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非点源污染模型研究进展

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A 文章编号:1672-2175(2006)03-0641-04 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。Ⅱ FU水质模型和非点源污染模型有机的结合,建立了用于流域化管理的综合水质模型,并采用曲线法计算径流,用统计模型计算污染物负荷。章北平[19]通过建立黑箱模型模拟了武汉东湖农业区的径流污染,并求得了全流域农业区的TN和TP与COD输出负荷及其总量。这期间国外非点源模型也开始应用于我国不同的区域[20],同时GIS等相关技术与非点源污染控制相结合的研究也逐步成为研究的主流[21-22]。随着人们对非点源污染机制、过程的深入理解,非点源模型必将获得进一步完善和发展,为流域非点源的管理、控制提供更好的技术支持。 1.4 非点源模型研究存在的问题 目前国内外的非点源污染模型中研究型的多、应用型的少,经验型的多、机理型的少。从应用角度看,现有的模型过于复杂,参数太多,率定困难,而且实际应用效果也不理想。现有的模型大多带有明显的区域性,有较多的经验型参数,这就造成在模型推广应用时,由于不同区域水文、气象条件的差异,从而大大降低模拟的精度。 非点源污染是一个十分复杂的自然过程,其模型是建立在大量的基本数据和基本信息之上,而现有基本数据库的缺乏、监测工作的薄弱、资金投入少,这给非点源的识别带来不确定性和模型模拟的巨大误差。 我国的非点源污染模型也多为经验型或带有局地特点,有关非点源污染的计算机软件开发应用研究在国内还没有开始。 在现有非点源污染模型中,具有坚实的水文学基础、考虑污染物地表迁移转化过程和大暴雨情况、可推广应用于资料少的大流域、且融入3S技术的非点源污染规划、管理模型在国内外的研究明显不足。 2 非点源污染模型研究趋势 2.1 模型数据规范性研究 现代非点源污染模型是建立在大量的不同类型的数据之上,模型最终是对数据进行运算,所以数据的规范性将直接影响到模型的模拟精度和模拟结果之间的可比性。一般非点源污染模型基本数据来源集中在三个方面,即地形地貌数据、土壤数据、水文气象数据。这些数据基本上与非点源发生过程紧密地联系在一起。如模型所需的高程数据(DEM)可直接识别径流方向,模型所需的土壤数据和水文气象数据直接决定了径流和产污过程。要解决目前模型的区域局限性的缺点,必须从数据的规范性入手,不同区域数据和不同模型的数据结构如果能够进行统一规范,那么就会大大增加模型之间或模拟结果之间的可比性,也便于模型的推广和应用。 这种模型数据的规范性是一项庞大的工程,应与现有的基本地理数据库保持一致。目前基本数据库较为完善的国家其模型的通用性也比较好。由于我国极度缺乏基础数据库,零星的研究结果也散布于不同部门的文献中,因此在我国一些基本数据库的建设和相关数据的规范性研究显得尤为重要。 2.2 模型模拟的不确定性研究 非点源污染模型的主要目的是对非点源污染的过程进行模拟,并估算其产生的污染负荷。这种模型的模拟是建立在我们对非点源污染可认识的基础之上,认识越深刻则模拟越精确。但是由于人对系统的认识是有限的,所以任何数学模型的模拟结果都与真实系统之间存在着一定的误差,从而造成了模型的不确定性。因此正确分析模型的不确定性,是完善非点源模型的一个重要手段,也是现有模型研究的一个重要趋势。 从非点源模型的应用角度看,模型的不确定性主要决定于模型参数的不确定性[23]。而参数的选择及其参数的取值范围直接决定于我们对非点源污染过程的认识深度以及模型所要反映的重点问题。参数不确定的判别只有基于大量的实验和野外观察的基础之上,模型才能切实反映这种非点源污染地表过程。 2.3 模型集成研究 2.3.1 模型要素的集成 由于非点源污染研究涉及到物理,生物,化学等多种复杂过程,涉及到多学科的综合研究。因此,非点源污染模型中不同要素,不同过程的集成是非点源污染模型逐步机理化和系统化的一大趋势。 2.3.2 模型与GIS技术的集成 随着GIS(地理信息系统)技术的不断发展及其在非点源污染中的深入应用,势必要加强GIS和非点源污染模型的集成研究,充分发挥GIS在组织,管理

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