【正文】 原位廢水模擬系統(tǒng)，并用土壤含水量或作物蒸發(fā)量的函數(shù)計(jì)算每日 CN的保持參數(shù)。然而，目前有關(guān) SWAT模型的研究，更多 的是以 SWAT模型作為研究的工具，只有很少一部分研究提出模型存在的缺陷，而針對(duì)研究區(qū)特點(diǎn)及模型本身缺陷作出相應(yīng)改進(jìn)的則更少 (張銀輝 , 20xx)。然而，由于缺乏對(duì)污染物遷移過程中衰減的時(shí)空變異的考慮，使得這類方法一般只適合于河道中污染物負(fù)荷量的的計(jì)算，而無法對(duì)非點(diǎn)源污染物的入河量作出準(zhǔn)確的評(píng)估。簡(jiǎn)言 之，這類對(duì)非點(diǎn)源污染起著決定性作用的景觀單元通常被稱之為非點(diǎn)源污染的關(guān)鍵源區(qū) ( CSAs: Critical Source Areas)。 1)污染指數(shù)法 染指數(shù)法又稱多因子綜合分析法，該方法是在綜合分析非點(diǎn)源污染物輸移過程中的主要影響因 子的基礎(chǔ)上，對(duì)這些因子進(jìn)行分級(jí)并賦予相應(yīng)的權(quán)重，同時(shí)構(gòu)建多因子數(shù)學(xué)判別模型對(duì)流域非點(diǎn)源污染狀況進(jìn)行分析，通過得到的流域非點(diǎn)源污染物流失風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)圖來進(jìn)行流域內(nèi)的非點(diǎn)源污染關(guān)鍵源區(qū)的識(shí)別。 PI法自提出以來被各國學(xué)者廣泛認(rèn)可，在美國和歐洲一些國家得到了廣泛的應(yīng)用 (Sharpley, 1995。 Hughes et al., 20xx。 Troiti241。 Gburek et al., 20xx。就國內(nèi)而言，有關(guān) PI法的研究則剛剛起步，尚未建立適合中國自己的 PI法，僅在于橋水庫流域 (張淑榮等 , 20xx)、 密云水庫流域 (張平等 , 20xx)、巢胡流域 (周慧平等 , 20xx。為此，盡管有研究通過修正磷的計(jì)算方法(Gburek et al., 20xx)或者分級(jí)方案 (Hughes et al., 20xx)來提高 PI法在大尺度流域上的可操作性，但目前 PI法的應(yīng)用仍集中于農(nóng)田尺度。最后，根據(jù) APPI值的大小進(jìn)行分級(jí)和排序即可識(shí)別出非點(diǎn)源污染潛力 較大的關(guān)鍵源區(qū)。例如，輸出系數(shù)模型可以通過不同土地利用類型非點(diǎn)源污染物的負(fù)荷量，從而鑒別出污染負(fù)荷量大的流域或流域的重要部位 ——即非點(diǎn)源污染關(guān)鍵源區(qū)，適用于面積為 102～ 105 hm2的流域 (Endreny amp。例如 Griffin et al.(1988) 利用ANSWERS模型成功地實(shí)現(xiàn)了 Watkinsville和 Geia流域非點(diǎn)源污染物負(fù)荷量的模擬和關(guān)鍵源區(qū)的識(shí)別； Shang et al.(20xx)關(guān)于中國云南省 洱海 湖流域的非點(diǎn)源污染研究結(jié)果表明， SWAT模型可以進(jìn)行湖泊流域尺度上非點(diǎn)源污染源區(qū)的判別與分析。由于這一方法所需的數(shù)據(jù)資料相較于其他機(jī)理模型少，特別是對(duì)于大尺度或者數(shù)據(jù)資料相對(duì)缺乏的流域非點(diǎn)源污染源的識(shí)別具有重要意義。 Narumalani et al.(1997)則利用遙感數(shù)據(jù)和 GIS技術(shù)從更大的尺度上對(duì)污染高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)進(jìn)行了評(píng)估和識(shí)別。之后 USEPA于 1976年發(fā)布的最佳管理措施 (BMPs)則側(cè)重于非點(diǎn)源污染的管 理，其主要目標(biāo)是通過控制非點(diǎn)源污染物的產(chǎn)生和運(yùn)移，從而減少進(jìn)入水體的污染物的量，有效控制非點(diǎn)源污染形成。 徐勝光 等 , 20xx)，具有明顯的水土保持作用和良好的生態(tài)效益 (TapiaVargas et al., 20xx)。Sharpley(1995)關(guān)于農(nóng)田中 P流失敏感性的研究同樣表明傳統(tǒng)耕作小麥田 P的流失要高于免耕小麥田和草地過濾帶。 Myers et al., 1995)表明免耕和少耕農(nóng)田產(chǎn)生的地表徑流較傳統(tǒng)耕作農(nóng)田多，導(dǎo)致了較多的農(nóng)藥和養(yǎng)分隨地表徑流而輸出；而在傳統(tǒng)耕作農(nóng)田中 , 養(yǎng)分更多的是隨地下徑流流失。田地中肥料投入量的增加以及施肥的不科學(xué)性則被認(rèn)為是造成氮、磷等營(yíng)養(yǎng)元素隨地表徑流大量流失的一個(gè)重要原因 (韓秀娣 , 20xx)。 Gaynor et al.(1995)研究了降雨 對(duì)異丙甲草銨和阿特拉津流失的影響，其研究結(jié)果表明，這兩種農(nóng)藥施用后一周內(nèi)發(fā)生降雨所導(dǎo)致的流失量分別為 5%和 7%，如果降雨時(shí)間進(jìn)一步推遲，由降雨造成的兩種農(nóng)藥流失量將大幅減少，一般僅為施用量的 － %。 Peterjohn amp。盡管許多研究都表明植被緩沖帶在控制非點(diǎn)源污染方面具有顯著效益，但這種效益在很大程度上是由污染物的運(yùn)移機(jī)制、地形、水文、植被、土壤以及緩沖帶的形狀和輪廓等諸多因素的共同作用所決定的 (全為民 和嚴(yán)力蛟 , 20xx。多水塘系統(tǒng)是我國南方一類特殊的植被緩沖區(qū)，是以水塘為點(diǎn)、溝渠為線的流域系統(tǒng) (尹澄清 , 1995)， 具有穩(wěn)定的持留特性 ， 能有效地截留和凈化流域內(nèi)非點(diǎn)源污染物 (毛戰(zhàn)坡等 , 20xxa)， 其在攔截地表徑流和泥沙，控制農(nóng)業(yè)非點(diǎn)源污染方面發(fā)揮著重要作用。 。 張賢明等 (20xx)比較了江西紅壤坡地果園中 8種水土保持措施效益，水平 梯田梯壁植草處理水土保持效果最佳 , 其平均徑流率比對(duì)照區(qū)減少 %，同時(shí)對(duì)于土壤流失量的控制幾乎達(dá) 100%。 Beuschold, 1966)。到目前為止，該項(xiàng)技術(shù)在國內(nèi)于橋水庫 富營(yíng)養(yǎng)化研究以及太湖流域、滇池流域、深圳茜坑水庫等的非點(diǎn)源污染控制與管理中都得到了應(yīng)用 (孫棋棋 等 , 20xx)。 Mitchel, 1995。 Dahlgren, 20xx。 Linsley, 1966)為基礎(chǔ)，由美國環(huán)保局 (USEPA)開發(fā)，適用于流域尺度水文水質(zhì)過程的連續(xù)模擬 以及非點(diǎn)源污染和點(diǎn)源污染的演進(jìn)過程 的半分布式水文模型 (Johanson amp。基于 BASINS 模型系統(tǒng)，HSPF 模型 成功地實(shí)現(xiàn)了與 地理信息系統(tǒng)軟件 (Arcview 和 Mapgis)的結(jié)合。 HSPF模型的主要結(jié)構(gòu)如圖 1所示。 RCHRES模擬模塊則主要用于單一開放式河流、封閉式渠道或湖泊、水庫等水體水文水質(zhì)模擬。 HSPF 模型應(yīng)用研究現(xiàn)狀 1)水文過程模擬 降雨徑流污染是典型的非點(diǎn)源污染發(fā)生方式，降雨產(chǎn)生的徑流則是非點(diǎn)源污染物進(jìn)入水體的主要載體，因此降雨的水文過程是影響和控制非點(diǎn)源污染的主要因子。 Alarcon et al.(20xx)利用 HSPF 模型對(duì)墨西哥灣北部 Mobile Bay流域的水文過程進(jìn)行了模擬，同樣得到了較好的模擬結(jié)果。 Band(20xx)利用 HSPF 模型較好地預(yù)測(cè)了城市化對(duì)美國upper Gwynns Falls 流域水文過程的影響。 2)水質(zhì)及非點(diǎn)源污染模擬 HSPF 模型作為少數(shù)幾個(gè)綜合了流域水文和水質(zhì)模擬的模型之一，不僅在區(qū)域水文過程模擬研究方面有著廣泛的應(yīng)用，而且在水質(zhì)過程（例如， BOD、 DO、氮、磷、農(nóng)藥等多種污染物的地表、壤中徑流過程和蓄積、遷移、轉(zhuǎn)化等）研究以及非點(diǎn)源污染研究和評(píng)價(jià)方面有著重要貢獻(xiàn)，較好地實(shí)現(xiàn)了城市、農(nóng)業(yè)、林地等單一及復(fù)合的土地利用小流域中水質(zhì)及非點(diǎn)源污染過程的模擬 (Mishra et al., 20xx。 Ribarova et al.(20xx)關(guān)于保加利亞 Iskar 河在洪水期間水體污染物的研究同樣表明， HSPF 模型能夠很好地模擬預(yù)測(cè)首次洪水營(yíng)養(yǎng)鹽的濃度。 Tong (20xx)就濱岸帶植被緩沖區(qū)對(duì)控制和減少小流域硝態(tài)氮、亞硝態(tài)氮以及總磷的排放方面的效益進(jìn)行了研究，指出 HSPF模型是模擬濱岸帶土地利用變化非點(diǎn)源的有效工具。 3)水質(zhì)及非點(diǎn)源污染模擬 在利用 HSPF 模型進(jìn)行流域水文水質(zhì)模擬時(shí)通常需要用到大量的空間數(shù)據(jù) 18 和屬性數(shù)據(jù) (如土地利用數(shù)、氣象數(shù)據(jù)等 )，不同來源地 數(shù)據(jù)在時(shí)空分辨率或尺度上的差異又往往會(huì)導(dǎo)致模型模擬結(jié)果的不同。 NLDAS 高空間和時(shí)間分辨率的氣象數(shù)據(jù)在對(duì)Chesapeake Bay 地區(qū)的 7 個(gè)流域模擬效果改進(jìn)實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)流域的氣象站很遠(yuǎn)或不屬于類似的氣候區(qū)域時(shí)，使用 NLDAS 數(shù)據(jù)的改進(jìn)更明顯； HSPF 模型關(guān)于河道流量模擬的改進(jìn)主要來自于 NLDAS 的降雨數(shù)據(jù)，而蒸散發(fā)數(shù)據(jù)的改進(jìn)效果主要體現(xiàn)在基流預(yù)測(cè)方面 (Lee et al., 20xx。 Xu et al.(20xx)的研究表明不同類型的降雨資料(單個(gè)雨量站資料、根據(jù)實(shí)測(cè)值插值得到的降雨資料、 NEXRAD 雷達(dá)估計(jì)得到的降雨資料 (RPE))對(duì)模型輸出結(jié)果具有顯著影響，其中 RPE 數(shù)據(jù)對(duì) HSPF 模型的模擬較為有利。 Mohamoud amp。目前的研究表明， HSPF 模型估算的河道徑流對(duì)土地利用和 DEM 的尺度和空間分辨率不敏感 (Alarcon amp。 Sun et al.(20xx)利用HSPF 模型對(duì)滇池地區(qū) Chaida 河流域非點(diǎn)源污染進(jìn)行了定量研究，對(duì)不同管理措施 (如減少施肥、退耕還林等 )在控制和削減 TN、 TP、 SS 負(fù)荷方面的效果進(jìn)行了分析和評(píng)價(jià)。 Cryer et al.(20xx)在結(jié)合 GIS的基礎(chǔ)上 ，利用 HSPF模型模擬分析研究了美國加利福尼亞州中部圣華金河沿岸農(nóng)地非點(diǎn)源污染狀況，并以此提出了相應(yīng)的優(yōu)化方案。 Hunter amp。 Ross(20xx)則成功地運(yùn)用 HSPF 模型模擬了粘土沉降區(qū)的水文過程。 Chang(20xx)以 HSPF 模型為研究手段，成功模擬了氣候變化與土地利用變化對(duì)美國俄勒岡州 Tualatin 河流域的水文過程的影響。 HSPF 模型 PERLND 透水單元 水文水質(zhì)模擬模塊 IMPLND 不 透水單元 水文水質(zhì)模擬模塊 RCHRES 河流與水庫水文水質(zhì)模擬模塊 ATEMP 根據(jù)海拔修正溫度 SNOW 模擬冰雪蓄積與消融 PWATER 模擬透水單元水量收支 PSTEMP 估算土壤溫度 SEDMNT 模擬沉積物的產(chǎn)生、運(yùn)移 PQUAL 估算水溫及溶解氣體 PWTGAS 根據(jù)沉淀物與產(chǎn)沙量的簡(jiǎn)單關(guān)系模擬水質(zhì) MSTLAY 模擬土壤濕度和溶質(zhì)運(yùn)移 PEST 模擬 殘留農(nóng)藥的遷移轉(zhuǎn)化 NITR 模擬氮化物的遷移 PHOS 模擬磷 TRACER 模擬穩(wěn)定物質(zhì)（示蹤劑）的遷移 AGCHEM 農(nóng)業(yè)化學(xué)模擬模塊 ATEMP 根據(jù)海拔修正溫度 SNOW 模擬冰雪蓄積與消融 IWATER 模擬不透水單元水量收支 SOLIDS 模擬固體顆粒 的積累與遷移 IWTGAS 模擬水溫以及溶 解氣體濃度 IQUAL 根據(jù)沉淀物與產(chǎn)沙量的簡(jiǎn)單關(guān)系模擬水質(zhì) IPTOT：將輸出點(diǎn)數(shù)據(jù)放入 INPAD IBAROT：將輸出平均數(shù)據(jù)放入 INPAD IPRINT：數(shù)據(jù)的打印輸出 輸出模塊 HYDR 模擬水力學(xué)特性 ADCALC 估算各成分的水平對(duì)流 CONS 模擬穩(wěn)定物質(zhì)遷移沉淀 HTRCH 模擬熱交換與水體溫度 SEDTRN 模擬無機(jī)沉積物的遷移沉淀 GQUAL 模擬普通組分的水力學(xué)行為 RQUAL 模擬生 化反應(yīng) 17 以著名斯坦福流域水文模型為基礎(chǔ)發(fā)展而來的 HSPF 模型具有強(qiáng)大的水文過程模擬功能，較好地實(shí)現(xiàn)了不同地區(qū)、不同地質(zhì)乃至不同情景下 (如氣候變化和土地利用變化等 )河流或者完全混合型水庫湖泊的水文過程模擬。 Davis, 1980。然而，對(duì)于一些滲透能力較差甚至不透水的地區(qū)，由于降水或者冰雪融水基本上都是儲(chǔ)存于地面，最終以蒸發(fā)的形式回到大氣中，又或者以坡面徑流的形式流出該地段，使得其中的一些沉積物、化學(xué)物和有機(jī)物則或最終殘留于地面，或隨坡面徑流沉積于地勢(shì)更低的區(qū)域。 HSPF 模型的結(jié)構(gòu)和功能 HSPF模型 將模擬地段分為透水單元、不透水單元、河流或完全混合型湖泊水庫 3種類型，分別對(duì)其水文和水質(zhì)過程進(jìn)行模擬，是一個(gè)綜合了徑流、水溫、泥沙、土壤流失、污染物運(yùn)移及其相互反應(yīng)以及河道水力過程等模擬的流域非點(diǎn)源污染模型。之后又經(jīng)多次的修訂和改進(jìn)， HSPF 模型成功集成了美國環(huán)保署雅典實(shí)驗(yàn)室多項(xiàng)非點(diǎn)源污染模型研究成果 (如 HSP、 ARM、 NPS 等模塊 )，并將一些常見污染物和毒性有機(jī)物的水解、氧化、光解、生物降解、揮發(fā)和吸收等 6種沉積化學(xué)作用模式納入該模型之中，在結(jié)合水動(dòng)力學(xué)的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了沙、粉沙和粘土三種沉積物以及 BOD、 DO、氮、磷、農(nóng)藥等多種污染物的地表、壤中徑流過程和蓄積、遷移、轉(zhuǎn)化的綜合模擬。 王沛芳 等 , 20xx)， 但同樣存在一系列問題，例如，容易產(chǎn)生基質(zhì)易堵塞和積水，處理效果易受溫度、植物、水力負(fù)荷、運(yùn)行方式等的影響，缺乏合理的管理方式和規(guī)范的設(shè)計(jì)以及生態(tài) 服務(wù)功能較為單一等 (黃錦樓 等 , 20xx)。 D237。人工濕地作為 20世紀(jì) 70年代末發(fā)展起來的一項(xiàng)污水處理新技術(shù)，對(duì)于水體中 TN、TP、 COD、 BOD、重金屬等污染物都有著較高的去除率，可以獲得污水處理與資源化的最佳生態(tài)效益、經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，被認(rèn)為是控制農(nóng)業(yè)非點(diǎn)源污染的重要工程措施之一 (倉恒瑾 等 , 20xx)。 Vassata(1982)對(duì) 前置庫技術(shù)在湖泊和水庫富營(yíng)養(yǎng)化治理方面展開了研究，并肯定了前置庫技術(shù)在湖庫水體污染方面的重要作用。 3)非點(diǎn)源污染匯的控制與管理 嚴(yán)重農(nóng)業(yè)非點(diǎn)源污染往往會(huì)引起水庫、湖泊水體的富營(yíng)養(yǎng)化問題，前置庫技術(shù)因其在控制水體富營(yíng)養(yǎng)化方面顯著的效果而受到了廣泛的關(guān)注。 阮伏水 和 周伏建 (1995)對(duì)福建安溪、龍海等地的梯田的水土保持效益進(jìn)行了評(píng)價(jià)，發(fā)現(xiàn)梯田的徑流系數(shù)僅為％，同順坡種植相比，其攔蓄徑流率和攔沙率分別高達(dá) ％和 99％。由于多水塘系統(tǒng)中的河口型、水塘型溝渠斷面對(duì)于不同的水文條件 (基 流、降雨徑流 )都具有