【正文】 模型中。針對(duì)輸出 系數(shù)模型這些不足， Johns et al.,(1996)在已有研究成果的基礎(chǔ)上對(duì)輸出系數(shù)模型進(jìn)行了改進(jìn)： PIAEL ini ii ??? ?? )]([1 (2) 式中： L為 流域內(nèi) 各類土地某種污染物的輸出總量 (Kg?a1)； n為 流域中 土地利用類型 或牲畜、人口 數(shù)； Ei為第 i種土地利用類型的該種污染物輸出系數(shù) 或第 i類牲畜、人口的輸出系數(shù) ； Ai為第 i種土地利用類型的面積 (ha) 或第 i類牲畜數(shù)量、人口數(shù)量 ； Ii為第 i種營養(yǎng)源營養(yǎng)物輸入量； P為降雨輸入的營養(yǎng)物量。 Reckhow, 1982)。因此，采用非點(diǎn)源污染模型進(jìn)行非點(diǎn)源污染量化、影響評(píng)價(jià)和污染治理等一直是非點(diǎn)源污染研究的核心內(nèi)容之一。 然而，從近年來的研究來看，國內(nèi)關(guān)于非點(diǎn)源污染的研究側(cè)重于農(nóng)業(yè)非點(diǎn)源，城市非點(diǎn)源污染的研究相對(duì)較少，且鮮見有關(guān)地下水非點(diǎn)源污染方面的研究；再者，基于模型的非點(diǎn)源污染的估算或者評(píng)價(jià)大多采用 SWAT 模型，其他非點(diǎn)源污染模型的應(yīng)用相對(duì)缺乏，不利于模型之間的比較和擇優(yōu)；另外，國內(nèi)自主建立的非點(diǎn)源污染模型是污染負(fù)荷模型，在自主開發(fā)大型機(jī)理模型方面存在明顯不足。與此同時(shí)，為了更好地實(shí)現(xiàn)非點(diǎn)源污染的控制和治理，有效地制定相應(yīng)的最佳管理措施，非點(diǎn)源污染物的源識(shí)別與評(píng)價(jià) (龐靖鵬 等 , 20xx。 王曉 等 , 20xx)成為國內(nèi)非點(diǎn)源污染研究的主要內(nèi)容。 李家科 等 , 20xx。 黃金良 等 , 20xx。 吳林祖 , 1987 )。另一方面，通過在非點(diǎn)源污染模型研究中引入 RS、 GIS技術(shù) , 不僅大大提高了模型的有效性、實(shí)用性和可視化程度，而且實(shí)現(xiàn) 了從單純的非點(diǎn)源污染的數(shù)學(xué)模擬工具向一種系統(tǒng)決策工具的轉(zhuǎn)變，例如，目前應(yīng)用較為廣泛的 SWAT(Soil Water Assessment Tool)模型 (Arnold et al., 1996)、 HSPF(Hydrological Simulation ProgramFortran)模型 (Bicknell et al., 1996)等，而以非點(diǎn)源模型為基礎(chǔ)的非點(diǎn)源污染風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)與控制管理成為當(dāng)前模型應(yīng)用研究的一個(gè)重要方向。美國作為開展非點(diǎn)源污染研究最多的一個(gè)國家，在建立了 SCS模型 (US Department of Agriculture, 1956)和 USCLE模型 (Wischmeier, 1976)基礎(chǔ)上，成功實(shí)現(xiàn)了徑流計(jì)算和土壤侵蝕預(yù)報(bào)，并于 1976年首次提出了最佳管理措施 BMPs (Best Management Practices )，詳細(xì)介紹了應(yīng)用模型分析法評(píng)價(jià)和預(yù)測管理措施的實(shí)施效果。 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 水環(huán)境非點(diǎn)源污染研究進(jìn)展 從廣義上來說，水環(huán)境非點(diǎn)源不僅僅是指降雨徑流引起的污染，而且也囊括了大氣干濕沉降、土壤侵蝕、河流底泥二次污染以及生物污染等諸多方面。這也就意味著，在實(shí)際研究中很有可能存在對(duì)暴雨徑流非點(diǎn)源污染負(fù)荷的高估和基流非點(diǎn)源污染貢獻(xiàn)的低估。除此之外，過去關(guān)于基 3 流的研究大多是通過觀測枯水期間水質(zhì)基礎(chǔ)上所進(jìn)行的，而非基于對(duì)基流的測量結(jié)果 (Barber et al., 20xx。 Zhang, 20xx。 Donn et al., 20xx)，且與地下水的流量與水位的波動(dòng)密切相關(guān) (Arheimer amp。 Cherry, 1979)， 通過與地表水體進(jìn)行水量或溶質(zhì)的交換來影響對(duì)方 (Sophocleous, 20xx)。Cherry, 1979。加之我國目前地下水污染日趨嚴(yán)重，呈現(xiàn)由點(diǎn)到面、由淺到深、由城市到農(nóng)村的擴(kuò)展趨勢 , 全國 195 個(gè)城市監(jiān)測結(jié)果表明 , 97%的城市地 下水受到不同程度污染 , 40%的城市地下水污染有加重趨勢 (羅蘭 , 20xx)。 當(dāng)前，在人口快速增長和有限耕地不斷減少的情況下，如何在保護(hù)環(huán)境的同時(shí)又確保糧食安全，是我國正面臨的一個(gè)巨大挑戰(zhàn)。隨著 非點(diǎn)源污染效應(yīng)的逐漸積累，很有可能造成地下水環(huán)境容量枯竭，水質(zhì)的嚴(yán)重惡化，最終使地下水轉(zhuǎn)變?yōu)榈乇硭w一個(gè)重要的非點(diǎn)源；尤其是在沒有降水或者降水較少的枯水期，地表直接徑流所引起的非點(diǎn)源污染通?？梢院雎裕叵滤畡t成為了地表水體中硝酸鹽和農(nóng)藥等污染物最主要的來源 (Hallberg, 1987, 1989。 Harter et al., 20xx。 Exner, 1993。 Shaffer amp。而在美國，非點(diǎn)源污染約占總污染量的 2/3，其中農(nóng)業(yè)非點(diǎn)源污染占非點(diǎn)源污染總量的 68％ － 83％ (Miller, 1992)。 Corwin, 1998)?！?20xx中國環(huán)境狀況公報(bào)》顯示，長江、黃河、珠江、松花江、淮河、海河、遼河、浙閩片河流、西北諸河和西南諸河等十大流域的 469個(gè)國控?cái)嗝嬷?，Ⅳ類至?V類水質(zhì)的斷面比例為 %；美國環(huán)保署最近的環(huán)境公告顯示，全國參加評(píng)估的 26%的河流中，有近 50%的河流水質(zhì)仍受到污染；歐洲受嚴(yán)重污染地表水所占的比例約 20%。從水污染的成因來看，由農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、水土流失以及大氣沉降等引起的非點(diǎn)源污染已經(jīng)成為水環(huán)境的首要污染源和第一大污染源 (Miller, 1992。 其中，由農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)所引起的水環(huán)境 非點(diǎn)源污染 問題一直是 美國及其他西方國家水體污染研究所關(guān)注的 焦點(diǎn) (Ongley et al., 20xx)。 就國內(nèi)而言，非點(diǎn)源污染 同樣成為了一個(gè)日益突出的社會(huì)問題 ，有 近 %的河流、湖泊存在富營養(yǎng)化問題，其中太湖、巢湖和滇池流域總氮、總磷比二十年前分別提高了十倍以上，其中 50%以上的污染負(fù)荷 則是 由農(nóng)業(yè)非點(diǎn)源污染所引起 (程炯 等 , 20xx)。 2 Delgado, 20xx)。 Wylie et al., 1995。 Ledoux et al., 20xx。 Squillace et al., 1993。 為了在有限的土地資源中獲取更高的糧食產(chǎn)量，大量的合成氮肥被應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，這使得我國成為目前世界上化肥使用量最大的國家 (Sun et al., 20xx)。因此， 在進(jìn)行流域非點(diǎn)源污染定量研究的基礎(chǔ)上， 如何更好地評(píng)估基流與地下水對(duì)非點(diǎn)源污染貢獻(xiàn)， 實(shí)現(xiàn)地表水與基流污染負(fù)荷的分割，并通過 分析總結(jié)其變化規(guī)律， 制定流域 最佳管理措施 (Best Management Practices)來有效控制或減少流域非點(diǎn)源污染已經(jīng)成為我國 一個(gè)亟待解決的問題 。 Schilling amp。相關(guān)一些研究表明，當(dāng)?shù)叵滤囱a(bǔ)在整個(gè)徑流過程占主導(dǎo)地位時(shí) (如枯水期 )，河流水體中NO3－ 、 P 等污染物的濃度與淺層地下水中相應(yīng)的污染物質(zhì)的濃度具有較強(qiáng)的相似性 (McHale et al., 20xx。 Liden, 20xx。 Kim et al., 20xx)，甚至高達(dá) 75%(Zhu et al., 20xx)；盡管農(nóng)業(yè)流域中 P 的遷移傳輸方式更多的是以地表徑流傳輸和壤中流的遷移傳輸，但通過基流形式輸出的 P 負(fù)荷量同樣不容忽視，其對(duì) P 輸出的貢獻(xiàn)率可達(dá) 30%－ 50%(Caruso, 20xx。 Hur et al., 20xx)；加之河岸帶高地下水位滲 透區(qū)的存在，即使是暴雨徑流期間，總徑流量依舊可能為該類滲透區(qū)回流的高濃度 NO3–N 流所主導(dǎo) (Pionke et al., 1988,1993。因此，污染地下水以基流的形式反補(bǔ)給地表水已經(jīng)成為了流域非點(diǎn)源污染控制管理，改善地表水體質(zhì)量的一個(gè)重要限制性因子。國際上關(guān)于非點(diǎn)源污染的研究最早始于 20世紀(jì) 60年代，并率先在歐美等發(fā)達(dá)國家得到開展。 進(jìn)入 80年代以后，隨著世界各地對(duì)非點(diǎn)源污染問題的重視程度的進(jìn)一步增加，非點(diǎn)源污染研究無論是在基礎(chǔ)研究還是在模型開發(fā)方面都得到了飛速的發(fā)展 。 與歐美等發(fā)達(dá)國家相比，我國的非點(diǎn)源污染研究起步相對(duì)稍晚，且最初 (1980－ 1990)有關(guān)非點(diǎn)源污染的研究主要圍繞城市和農(nóng)業(yè)非點(diǎn)源污染徑流特征與污染負(fù)荷的關(guān)系分析與定量計(jì)算所展開 (夏青 , 1982。自 90年代至今，農(nóng)藥、化肥等非點(diǎn)源污染特征及其影響因子的研究與基于經(jīng)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)模型所進(jìn)行的非點(diǎn)源污染的研究依舊占重要地位，而有關(guān) 3S技術(shù)非點(diǎn)源污染的定量研究 (陳西平 , 1993。 煙貫發(fā)等 , 20xx。 秦耀民 等 , 20xx。隨著 3S技術(shù)與非點(diǎn)源模型的逐步完善，非點(diǎn)源污染的研究尺度也從小流域提升到更大的研究尺度。 金菊良 等 , 20xx。 非點(diǎn)源污染負(fù)荷定量研究 非點(diǎn)源污染發(fā)生的隨機(jī)性、排放途徑的不確定性以及污染負(fù)荷的 時(shí)空差異性，大大增加了非點(diǎn)源污染監(jiān)測、控制和管理的難度。 20世紀(jì) 70年代以來，隨著非點(diǎn)源污染研究逐漸從初期的定性化研究轉(zhuǎn)向定量化，由統(tǒng)計(jì)、調(diào)查研究轉(zhuǎn)向機(jī)理、模擬、控制與實(shí)用治理研究，出現(xiàn)了大量非點(diǎn)源污染經(jīng)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)模型和過程機(jī)理模型。早期的輸出系數(shù)模型的一般表達(dá)式為： ???ni iiAEL 1 (1) 式中： L為各類土地某種污染物的輸出總量 (Kg?a1)； n為土地利用類型總數(shù)；Ei為 第 i種土地利用類型的該種污染物輸出系數(shù)； Ai為第 i種土地利用類型的面積(ha)。 改進(jìn)后的輸出系數(shù)模型在進(jìn)行流域非點(diǎn)源污染 負(fù)荷估算時(shí)，針對(duì)不同作物類型的耕地采用不同的輸出系數(shù)，對(duì)不同種類的牲畜根據(jù)其數(shù)量及分布采用不同的輸出系數(shù) 。類似地，為了更加準(zhǔn)確的評(píng)估流域出口的非點(diǎn)源污染負(fù)荷量， 蔡明等 (20xx)在傳統(tǒng)輸出系數(shù)模型的基礎(chǔ)上引入了降雨影響系數(shù)和流域損失系數(shù)，希望以此來克服非點(diǎn)源污染產(chǎn)生的水文因素以及流域污染物在遷移過 程 中 的 損失 所 引 起的 流 域 出口 污 染 負(fù)荷 估 算 的誤 差 。 b. SPARROW 模型 該模型是一個(gè)基于空間非線性統(tǒng)計(jì)關(guān)系的非點(diǎn)源污染模型，由其核心是非線性回歸方程，根據(jù)景觀過程和河道過程產(chǎn)生的損失估算對(duì)污染源數(shù)據(jù)添加權(quán)重 (Preston amp。 相比于其它純經(jīng)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)模型而言， SPARROW模型在統(tǒng)計(jì)回歸的基礎(chǔ)上綜合考慮了污染物的 空間特性和空間過程 ，從而避免了統(tǒng)計(jì)模型在進(jìn)行大尺度流域非點(diǎn)源污染負(fù)荷估算時(shí)容易在沒有因果關(guān)系的參數(shù)間建立相關(guān)關(guān)系這一缺陷(Alexander et al., 20xx)；相對(duì)于其它復(fù)雜的機(jī)理性非點(diǎn)源污染模型而言，SPARROW模型 所需的觀測數(shù)據(jù)較少，對(duì)監(jiān)測頻率要求較低； 最大的優(yōu)勢在于它的模型參數(shù)是通過在水質(zhì)數(shù)據(jù)和污染源以及水文地質(zhì)特性間建立空間聯(lián)系來估計(jì)的，而這種參數(shù)估計(jì)方法不但保證了校正后的模型不會(huì)很復(fù)雜，而且數(shù)據(jù)足夠支持模型的精確性 (吳在興 和 王曉燕 , 20xx)。 Alexander et al., 20xx, 20xx。 SPARROW模型與貝葉 斯算法相結(jié)合 (Wellen et al., 20xx)，能夠有效提高模型的可辨識(shí)性和參數(shù)估計(jì)準(zhǔn)確度。Δ ti 為各個(gè)變量的代表時(shí)間 (Δ ti=(ti+1 ti1)/2， s)。其中，諸如ANSWERS、 GLEAMS、 AGNPS、 SWAT、 HSPF 等模型是這些非點(diǎn)源污染過程 8 機(jī)理模型中的典型代表。 Dillaha(1996) 改進(jìn)之后的ANSWERS(20xx)模型包括了水文、泥沙輸移、營養(yǎng)物質(zhì) 3大模擬模塊；不僅增加了基于事件的氮磷輸移模 型，而且綜合考慮了可溶 /吸附性硝酸鹽、銨以及總凱氏氮 (TKN)的輸移過程。與早期的 CREAMS( Chemicals, Runoff and Erosion from Agricultural Management Systems) 模型 (USDA, 1980)相比， GLEAMS 模型主要是在 CREAMS 模型的基礎(chǔ)上 , 增加了一個(gè)農(nóng)藥垂直通量模擬程序；然而，對(duì)于徑流和土壤侵蝕的模擬預(yù)測同樣是采用了曲線數(shù)法，營養(yǎng)污染物的模擬則是采用了一個(gè)考慮了氮和磷循環(huán)的復(fù)雜的子模型，其中氮組分的模擬包括了礦化、固定不動(dòng)、反硝化、氨的揮發(fā)、豆類的固氮作用、植物吸收以及徑流、泥沙和根系區(qū)下滲的氮的損失量，而磷組分的模擬則包括了礦化、固定不動(dòng)、植物吸收以及徑流、泥沙和滲漏的磷的損失量等方面。 AGNPS模型在進(jìn)行污染物遷移模擬時(shí)，往往只將污染物根據(jù)物理形態(tài)劃分為溶解性和非溶解性兩種，然后根據(jù)土壤侵蝕量和暴雨徑流量來計(jì)算這兩種形態(tài)污染物的負(fù)荷量，認(rèn)為污染物在土壤中的含量是恒定的，沒有考慮污染物平衡問題 (胡雪濤 等 , 20xx)。 AnnAGNPS (Annualized AGNPS)模型 (Cronshey amp。 d. SWAT(Soil and Water Assessment Tool)模型 (Arnold et al., 1996)是在SWRRB模型 (Arnold et al., 1990)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一個(gè) 以日 為步長的 流域分布式 水文 模型，該模型不僅整合了 ROTO模型 (Arnold et al., 1995a)， 同時(shí)繼承并吸收了 CREAMS、 GLEAMS、 EPIC(Williams et al., 1984)等模型的優(yōu)點(diǎn)， 適用于流域尺度上不同的土壤類型、不同的土地利用方式和管理?xiàng)l件下流域及流域內(nèi)各子流域的水文、沉積物和農(nóng)業(yè)化學(xué)物質(zhì) (水質(zhì) )的模擬和預(yù)測，特別是能夠在資料相對(duì)缺乏的地區(qū)完成建模，對(duì)于這些地區(qū)的水環(huán)境非點(diǎn)源污染研究具有重要意義。 王軍德 等 , 20xx。 Xu et al., 20xx。 AmPt滲漏模擬模塊和 Muskingum過程法進(jìn)行 入滲和地下水平衡的模擬計(jì)算；最新的模型版本SWAT20xx一方面是對(duì)細(xì)菌遷移以及硝酸鹽和 銨的干濕沉降模擬 模塊進(jìn)行了修正，另一方面則是增加了天氣預(yù)測情景、半日降雨發(fā)生器和一個(gè)