重大問題，非點(diǎn)源污染是其中最不易控制的難點(diǎn)問題。非點(diǎn)源污染指時空上無法定點(diǎn)監(jiān)測的，與大氣、水文、土壤、植被、地質(zhì)、地貌、地形等環(huán)境條件和人類活動密切相關(guān)的，可隨時隨地發(fā)生，直接對大氣、土壤、水構(gòu)成污染物的來源[1]，包括大氣環(huán)境的非點(diǎn)源、土壤環(huán)境的非點(diǎn)源和水環(huán)境的非點(diǎn)源。水環(huán)境的非點(diǎn)源包括大氣干濕沉降、暴雨徑流、底泥二次污染和生物污染等方面。狹義的非點(diǎn)源污染指降雨(尤其是暴雨)產(chǎn)生的徑流，沖刷地表的污染物，通過地表漫流等水文循環(huán)過程進(jìn)入各種水體，引起含水層、湖泊、河流、水庫、海灣及濱岸生態(tài)系統(tǒng)等的污染[2-3]。非點(diǎn)源污染成分復(fù)雜、類型多樣，污染源強(qiáng)有地表徑流污染、土壤侵蝕和流失、施用化肥農(nóng)藥、污水灌溉、農(nóng)村生活污水、畜禽糞便、水體人工養(yǎng)殖、大氣干濕沉降、底泥二次污染、旅游污染等[4-9]。危害較大的污染物有氮、磷、泥沙、鹽分、重金屬、有機(jī)物、酸雨、農(nóng)藥、細(xì)菌等。非點(diǎn)源污染具有隨機(jī)性、廣泛性、滯后性、模糊性、難監(jiān)測性、潛伏性、研究和控制難度大等特點(diǎn)。

農(nóng)業(yè)面源污染是最為重要且分布最廣泛的面源污染。城市化被認(rèn)為是僅次于農(nóng)業(yè)造成地表水污染的主要原因。城市地表徑流被美國環(huán)保局列為導(dǎo)致全美河流和湖泊污染的第三大污染源。全球30%～50%的地表已受到非點(diǎn)源污染的影響[10]。美國江河中73%的BOD、92%的懸浮物和83%的細(xì)菌均來自非點(diǎn)源;墨西哥灣年氮入流量89%來自非點(diǎn)源造成嚴(yán)重的水體富營養(yǎng)化;歐洲因農(nóng)業(yè)活動輸入北海河口的總氮、總磷分別占60%、25%;丹麥大部分河流、荷蘭農(nóng)業(yè)中來自非點(diǎn)源污染的氮磷負(fù)荷分別占94%、52%和60%、40%～50%[6,11-13]。中國水土流失面積占國土面積的37.2%，非點(diǎn)源污染已成為江河湖泊，尤其是巢湖、太湖、滇池等湖泊水質(zhì)惡化的主要原因;北京市地下飲用水硝態(tài)氮含量半數(shù)以上超過國際標(biāo)準(zhǔn);重慶市單位面積氮磷、農(nóng)藥施用量分別達(dá)314 kg/、9.55 kg/。暴雨因子是非點(diǎn)源污染發(fā)生的主要驅(qū)動力，在全球氣候變化背景下，多數(shù)陸地地區(qū)的強(qiáng)降水事件頻率呈現(xiàn)增加趨勢[14]，中國降水強(qiáng)度和頻率普遍也趨于增加[15-17]，非點(diǎn)源污染情勢亦將日趨嚴(yán)重。非點(diǎn)源污染主要集中在水土流失嚴(yán)重的地區(qū)和農(nóng)業(yè)區(qū)，然而長期以來中國重點(diǎn)控制點(diǎn)源污染，側(cè)重城市環(huán)境管理，至今尚未把非點(diǎn)源污染納入水污染總量控制中去，導(dǎo)致中國非點(diǎn)源研究相對滯后。

非點(diǎn)源污染已引起了嚴(yán)重的生態(tài)環(huán)境問題，成為繼點(diǎn)源污染后的國際研究熱點(diǎn)問題之一，非點(diǎn)源科學(xué)研究及控制包括對非點(diǎn)源污染過程的動態(tài)監(jiān)測、采用非點(diǎn)源污染模型進(jìn)行非點(diǎn)源污染量化、影響評價和污染治理等，是當(dāng)今水文、環(huán)境等交叉學(xué)科研究的重點(diǎn)。

2　非點(diǎn)源污染模型研究

基于陸地水文學(xué)、水土保持學(xué)、環(huán)境化學(xué)等相關(guān)學(xué)科的水環(huán)境非點(diǎn)源污染的主要研究領(lǐng)域包括非點(diǎn)源污染的特征、負(fù)荷、地域范圍、機(jī)理及相關(guān)影響因子等。通過采用野外實(shí)地考察和監(jiān)測、人工模擬試驗、遙感、地理信息系統(tǒng)等技術(shù)手段定量識別非點(diǎn)源污染時空分布規(guī)律，與非點(diǎn)源污染機(jī)理模型研究相結(jié)合，構(gòu)建以實(shí)用性為目標(biāo)的污染模型，進(jìn)行影響評價和污染治理，從而促進(jìn)非點(diǎn)源污染的控制與管理。

非點(diǎn)源污染模型可模擬非點(diǎn)源的形成、遷移轉(zhuǎn)化等，預(yù)測規(guī)劃措施對污染負(fù)荷和水質(zhì)的影響，為非點(diǎn)源控制和管理的定量化提供有效的技術(shù)手段。完整的模型系統(tǒng)主要包括4部分：降雨徑流模型、侵蝕和泥沙輸移模型、污染物遷移轉(zhuǎn)化模型、受納水體水質(zhì)模型[18]。非點(diǎn)源污染模型有多種分類方法，通常可分為功能性和機(jī)制性模型[19-20]，前者依據(jù)輸入輸出構(gòu)建經(jīng)驗?zāi)Ｐ停嘤糜诹饔蚍屈c(diǎn)源年均污染負(fù)荷計算，不涉及污染的具體過程和機(jī)理，不適合短期計算，在與試驗區(qū)自然、社會因素差別較大的區(qū)域較難外推使用;后者以非點(diǎn)源污染的發(fā)生、遷移轉(zhuǎn)化和影響的具體過程為框架，考慮中間過程或內(nèi)在機(jī)制，數(shù)據(jù)精度要求高，模型外推受時空制約較少。實(shí)際上由各子模型構(gòu)成的非點(diǎn)源污染模型往往兼有以上兩種形式[21]。本文將著重討論國內(nèi)外非點(diǎn)源污染數(shù)學(xué)模型研究的發(fā)展。

2.1　國外非點(diǎn)源污染模型研究

土壤侵蝕是規(guī)模大、危害程度嚴(yán)重的一種農(nóng)業(yè)非點(diǎn)源污染，目前普遍采用美國的通用土壤侵蝕方程(The Universal Soil Loss Equation，USLE)和修正的土壤侵蝕方程(RUSLE)估算農(nóng)田長期土壤流失量。USLE是美國水土保持局經(jīng)40多年的現(xiàn)場觀測調(diào)查得到的經(jīng)驗方程[22]，假設(shè)決定土壤侵蝕的6個因子為降雨能量、土壤可蝕性、坡長、坡度、作物覆蓋及管理、水土保持措施。該公式結(jié)構(gòu)合理、參數(shù)代表性普遍、應(yīng)用范圍廣，與之結(jié)合的各種實(shí)用商業(yè)化軟件的開發(fā)與使用發(fā)展迅速。但模型資料主要來自美國落基山山脈以東地區(qū)，僅適于平緩坡地，不太適于壟作等高耕作及帶狀耕作措施等，限制了其推廣應(yīng)用。作為經(jīng)驗?zāi)Ｐ�，不能描述土壤侵蝕的物理過程，如僅考慮了降雨侵蝕力因子，未考慮與侵蝕密切相關(guān)的徑流因子，坡長與降雨、坡度與降雨等有關(guān)因子交互作用也被忽略等。

20世紀(jì)80年代中期，提出應(yīng)用現(xiàn)代化的試驗測試手段和計算機(jī)模擬技術(shù)，根據(jù)細(xì)溝間侵蝕和細(xì)溝侵蝕的原理及泥沙輸移的動力機(jī)制，建立修正的通用土壤流失預(yù)報方程[23]，即RUSLE，其基本原理與USLE相同，都是六參數(shù)乘法算式。模型有良好的適應(yīng)性，可模擬多種流域管理措施下的水土流失狀況;應(yīng)用范圍由二維領(lǐng)域擴(kuò)展到三維，可模擬地貌景觀的空間演變特性，預(yù)報可靠性大大加強(qiáng)。RUSLE是緩坡地模型，主要針對平原區(qū)和緩坡地形區(qū)，而中國地貌類型復(fù)雜多樣，模型基于年降雨的侵蝕產(chǎn)沙模型，不符合中國黃土高原等許多地區(qū)高強(qiáng)度次降雨居于侵蝕產(chǎn)沙主導(dǎo)地位的情況，使RUSLE在中國的應(yīng)用也受到很大的約束;RUSLE各侵蝕因子的測算，有嚴(yán)格的實(shí)驗條件，其測算在中國尚未有統(tǒng)一的方法。

1985年美國農(nóng)業(yè)部研究了新一代連續(xù)日尺度水蝕預(yù)報模型WEPP(Water Erosion Prediction Project)模型[24]。模型主要由7部分組成：對降雨、溫度、風(fēng)等氣候因子的模擬，地表水和地下水的水文運(yùn)動，水平衡和滲透，土壤組成和變化，植物生長和殘留物分解及管理，地表水力學(xué)運(yùn)動，侵蝕的形成和預(yù)測預(yù)報等。作為連續(xù)的物理模型，WEPP可以模擬非規(guī)則坡形的陡坡、土壤、耕作、作物及管理措施對侵蝕的影響，可以模擬土壤侵蝕的時空變異規(guī)律;預(yù)測泥沙在坡地及流域中的運(yùn)

移狀態(tài);但其本身只能模擬片蝕、細(xì)溝侵蝕和臨時性溝道中的水力侵蝕過程，無法模擬較大規(guī)模的溝蝕和流水溝道的侵蝕;模型在它的發(fā)源地未得到很好的推廣，限制了其發(fā)展。

20世紀(jì)70年代初提出的輸出系數(shù)法是利用污染物輸出系數(shù)估算流域輸出的面源污染負(fù)荷，主要用于評價土地利用和湖泊富營養(yǎng)之間的關(guān)系，由此建立的半分布式輸出系數(shù)模型[25]。該模型允許田間試驗的研究結(jié)果應(yīng)用到適合尺度的集水區(qū)管理，已被成功地用于確定英格蘭和威爾士的湖泊養(yǎng)分負(fù)荷量、北加拿大河流的面源污染負(fù)荷估算等。與3S技術(shù)結(jié)合，流域污染負(fù)荷估測精度大大加強(qiáng)，且在流域內(nèi)污染負(fù)荷的時空分布模式及其驅(qū)動因素分析、流域污染主要來源及其污染關(guān)鍵源區(qū)的識別、污染控制的最佳管理措施方面等均得到了廣泛的應(yīng)用。

20世紀(jì)70年代由美國農(nóng)業(yè)部農(nóng)業(yè)研究局(USDA-ARS)開發(fā)的CREAMS(Chemicals，Runoff and Erosion from Agricultural Management Systems)，可在估算田塊徑流、泥沙和農(nóng)田化合物流失量的基礎(chǔ)上，評價不同耕作措施對非點(diǎn)源污染負(fù)荷的影響，適于田塊尺度過程的計算[26]。模型適于40～400的流域，包括水文模塊，侵蝕或泥沙模塊，化學(xué)污染物模塊。模型已廣泛用于計算農(nóng)田污染物的流失，也可單獨(dú)用于暴雨過程中徑流計算。由于模型參數(shù)較單一，且未考慮流域土壤、地形和土地利用狀況的差異，只能用做粗略的計算和預(yù)測預(yù)報。

GLEAMS(Groundwater Loading Effects on Agricultural Management Systems)模型由美國佐治亞大學(xué)與USDA-ARS共同研發(fā)，其前身為CREAMS，主要用于小區(qū)域模擬，可模擬的水質(zhì)項目包括沉積物、硝酸氮、氨氮、硝酸磷、氨氮、總氮、總磷等[27]。模型采用修正的SCS曲線數(shù)法模擬降雨徑流，使用Priestly-Taylor或Penman-Monteith方法模擬蒸發(fā)。通過模擬氨化、硝化、脫硝、揮發(fā)、吸收、固定等作用，以經(jīng)驗或半經(jīng)驗公式與模型結(jié)合來模擬氮因子。主要采用Sharpley等[28]發(fā)展的一長期估算土壤侵蝕的模型模擬磷，農(nóng)藥成分的模擬主要針對農(nóng)藥特性、土壤質(zhì)地、氣候影響、管理策略、表面徑流滲漏與附著等交互作用而進(jìn)行，模型中也模擬了施藥后農(nóng)藥在根際的傳輸。

20世紀(jì)70年代針對歐洲平原地區(qū)研發(fā)的分布式事件模型ANSWERS(Areal Nonpoint Source Watershed Environment Response Simulation)[29]，可模擬的水質(zhì)能分僅為氮和磷，不能模擬各化學(xué)物質(zhì)的相互轉(zhuǎn)換、殺蟲劑、深層下滲、壤中流、河道基流、融雪過程。20世紀(jì)90年代，Bouraoui等[30]基于原模型開發(fā)了連續(xù)模擬版本ANSWERS 2000，以方格劃分流域，網(wǎng)格內(nèi)所有的水文參數(shù)(土壤特性、地表狀況、植被、地形等)一致。雨期和無雨期的模擬步長分別為30 s、24 h。模型包括水文、泥沙輸移、營養(yǎng)物質(zhì)3大模塊。由于該模型采用經(jīng)驗性的侵蝕模塊，僅可以模擬總泥沙遷移過程，而不能模擬如地表徑流的飽和度、地下水等許多子過程;因未考慮不穩(wěn)定水流運(yùn)動、土壤中污染物運(yùn)移、土壤與地表水之間的交換等，導(dǎo)致非點(diǎn)源污染模擬具有不確定性，不能很好地用于BMPs規(guī)劃;江河中水流和泥沙輸移運(yùn)動與耕地上坡地流的特性不同，需修改輸移方程;不適于壤中流為主的流域。

1986年由USDA-ARS與明尼蘇達(dá)污染物防治局研制的流域分布式事件模型AGNPS(Agricultural Non-Point Source)[31]，步長為暴雨歷時，適于1～20000 的流域，以方格劃分流域，包括水文、侵蝕、泥沙和化學(xué)物質(zhì)傳輸模塊。模型可連續(xù)模擬土壤水和地下水中氮平衡，在流域景觀特征、水文和土地利用規(guī)劃等領(lǐng)域有良好的適應(yīng)性;大量經(jīng)驗公式的采用使其在數(shù)據(jù)短缺地區(qū)適應(yīng)性較強(qiáng)，但無法模擬各營養(yǎng)物組分及其在河道中的轉(zhuǎn)化過程，不適于流域物理過程的長期演變及土壤侵蝕時空分布規(guī)律等研究。1998年研發(fā)的以日為步長的批處理過程、連續(xù)模擬、地表徑流污染物負(fù)荷模型AnnAGNPS(Annualized AGNPS)適合1～3000 的流域，按集水區(qū)劃分單元，由數(shù)據(jù)輸入和編輯模塊、年污染負(fù)荷計算模塊、數(shù)據(jù)輸出及顯示模塊3部分組成，由水文、侵蝕和泥沙輸移、化學(xué)物質(zhì)(養(yǎng)分和農(nóng)藥)模塊組成，還可計算點(diǎn)源、畜牧養(yǎng)殖場產(chǎn)生的污染物、土壩、水庫和集水坑的影響。但模型忽略河道沉積泥沙吸附營養(yǎng)物及農(nóng)藥的后續(xù)影響，假定模擬期間點(diǎn)源流量及營養(yǎng)鹽為常數(shù)，忽略地下水的影響，總磷模擬存在較大的不確定性等。

20世紀(jì)90年代初USDA-ARS開發(fā)的以日為步長的具有物理機(jī)制的適于大、中尺度的流域管理模型SWAT(Soil and Water Assessment Tool)是在農(nóng)業(yè)和森林為主的流域具有連續(xù)模擬能力的最有前途的非點(diǎn)源模型[32-33]。以子流域劃分法離散流域，并進(jìn)一步劃為水文響應(yīng)單元(HRU)，包括水文、非點(diǎn)源污染負(fù)荷模擬、河道污染物遷移轉(zhuǎn)化和湖泊水體水質(zhì)模塊。模型不能模擬詳細(xì)的基于事件的洪水和泥沙，日模擬存在系統(tǒng)誤差，豐水期模擬效果較好;各HRU可有不同的地形特征，且設(shè)定土地利用和土壤閾值會忽略產(chǎn)沙量較大的小面積土地;在地表層增加營養(yǎng)物模擬化肥施用與實(shí)際不符;水質(zhì)模擬結(jié)果以負(fù)荷總量的形式輸出，而中國水質(zhì)檢測和管理主要采取污染物濃度控制，需進(jìn)行換算;DEM分辨率對提取坡度值影響較大，模擬流域產(chǎn)流、產(chǎn)沙時，應(yīng)訂正坡度;天氣發(fā)生器只能產(chǎn)生一點(diǎn)處的天氣序列，不適于尺度水文模擬;增加了模擬河道下切和邊坡穩(wěn)定性的算法，允許河道范圍和大小連續(xù)更新，但河床描述過于簡單;基于完全混合假設(shè)的水庫演算的出流計算過于簡化，為模擬大型水庫，這些方面有待改進(jìn)。

1981年Robert提出的HSPF(Hydrological Simulation Program-Fortran)模型[34]，起源于SWM(Stanford Watershed Model)模型，適于大流域長期連續(xù)模擬。模擬地段分透水地面、不透水地面、河流或完全混合型湖泊水庫。模型包含3個應(yīng)用模塊和5個效用模塊，前者模擬流域的水文/水力和水質(zhì)要素，后者可分析時間序列數(shù)據(jù)。應(yīng)用模塊包括透水和不透水區(qū)水文水質(zhì)模塊，透水區(qū)模擬包括融雪、水文、地表土壤侵蝕沉積物、多種水質(zhì)變化模擬及農(nóng)業(yè)化學(xué)子模塊等;地表水體水文水質(zhì)模塊模型可模擬河道和混合水庫的徑流和水質(zhì)。由斯坦福Ⅳ計算徑流，采用機(jī)理性的土壤侵蝕模型模擬土壤侵蝕，模型可提供水解、氧化、光解、生物降解、揮發(fā)和吸收6種沉積化學(xué)作用模式，并結(jié)合水動力學(xué)實(shí)現(xiàn)沙、粉沙和黏土及BOD、DO、氮、磷、農(nóng)藥等的地表、壤中流過程和蓄積、遷移、轉(zhuǎn)化的綜合模擬，可進(jìn)行小時

尺度的產(chǎn)匯流分析，是國際上模擬流域非點(diǎn)源污染效果最好的模型之一。最大的缺陷是假設(shè)模擬區(qū)對斯坦福流域水文模型是適用的，且污染物在受納水體的寬度和深度上充分混合，限制模型的實(shí)用性，只能模擬到各子流域不同土地利用類型污染負(fù)荷產(chǎn)生量，空間分辨率較低。

1969年由Abbott等提出的SHE(Systeme Hydrologique Europeen)模型以矩形網(wǎng)格劃分流域[35]。20世紀(jì)90年代初在SHE的基礎(chǔ)上研發(fā)的MIKE SHE是一個綜合、確定的靈活而功能強(qiáng)大的模型，是世界上第一個嚴(yán)格意義上的有物理意義的連續(xù)分布式水文系統(tǒng)模型。主要組件有WM(水流運(yùn)動)、AD(溶解質(zhì)的平移和擴(kuò)散)、GC(地球化學(xué)和生物反應(yīng))、CN(作物生長和根系區(qū)氮的運(yùn)移過程)、SE(土壤侵蝕)、DP(雙相介質(zhì)中的孔隙率)、IR(灌溉)。MIKE SHE能綜合模擬對流—彌散運(yùn)移、吸附、生物降解、地球化學(xué)過程和大孔隙流問題以及大多數(shù)水文、水資源和污染物運(yùn)移的一般應(yīng)用。大部分子模型具有物理意義，適合尺度很廣，從單一的土壤剖面到大范圍的區(qū)域尺度;完全與GIS數(shù)據(jù)庫耦合，并有用戶友好輸入-輸出界面;采用整合式的模塊化結(jié)構(gòu)，每一組件描述水文循環(huán)中一個獨(dú)立的物理過程;Richards方程使用有效或有代表性的參數(shù)值無法驗證模擬的土壤含水條件;模型代碼未公開，用戶無法根據(jù)實(shí)際需要修改模塊;對蒸散量與河流含水層相互作用的模擬能力有待提高。

國外非點(diǎn)源污染模型研究經(jīng)歷了萌芽期(20世紀(jì)60年代初-70年代初)、快速發(fā)展期(20世紀(jì)70年代中期-80年代末)、完善應(yīng)用期(20世紀(jì)90年代初至今[36]，由簡單的統(tǒng)計分析向機(jī)理模型、由平均負(fù)荷輸出或單場暴雨分析向連續(xù)時間響應(yīng)分析、由集總模型向分布式模型發(fā)展，耦合GIS和RS等實(shí)現(xiàn)最佳管理、標(biāo)識關(guān)鍵源區(qū)，今后模糊理論、不確定性分析、風(fēng)險評價和管理的引入將促進(jìn)相關(guān)研究的開展;但多數(shù)非點(diǎn)源污染模型的水文模塊較為薄弱，如采用經(jīng)驗的SCS曲線數(shù)法，需加強(qiáng)非點(diǎn)源污染模型與水循環(huán)系統(tǒng)的耦合研究，非點(diǎn)源污染機(jī)理模型參數(shù)較多，缺少詳盡的實(shí)測資料率定參數(shù)，綜合研究大暴雨產(chǎn)流產(chǎn)污、污染物遷移轉(zhuǎn)化過程、非點(diǎn)源污染規(guī)劃管理、資料缺乏流域的非點(diǎn)源污染模型較少，人類活動、氣候變化等的效應(yīng)模擬也是非點(diǎn)源污染模型今后開發(fā)和改進(jìn)的方向。

2.2　國內(nèi)非點(diǎn)源污染模型研究

20世紀(jì)60年代，中國開展了化學(xué)侵蝕與徑流研究[37]，主要分析與河流、湖泊等礦化度有關(guān)的鹽類物質(zhì)，類似于今天的非點(diǎn)源污染研究，可認(rèn)為是中國水環(huán)境非點(diǎn)源污染研究的先導(dǎo)。70年代末提出在該領(lǐng)域發(fā)展RS和GIS技術(shù)的建議，80年代在理論研究、軟件開發(fā)、系統(tǒng)建立等方面取得了一定的進(jìn)展。80年代中后期，開始了控制研究，主要是其宏觀特征與污染負(fù)荷定量計算模型的初步研究。90年代以來主要通過GIS技術(shù)與一些簡單模型結(jié)合的模擬來輔助決策或應(yīng)用綜合分析和統(tǒng)計法評估與地理因素密切相關(guān)的事件。

溫灼如等[38]建立了包括雨水淋洗與沖刷作用的確定性集總的蘇州暴雨徑流污染的概念模型，由遙感技術(shù)得到土地利用衛(wèi)星影像分類圖，由典型試區(qū)徑流系數(shù)及土地利用建立降雨徑流關(guān)系，選擇降雨時段較少的實(shí)測BOD[，5]或氨氮污染負(fù)荷過程，扣除旱流本底影響，推出徑流污染負(fù)荷單位線，根據(jù)參與徑流污染計算的雨量及時段數(shù)，由水量和污染負(fù)荷單位線計算流量和污染負(fù)荷，外城采用典型區(qū)徑流與污染模數(shù)，由此建立月水質(zhì)污染量經(jīng)驗方程，可以計算缺乏水質(zhì)監(jiān)測資料的污染量;劉曼蓉等[39]建立了南京城北地區(qū)的暴雨徑流污染概念模型和統(tǒng)計相關(guān)模型，研究了輸入徑流模數(shù)與輸出污染徑流模數(shù)的相關(guān)關(guān)系;肖青等[40]以ArcView為軟件平臺，開發(fā)了蘇州河環(huán)境綜合整治管理信息系統(tǒng)的原型;朱萱等[41]采用統(tǒng)計技術(shù)建立農(nóng)田區(qū)域徑流—污染負(fù)荷經(jīng)驗?zāi)Ｐ?陳西平等[42]建立的涪陵地區(qū)各次降雨沖刷污染物預(yù)測方程，可通過氣象預(yù)報降雨量預(yù)測污染物流失量;李定強(qiáng)等[43]分析了楊子坑小流域氮磷負(fù)荷隨降雨徑流過程的動態(tài)變化規(guī)律，建立了降雨—徑流、徑流—污染物負(fù)荷輸出之間的數(shù)學(xué)統(tǒng)計模型。

王昕皓[44]將研究流域劃分為若干坡面，提出了單元坡面模型，包括劃分基本單元、確定凈雨過程、計算坡面漫流和污染物流失4個子模型。小流域或匯水區(qū)可建立污染物流失率與徑流率的統(tǒng)計關(guān)系反映非點(diǎn)源污染的形成過程;夏青等[45]提出了包含降雨產(chǎn)流、匯流出流、水流和水質(zhì)相關(guān)3個子模型的非點(diǎn)源污染負(fù)荷流域模型，適于濕潤與半濕潤地區(qū);吳禮福[46]以數(shù)字地形模型上最小的溝谷單元為侵蝕基本單元建立了黃土高原土壤侵蝕模型;馬超飛等[47]依據(jù)USLE模型結(jié)合RS、GIS技術(shù)對岷江上游進(jìn)行侵蝕強(qiáng)度分級和填圖、坡耕地提取，分析了坡耕地和侵蝕強(qiáng)度的關(guān)系;劉海濤[48]基于Web-GIS與USLE建立網(wǎng)絡(luò)土壤侵蝕模型，可基于DEM計算土壤侵蝕程度;鄒亞榮等[49]用USLE為選取的水土流失因子打分，應(yīng)用Arc/Info的主成分分析法確定各因子的權(quán)重，在ArcView下定出風(fēng)險等級。

李懷恩等[50-52]進(jìn)行了一系列研究，如建立了逆高斯分布瞬時輸沙單位線模型，將徑流及懸移質(zhì)在流域中的匯集概化為在河網(wǎng)中的匯集，以逆高斯分布概率密度函數(shù)為瞬時輸沙單位線線型研究流域匯沙，由步長加速法自動率定模型參數(shù)，具有物理基礎(chǔ)、彈性好、匯流與輸沙過程計算采用統(tǒng)一模式的特點(diǎn)，但峰值模擬偏低，應(yīng)加強(qiáng)研究參數(shù)的單站及地區(qū)綜合問題，促進(jìn)模型推廣，構(gòu)建的流域非點(diǎn)源污染模型系統(tǒng)優(yōu)選綜合產(chǎn)流模型，建立逆高斯分布分布瞬時單位線流域匯流模型及考慮污染物遷移轉(zhuǎn)化機(jī)理的宏觀概念性模型，由流域出口斷面的標(biāo)準(zhǔn)負(fù)荷率過程可推求出口斷面濃度過程線，模型精度高、彈性好，應(yīng)進(jìn)一步研究次暴雨平均濃度的推求及參數(shù)的綜合與預(yù)測檢驗問題。

王宏等[53]建立了適于中小流域的綜合水質(zhì)模型，可模擬分級落差的臺階形河流，河流水質(zhì)模塊采用QUALIIEU模型，增加了模擬COD和底泥泛起功能;水庫水質(zhì)模塊包括峽山水庫和墻夼水庫子模型，前者采用經(jīng)驗統(tǒng)計法，后者為輸入響應(yīng)模型;非點(diǎn)源污染模塊根據(jù)土地利用和人口、牲畜當(dāng)量制定;王少平等[54]基于VB6.0、MapX4.0、Surfer7.0和Access2000建立了無縫集成的蘇州河流域面源管理信息系統(tǒng)，為面源模型與3S技術(shù)的結(jié)合開發(fā)提供了參考，模型包括用戶界面、數(shù)據(jù)庫模塊和功能模塊，后者包括面源負(fù)荷估算、面源污染評價和面源總量控制。由面降水量、徑流系數(shù)、不同

土地利用的污染物濃度等估算單位多邊形的污染負(fù)荷，通過上中下游河段水環(huán)境容量計算單位負(fù)荷削減量;朱學(xué)愚等[55]表明用數(shù)學(xué)模擬方法定量研究地下水污染是可行的。

李家科等[56-58]建立了一系列模型預(yù)測渭河流域非點(diǎn)源污染負(fù)荷，如對資料要求少、精度較高的非點(diǎn)源污染負(fù)荷多變量灰色神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測模型，包括GM(1，N)模型、殘差序列{1[(0)](k)｝的BP、RBF網(wǎng)絡(luò)模型和灰色人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型。模型簡單、不需要確定非線性函數(shù)和計算方法，但網(wǎng)絡(luò)參數(shù)選擇和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的確定需進(jìn)一步研究;利用支持向量機(jī)進(jìn)行有限資料下非點(diǎn)源污染負(fù)荷預(yù)測，確定預(yù)測因子后選擇非點(diǎn)源污染負(fù)荷構(gòu)成樣本數(shù)據(jù)集，采用RBF核函數(shù)利用SVM進(jìn)行學(xué)習(xí)訓(xùn)練，由訓(xùn)練后的參數(shù)預(yù)測，精度較高，預(yù)測結(jié)果優(yōu)于最小二乘支持向量機(jī)、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和最小二乘回歸法預(yù)測模型，但核函數(shù)類型的選擇研究應(yīng)進(jìn)一步深入;將待預(yù)測時段的非點(diǎn)源污染影響因子以加權(quán)和形式引入自記憶模型估算資料缺乏地區(qū)非點(diǎn)源污染負(fù)荷，將現(xiàn)有觀測資料看做描述實(shí)際非線性動力系統(tǒng)動力模式，反演描寫系統(tǒng)的非線性動力模式，得到非點(diǎn)源污染負(fù)荷非線性常微分方程，即可建立自記憶模型。該模型在缺乏連續(xù)非點(diǎn)源污染負(fù)荷資料的地域適用性較差，模型的回溯階數(shù)問題需進(jìn)一步研究，非點(diǎn)源負(fù)荷的動力微分方程模式應(yīng)加強(qiáng)物理機(jī)制研究;渭河流域分別建立了基于多變量灰色神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、支持向量機(jī)技術(shù)、自記憶原理的非點(diǎn)源污染負(fù)荷模型，為有限資料條件下非點(diǎn)源污染負(fù)荷的預(yù)測提供了有效的方法(表1)。

齊苑儒等[59]在有限資料條件下，由Erdas生成研究區(qū)土地利用圖，采用SCS徑流曲線模型推求暴雨地表徑流量，以土壤前期降水水分調(diào)整了CN值，估算了COD、總氮、懸浮固體及總磷等的負(fù)荷量;張超[60]建立了能描述土地覆被、土壤水力特性的坡面單元產(chǎn)流計算子模型和河網(wǎng)匯流計算子模型，提出了自動建立子流域拓?fù)潢P(guān)系的新算法，建立蓄滿—超滲混合產(chǎn)流模型，增加動力波計算模塊;將分布式水文模型與土壤侵蝕、污染物淋洗模型嵌套形成分布式非點(diǎn)源污染機(jī)理模型，坡面產(chǎn)輸沙考慮了雨滴濺蝕、片流侵蝕和細(xì)溝侵蝕，僅計算泥沙D[，50]，假定土壤污染物為保守型，總磷分為溶解態(tài)磷和顆粒態(tài)磷，總氮分為溶解態(tài)氮和吸附在泥沙顆粒上的氮，忽略生物攝取量和吸附/解吸作用，由非恒定懸移質(zhì)不平衡輸沙方程模擬溝道泥沙輸移，最后建立綜合計算平臺DWHEMT，并成功用于香溪河流域氮磷負(fù)荷變化規(guī)律的研究。

中國非點(diǎn)源污染研究起步較晚，長系列的非點(diǎn)源監(jiān)測數(shù)據(jù)較少，非點(diǎn)源污染模型研究目前尚屬應(yīng)用研究，大多采用國外比較成熟的非點(diǎn)源污染模型，應(yīng)加強(qiáng)建立適合中國不同區(qū)域特征不同時空變異特征的非點(diǎn)源污染機(jī)理模型，國外模型在中國監(jiān)測資料缺乏區(qū)域很難適應(yīng)，應(yīng)改進(jìn)有限資料條件下非點(diǎn)源污染負(fù)荷的模擬問題;中國已建立的模型大多形式簡單、功能單一，應(yīng)用簡單統(tǒng)計模型應(yīng)對日益嚴(yán)重的非點(diǎn)源問題具有較高的可行性;機(jī)理性模型研究較少，且缺乏研究深度，較少考慮氣象、農(nóng)業(yè)管理等因素的影響，限制了模型的適用范圍;模型大多為確定性模型，但由于水質(zhì)、水文監(jiān)測數(shù)據(jù)、模型參數(shù)、模型結(jié)構(gòu)等均存在誤差，應(yīng)加強(qiáng)分析模擬的影響因素，減少模擬結(jié)果的不確定性;3S技術(shù)與非點(diǎn)源污染模型的結(jié)合尚處于嘗試階段，應(yīng)加強(qiáng)地理信息庫的建立、模型要素的集成研究等;目前建立的非點(diǎn)源污染模型大多適于小流域，而不同尺度估算的非點(diǎn)源污染負(fù)荷差異較大，應(yīng)專門研究基于不同尺度的非點(diǎn)源污染模型及參數(shù)轉(zhuǎn)換;非點(diǎn)源污染機(jī)理復(fù)雜，涉及氣象、水文、土壤、環(huán)境、生態(tài)等多學(xué)科，應(yīng)加強(qiáng)各學(xué)科之間的聯(lián)系，完善非點(diǎn)源污染研究的理論體系。

2.3　現(xiàn)有研究的不足

(1)國內(nèi)外非點(diǎn)源污染機(jī)理模型缺乏研究深度，水文模塊較多采用經(jīng)驗公式，需加強(qiáng)非點(diǎn)源污染過程的水循環(huán)基礎(chǔ)研究，流域產(chǎn)污、運(yùn)移機(jī)理較為簡單，污染物在壤中流和地下水中的遷移轉(zhuǎn)化機(jī)制研究較少，尤其是不同形態(tài)的氮磷等污染物，今后需加強(qiáng)研究深度，為非點(diǎn)源污染控制提供堅實(shí)的理論基礎(chǔ)。

(2)非點(diǎn)源污染物復(fù)雜多樣、污染控制技術(shù)有限，加強(qiáng)非點(diǎn)源污染物的毒理學(xué)研究，模擬污染物對水生生物及人體的影響，篩選出主控污染物，以便采取相應(yīng)的監(jiān)測、管理和控制措施。

(3)基于不同流域尺度非點(diǎn)源污染模型的產(chǎn)匯流過程、吸附、滲濾機(jī)制不同[61]，導(dǎo)致估算的污染負(fù)荷差異較大，現(xiàn)大多針對較小流域進(jìn)行模擬與驗證，應(yīng)拓展研究尺度、建立微觀與宏觀模型及參數(shù)轉(zhuǎn)換的關(guān)系，加強(qiáng)非點(diǎn)源污染模型與大型流域管理模型的集成研究。

(4)中國目前基本沒有較為連續(xù)的非點(diǎn)源水質(zhì)水量同步監(jiān)測資料，現(xiàn)有模型很難在無資料及資料缺乏地區(qū)運(yùn)用，開展有限資料條件下非點(diǎn)源污染機(jī)理研究，將逐漸能滿足非點(diǎn)源控制與治理的實(shí)際需要，模擬中存在多種誤差，模型的不確定性主要取決于參數(shù)的不確定性[62]，基于大量的觀測與模擬實(shí)驗，可獲得有效的數(shù)據(jù)支持，以充分揭示不同條件下非點(diǎn)源污染物的發(fā)生和遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律。

3　非點(diǎn)源污染機(jī)理模型探索

3.1　非點(diǎn)源污染機(jī)理模型構(gòu)建

非點(diǎn)源污染過程涉及水文、土壤、化學(xué)等多個學(xué)科，降雨在不同下墊面下產(chǎn)生徑流，并對土壤產(chǎn)生侵蝕，在降雨—徑流驅(qū)動因子作用下，大量的泥沙與附著態(tài)、可溶態(tài)污染物進(jìn)入水體，同時土體內(nèi)污染物隨降水入滲產(chǎn)生垂直遷移，水中吸附態(tài)和溶解態(tài)污染物存在吸附—解吸、植物吸收、微生物降解等作用，因此非點(diǎn)源污染機(jī)理非常復(fù)雜。通常非點(diǎn)源污染機(jī)理模擬主要分陸地過程和河道演算2個階段。陸地過程主要應(yīng)用坡面模型，包括降水徑流、水土流失和非點(diǎn)源污染水質(zhì)模型;河道演算主要應(yīng)用河道水動力、河網(wǎng)輸沙和河道水質(zhì)模型。

非點(diǎn)源污染機(jī)理研究是污染輸出控制和模擬估算研究的基礎(chǔ)，重點(diǎn)是闡明在多種污染因子綜合影響下目標(biāo)污染物的遷移轉(zhuǎn)化，包括降雨量、降雨強(qiáng)度、流域下滲和蓄水特征等水文參數(shù)、土壤結(jié)構(gòu)、農(nóng)作物類型、氣候、地質(zhì)地貌等因子。已有不少學(xué)者[63-65]進(jìn)行野外監(jiān)測或室內(nèi)人工降水實(shí)驗研究非點(diǎn)源污染負(fù)荷遷移轉(zhuǎn)化機(jī)理，包括分析流域下墊面、降雨等對污染負(fù)荷的影響，采用田間小區(qū)試驗研究不同耕作、施肥方式下農(nóng)田排水的營養(yǎng)鹽輸出，由典型小流域出口監(jiān)測研究流域產(chǎn)匯流過程污染物輸出量與流域下墊面的聯(lián)系等。受野外復(fù)雜條件和觀測手段的局限，目前主要通過室內(nèi)人工

模擬降雨試驗�；诓煌恋乩�、不同土壤類型、不同固定雨強(qiáng)下多次室內(nèi)人工降雨平行實(shí)驗，測定各土層徑流水樣的流量及其中顆粒物和氨氮、硝氮、亞硝氮、總氮磷、溶解態(tài)氮磷等的濃度，研究污染負(fù)荷與降雨、徑流、植被覆蓋、土壤之間的相關(guān)關(guān)系，分析污染負(fù)荷在土壤中遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律(圖1)。

機(jī)理研究　數(shù)學(xué)模型　室內(nèi)人工降雨實(shí)驗　研究污染負(fù)荷與降雨、徑流、植被覆蓋、土壤的關(guān)系，分析污染負(fù)荷在土壤中遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律　分布式非點(diǎn)源污染模型

模塊組分　基礎(chǔ)　降雨徑流模型　侵蝕和泥沙輸移模型　核心　污染物遷移轉(zhuǎn)化模型　目的　河道輸移模型

模塊功能　建立流域水文模型、推求流量過程線和徑流量　流域產(chǎn)匯流　徑流沖刷地面形成土壤侵蝕及在土壤中輸移　流域產(chǎn)輸沙　氮磷等污染物進(jìn)入水體前在土壤中的遷移轉(zhuǎn)化　污染物在徑流形成過程中轉(zhuǎn)化和輸移過程　污染物(氮磷、BOD、COD、泥沙等)在河道中的遷移轉(zhuǎn)化過程　非點(diǎn)源污染負(fù)荷對水質(zhì)的影響

常用方法　推理公式法時段單位線瞬時單位線水文模型……　通用土壤流失方程尼格夫模型一階沖刷函數(shù)逆高斯分布非點(diǎn)源污染物遷移模型亞林公式……　埃利森土壤濺蝕統(tǒng)計模型土壤養(yǎng)分與徑流相互作用深度模型土壤養(yǎng)分在徑流中釋放與傳輸模型土壤養(yǎng)分在坡面流失行為模型富集系數(shù)法……　QUAL綜合水質(zhì)模型BOD-DO模型CE-QUAL模型WASP模型河流隨機(jī)水質(zhì)模型……

選用方法　分布式時變增益模型產(chǎn)匯流模塊　修正的土壤流失方程亞林公式　硝態(tài)氮污染負(fù)荷模型有機(jī)氮污染負(fù)荷模型溶解磷污染負(fù)荷模型有機(jī)磷和礦物質(zhì)磷污染負(fù)荷模型　QUAL-Ⅱ型綜合水質(zhì)模型

分布式時變增益非點(diǎn)源污染模型

圖1　分布式非點(diǎn)源污染模型構(gòu)建技術(shù)路線圖

Fig. 1 Technology roadmap of distributed nonpoint source pollution model development

在室內(nèi)實(shí)驗的基礎(chǔ)上，借助數(shù)學(xué)模型，以分布式水文模型的產(chǎn)匯流理論為基礎(chǔ)，污染物的輸移過程分地表匯集和河道遷移轉(zhuǎn)化兩部分，借鑒當(dāng)前比較成熟、物理機(jī)制比較完善的非點(diǎn)源污染模型，構(gòu)建集產(chǎn)匯流、侵蝕和泥沙輸移、污染物負(fù)荷遷移轉(zhuǎn)化模塊于一體的具有物理成因機(jī)制的分布式非點(diǎn)源污染模型，實(shí)現(xiàn)流域水文(產(chǎn)匯流)、泥沙(產(chǎn)輸沙)、污染物遷移轉(zhuǎn)化模型之間的耦合。分布式時變增益模型(DTVGM)結(jié)合分布式水文模擬與流域降雨-徑流非線性系統(tǒng)理論，非線性產(chǎn)流機(jī)制簡單，采用分級網(wǎng)格運(yùn)動波法匯流，已成功運(yùn)用在黃河、黑河、潮白河、淮河等多個流域，可以對人工調(diào)控流域進(jìn)行水質(zhì)、水量聯(lián)合模擬，滿足水資源管理的要求[66-69]。此處降雨徑流模塊采用基于水文非線性系統(tǒng)方法的分布式時變增益模型，在流域單元網(wǎng)格上計算非線性地表水產(chǎn)流，基于水量平衡方程和蓄泄方程計算土壤水和地下水產(chǎn)流，由DEM提取的匯流網(wǎng)絡(luò)分級演算網(wǎng)格匯流;侵蝕和泥沙輸移模塊采用MUSLE計算，顆粒污染物隨地表徑流遷移，溶解污染物隨地表或土壤水、地下水運(yùn)動，劃分顆粒等級按亞林公式沿網(wǎng)格演算到流域出口;坡地土壤養(yǎng)分流失表現(xiàn)為可溶性氮磷隨徑流流失，無機(jī)態(tài)和有機(jī)質(zhì)態(tài)氮磷吸附和結(jié)合于泥沙顆粒表面流失，銨態(tài)氮基本吸附于土壤顆粒表面，硝態(tài)氮主要存在于土壤液相中，氮流失的主要形式為顆粒態(tài)氮，將總氮劃分為硝態(tài)氮(溶解態(tài)氮)、有機(jī)氮(吸附態(tài)氮)，將總磷分為溶解態(tài)磷和吸附態(tài)磷(有機(jī)磷和礦物態(tài)磷)，溶解態(tài)污染物可采用土壤污染物與徑流的相互作用模型計算，分別計算地表水、壤中流和滲流流失的硝態(tài)氮，由于溶解態(tài)磷不很活躍，僅計算土壤表層(10 mm)地表徑流輸移的溶解態(tài)磷，吸附態(tài)污染物多采用富集率概念計算，富集率定義為泥沙顆粒中的污染物濃度與泥沙源區(qū)土壤中的污染物濃度之比，分別建立硝態(tài)氮、有機(jī)氮、溶解磷、有機(jī)磷和礦物質(zhì)磷污染負(fù)荷模型;河道水質(zhì)模擬采用QUAL-Ⅱ模型，模擬河道中溶解氧、泥沙、不同存在形式的氮磷等營養(yǎng)元素、有機(jī)污染物及農(nóng)藥等多種不同水質(zhì)指標(biāo)的變化過程。以此研究流域污染負(fù)荷空間分布，識別流域非點(diǎn)源污染來源和擴(kuò)散途徑，提出相應(yīng)的控制措施，為評價非點(diǎn)源污染對水環(huán)境的影響程度提供科學(xué)依據(jù)和技術(shù)支撐。

3.2　建模存在的難點(diǎn)

(1)如何將非點(diǎn)源污染中復(fù)雜模糊的機(jī)理過程通過簡單有效的數(shù)學(xué)公式表達(dá)，反映氮磷等物質(zhì)各個形態(tài)之間的相互轉(zhuǎn)化以及在不同的降水條件、土地利用條件下，其在土壤中縱向和垂向的遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律等;

(2)不同尺度的非點(diǎn)源污染模型估算的污染負(fù)荷存在較大的差異性，通過實(shí)驗室和田間尺度模擬實(shí)驗獲得的監(jiān)測數(shù)據(jù)，難以全面反映流域尺度非點(diǎn)源污染負(fù)荷遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律;

(3)構(gòu)建的非點(diǎn)源污染模型難以完全反映實(shí)際情況，正確分析模型的不確定性有利于模型的合理應(yīng)用，模擬結(jié)果缺乏有效的驗證，需要詳盡的實(shí)測監(jiān)測資料的支持。

(4)非點(diǎn)源污染模型的構(gòu)建還必須與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動聯(lián)系，考慮農(nóng)作物生長機(jī)理、耕作方式、施肥、灌溉、收割等，涉及農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的方方面面。這也是非點(diǎn)源污染模型構(gòu)建的一大難點(diǎn)。

4　結(jié)論

非點(diǎn)源污染研究的兩個主要發(fā)展趨勢是實(shí)驗室和田間尺度的觀測和模擬試驗，即基于流域尺度的非點(diǎn)源污染模型的模擬和評價。首先，通過人工控制和田間試驗獲得大量監(jiān)測數(shù)據(jù)，建立小尺度反映不同降水條件、土地利用類型等自然狀況下各負(fù)荷的流失過程、變化規(guī)律的機(jī)理模型。由點(diǎn)到面，從實(shí)驗室、農(nóng)田等小尺度推廣到流域尺度，由單次暴雨擴(kuò)大到長期連續(xù)模擬，根據(jù)流域內(nèi)不同土地利用類型、不同降水條件等將整個流域分為多種產(chǎn)流產(chǎn)污計算單元，采用不同的機(jī)理模型計算各單元非點(diǎn)源污染負(fù)荷，從而形成流域尺度非點(diǎn)源污染模型。目前機(jī)理模型在流域尺度上推廣仍存在很多薄弱環(huán)節(jié)。此外，目前國內(nèi)外非點(diǎn)源污染模型偏向應(yīng)用型，模型具有明顯的區(qū)域性，不利于推廣，由于受缺乏實(shí)測的詳盡的非點(diǎn)源污染負(fù)荷各環(huán)節(jié)監(jiān)測資料，模型存在的不確定性等的影響，模擬結(jié)果缺乏有效的驗證、缺乏可靠性。為了有效控制非點(diǎn)源，在加強(qiáng)科學(xué)調(diào)查的同時，非點(diǎn)源污染研究還有待進(jìn)一步完善和擴(kuò)展：

(1)加強(qiáng)與遙感等先進(jìn)觀測技術(shù)的結(jié)合

利用遙感衛(wèi)星技術(shù)對研究區(qū)內(nèi)非點(diǎn)源污染的時空分布進(jìn)行反演估算，為非點(diǎn)源污染模型率定和驗證提供新的途徑，提高模型的可靠性。

(2)進(jìn)一步加強(qiáng)非點(diǎn)源污染形成各個環(huán)節(jié)的機(jī)理研究，增強(qiáng)人工模擬試驗與非點(diǎn)源污染模型結(jié)合

研究不同降水條

件、不同土地利用條件下產(chǎn)污機(jī)制、不同非點(diǎn)源污染物質(zhì)在土壤中的縱向和垂向的運(yùn)移規(guī)律、可溶性物質(zhì)和不可溶性物質(zhì)隨地表徑流、壤中流、地下徑流、泥沙等的運(yùn)移規(guī)律、不同形態(tài)污染物質(zhì)的相互轉(zhuǎn)化規(guī)律等等。以人工控制和田間試驗的定量分析結(jié)果，指導(dǎo)流域尺度非點(diǎn)源污染模型各模塊的建模、參數(shù)調(diào)試、模擬結(jié)果驗證等，以非點(diǎn)源污染模型的模擬分析驗證人工模擬試驗的合理性等。

(3)加強(qiáng)與氣候變化、社會經(jīng)濟(jì)、水循環(huán)等系統(tǒng)的綜合集成研究

加強(qiáng)非點(diǎn)源污染與氣候變化模式、土地利用變化等的集成研究;氣候變化可改變降水模式、雨強(qiáng)、土壤水含量和徑流，并影響水質(zhì)，惡化營養(yǎng)物、泥沙和病菌等污染物對生態(tài)系統(tǒng)和人類健康的影響等，土地利用方式取決于氣候、水文、土壤、地貌、經(jīng)濟(jì)水平等自然和社會因素，其變化會導(dǎo)致下墊面水力學(xué)特征、化學(xué)物質(zhì)輸入輸出、耕作方式、土壤等發(fā)生變化，對非點(diǎn)源污染負(fù)荷有較大影響;水污染調(diào)控應(yīng)以水功能區(qū)水質(zhì)水量達(dá)標(biāo)為基礎(chǔ)控制排污，應(yīng)加強(qiáng)流域水質(zhì)水量聯(lián)合調(diào)控研究，基于分布式時變增益模型已在淮河流域構(gòu)建了閘壩調(diào)控流域水質(zhì)水量聯(lián)合模擬系統(tǒng)，但仍需鞏固非點(diǎn)源污染模塊，加強(qiáng)水系統(tǒng)的綜合模擬研究。

(4)加強(qiáng)模型的不確定性和風(fēng)險分析

非點(diǎn)源污染模型涉及水文、環(huán)境、人類活動等多個環(huán)境，因此模型中存在許多不確定性。在模型研究中必須引入不確定性分析、灰色理論、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等，量化輸入不確定性、模型結(jié)構(gòu)不確定性、參數(shù)不確定性等等對模型結(jié)果可能導(dǎo)致的影響，進(jìn)行風(fēng)險評價和管理。

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