【正文】 α′Zj)是 關(guān)于 污染物從陸域到水體的一個指數(shù)統(tǒng)計函數(shù)，表示傳遞到水體 j 的有效營養(yǎng)物質(zhì)的比例 ； HS i,j，HR i,j 分別表示河流與湖庫水體之間的一級降解過程函數(shù)，其計算方程詳見Alexander et al.(20xx)； εi 為誤差范圍。 除此之外 ， Soranno et al.,(1996)認(rèn)為在利用輸出系數(shù)法估算流域非點源磷負(fù)荷量時，應(yīng)當(dāng)充分考慮污物在遷移過程中損失，并由此將傳輸系數(shù) T(0﹤ T﹤ 1)引入到輸出系 數(shù)模型中。 Reckhow, 1982)。 然而，從近年來的研究來看，國內(nèi)關(guān)于非點源污染的研究側(cè)重于農(nóng)業(yè)非點源，城市非點源污染的研究相對較少，且鮮見有關(guān)地下水非點源污染方面的研究；再者，基于模型的非點源污染的估算或者評價大多采用 SWAT 模型，其他非點源污染模型的應(yīng)用相對缺乏，不利于模型之間的比較和擇優(yōu)；另外，國內(nèi)自主建立的非點源污染模型是污染負(fù)荷模型，在自主開發(fā)大型機理模型方面存在明顯不足。 王曉 等 , 20xx)成為國內(nèi)非點源污染研究的主要內(nèi)容。 黃金良 等 , 20xx。另一方面，通過在非點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、實用性和可視化程度，而且實現(xiàn) 了從單純的非點源污染的數(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，而以非點源模型為基礎(chǔ)的非點源污染風(fēng)險評價與控制管理成為當(dāng)前模型應(yīng)用研究的一個重要方向。 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 水環(huán)境非點源污染研究進展 從廣義上來說，水環(huán)境非點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。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)上所進行的，而非基于對基流的測量結(jié)果 (Barber et al., 20xx。 Donn et al., 20xx)，且與地下水的流量與水位的波動密切相關(guān) (Arheimer amp。Cherry, 1979。 當(dāng)前，在人口快速增長和有限耕地不斷減少的情況下，如何在保護環(huán)境的同時又確保糧食安全，是我國正面臨的一個巨大挑戰(zhàn)。 Harter et al., 20xx。 Shaffer amp。 Corwin, 1998)。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。 就國內(nèi)而言，非點源污染 同樣成為了一個日益突出的社會問題 ，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)非點源污染所引起 (程炯 等 , 20xx)。 Wylie et al., 1995。 Squillace et al., 1993。因此， 在進行流域非點源污染定量研究的基礎(chǔ)上， 如何更好地評估基流與地下水對非點源污染貢獻， 實現(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源污染已經(jīng)成為我國 一個亟待解決的問題 。相關(guān)一些研究表明，當(dāng)?shù)叵滤囱a在整個徑流過程占主導(dǎo)地位時 (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)的濃度具有較強的相似性 (McHale et al., 20xx。 Kim et al., 20xx)，甚至高達 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 P 輸出的貢獻率可達 30%－ 50%(Caruso, 20xx。因此，污染地下水以基流的形式反補給地表水已經(jīng)成為了流域非點源污染控制管理，改善地表水體質(zhì)量的一個重要限制性因子。 進入 80年代以后，隨著世界各地對非點源污染問題的重視程度的進一步增加，非點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 。自 90年代至今，農(nóng)藥、化肥等非點源污染特征及其影響因子的研究與基于經(jīng)驗統(tǒng)計模型所進行的非點源污染的研究依舊占重要地位，而有關(guān) 3S技術(shù)非點源污染的定量研究 (陳西平 , 1993。 秦耀民 等 , 20xx。 金菊良 等 , 20xx。 20世紀(jì) 70年代以來，隨著非點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、調(diào)查研究轉(zhuǎn)向機理、模擬、控制與實用治理研究，出現(xiàn)了大量非點源污染經(jīng)驗統(tǒng)計模型和過程機理模型。 改進后的輸出系數(shù)模型在進行流域非點源污染 負(fù)荷估算時，針對不同作物類型的耕地采用不同的輸出系數(shù)，對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) 。 b. SPARROW 模型 該模型是一個基于空間非線性統(tǒng)計關(guān)系的非點源污染模型，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)生的損失估算對污染源數(shù)據(jù)添加權(quán)重 (Preston amp。 Alexander et al., 20xx, 20xx。Δ ti 為各個變量的代表時間 (Δ ti=(ti+1 ti1)/2， s)。 Dillaha(1996) 改進之后的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。 AGNPS模型在進行污染物遷移模擬時，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)。 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 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)， 同時繼承并吸收了 CREAMS、 GLEAMS、 EPIC(Williams et al., 1984)等模型的優(yōu)點， 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條件下流域及流域內(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缺乏的地區(qū)完成建模，對于這些地區(qū)的水環(huán)境非點源污染研究具有重要意義。 Xu et al., 20xx。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，而針對研究區(qū)特點及模型本身缺陷作出相應(yīng)改進的則更少 (張銀輝 , 20xx)。簡言 之，這類對非點源污染起著決定性作用的景觀單元通常被稱之為非點源污染的關(guān)鍵源區(qū) ( CSAs: Critical Source Areas)。 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。 Troiti241。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。最后，根據(jù) APPI值的大小進行分級和排序即可識別出非點源污染潛力 較大的關(guān)鍵源區(qū)。例如 Griffin et al.(1988) 利用ANSWERS模型成功地實現(xiàn)了 Watkinsville和 Geia流域非點源污染物負(fù)荷量的模擬和關(guān)鍵源區(qū)的識別； Shang et al.(20xx)關(guān)于中國云南省 洱海 湖流域的非點源污染研究結(jié)果表明， SWAT模型可以進行湖泊流域尺度上非點源污染源區(qū)的判別與分析。 Narumalani et al.(1997)則利用遙感數(shù)據(jù)和 GIS技術(shù)從更大的尺度上對污染高風(fēng)險區(qū)進行了評估和識別。 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)。 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。 Gaynor et al.(1995)研究了降雨 對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%，如果降雨時間進一步推遲，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 － %。盡管許多研究都表明植被緩沖帶在控制非點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移機制、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。 。 Beuschold, 1966)。 Mitchel, 1995。 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 以及非點源污染和點源污染的演進過程 的半分布式水文模型 (Johanson amp。 HSPF模型的主要結(jié)構(gòu)如圖 1所示。 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源污染發(fā)生方式，降雨產(chǎn)生的徑流則是非點源污染物進入水體的主要載體，因此降雨的水文過程是影響和控制非點源污染的主要因子。 Band(20xx)利用 HSPF 模型較好地預(yù)測了城市化對美國upper Gwynns Falls 流域水文過程的影響。 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)測首次洪水營養(yǎng)鹽的濃度。 3)水質(zhì)及非點源污染模擬 在利用 HSPF 模型進行流域水文水質(zhì)模擬時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)在時空分辨率或尺度上的差異又往往會導(dǎo)致模型模擬結(jié)果的不同。 Xu et al.(20xx)的研究表明不同類型的降雨資料(單個雨量站資料、根據(jù)實測值插值得到的降雨資料、 NEXRAD 雷達估計得到的降雨資料 (RPE))對模型輸出結(jié)果具有顯著影響，其中 RPE 數(shù)據(jù)對 HSPF 模型的模擬較為有利。目前的研究表明， HSPF 模型估算的河道徑流對土地利用和 DEM 的尺度和空間分辨率不敏感 (Alarcon amp。 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)地非點源污染狀況，并以此提出了相應(yīng)的優(yōu)化方案。 Ross(20xx)則成功地運用 HSPF 模型模擬了粘土沉降區(qū)的水文過程。 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)沙量的簡單關(guān)系模擬水質(zhì) MSTLAY 模擬土壤濕度和溶質(zhì)運移 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)沙量的簡單關(guān)系模擬水質(zhì) IPTOT：將輸出點數(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 模型具有強大的水文過程模擬功能，較好地實現(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。然而，對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)物和有機物則或最終殘留于地面，或