非点源污染模型

城市非点源污染模型

城市非点源污染是指城市屋面，路面和其它地面污染物在降雨径流的淋溶冲刷作用下以广域，分散的形式进入河湖引发的水体污染。目前，随着城市点源逐渐得到有效控制，非点源污染逐渐成为城市水环境保护面临的首要问题。随着城市化进程的快速发展，城市非点源污染也逐渐成为影响河流湖泊水质的主要因素之一。

城市非点源污染模型的发展

目前，城市非点源污染模型经历了经验模型机制模型与GIS耦合应用3个发展阶段。随着计算机和GIS 技术的快速发展，GIS 被广泛应用于城市非点源污染的模拟和预测，初期GIS只是被用于提取城市非点源污染模型所需要的地形河网土地利用等输入数据，属于GIS与城市非点源污染模型的松散耦合。到20世纪90年代后期，BASINS ( better assessment science integrating point and nonpoint source )等一些大型非点源污染模型系统集成了GIS，形成操作系统平台，可提取模型输入参数，并具有数据查询空间分析和地图输出功能，实现了GIS 与城市非点源污染模型的紧密耦合. 与GIS的耦合应用，使城市非点源污染模型的参数提取更加准确和方便，也使模型的模拟预测效果有很大的改进，对机制型模型的发展起到了巨大的推动作用。

国外城市非点源污染模型简介

国外欧美发达国家对暴雨径流引起的城市非点源污染重视较早，开发推出了SWMM STORM SLAMM HSPF DR3M- QUAL QQS FHWA MOUSE HydroWorks 等城市非点源污染模型，其中影响较大应用广泛的主要有美国的SWMM STORM SLAMM HSPF 和DR3M- QUAL 模型以及欧洲的MOUSE 和HydroWorks 模型。

7 个常用城市非点源污染模型特点适用性和局限性

项目SWMM STORM SLAMM HSPF DR3M-QUA

L

MOUSE HydroWorks

时间尺度场次、连续场次场次场次、

连续

场次场次、连

续

场次、连续

空间尺度城市城市城市城市、

流域

城市城市管

网

城市

污染物累积模型幂函数、指

数函数、饱

和浸润方

程

线性函

数

指数函

数

线性

函数

指数函数线性函

数、指数

函数

线性函数

污染物冲刷模型指数函数、

关系曲线、

场次平均

浓度

指数函

数

指数函

数

径流

比例

指数函数雨滴溅

蚀

雨强和污染

物累积量的

函数

泥沙、污染物运动模型地表、管道地表地表地表地表地表、管

道

地表、管道

污染物不可以不可以不可以可以不可以可以不可以

相互作用和转化模拟

污染物负荷图输出可以不可以不可以不可

以

不可以可以可以

模型复

杂性

较高一般一般较高一般高高

模型不

确定性

较大较小较小较大较小大大

GIS耦合

应用

松散松散松散紧密松散松散紧密

BMPs模

拟评价

可以不可以可以可以不可以可以可以

通过以上对各个模型特点的介绍和分析，可以看出在具体应用时，各个模型均有其局限性和适用性，对各个模型进行了分析。

SWMM 模型的应用最为广泛，不仅适用于小型或大型城市区域的暴雨径流水量和水质模拟，也适用于城市管网的辅助设计. Tsihrintzis 等证明了SWMM GIS和优化方法的耦合应用是大型城市区域非点源污染模拟的有效工具。

农业非点源污染模型

近年来，随着点源污染的逐步有效控制，农业面源污染对水环境的污染贡献逐年提高，严重影响了地表水环境质量由于肥料不合理施用，氮肥当季利用率只有30%-35%，同时农药过量施用在水稻中达40%，许多被禁止的农药依然还在使用，其中高毒农药品种仍然占有相当高的比例，农业面源污染具有随机性、广泛性、滞后性、模糊性和潜伏性的特点，对农业面源污染的监测和治理相对都比较困难，如何有效控制农业面源污染，成为制约农业可持续发展的瓶颈。

类似于点源污染的控制，农业面源污染控制也可以从源头控制和末端治理两方面加以考虑源头控制即是从农业生产环节入手，采取一系列的耕作技术，养分管理技术，农药管理技术以及灌溉排水管理技术等，从源头减少来自农业活动的污染物产生量。末端治理，即如何采取有效措施，降低农田径流污染物浓度，减少径流污染物入河量，是控制农业面源污染的关键。有关研究表明滨岸缓冲带技术是削减农业面源污染入河量的有效手段，合理布置的滨岸植被缓冲带能通过物理拦截植物吸收土壤吸附以及微生物作用等综合的物理、化学及生物过程截除农田径流中的污染物质。

在农业非点源污染研究中，通过数学模拟的方式进行污染负荷定量化研究，并运用模型对非点源污染物在河流中的迁移运动进行模拟是一种常用方法，已成为当前开展农业非点源污染研究的重要途径之一。

农业非点源污染预测的模型大致分为3类：经验性模型、随机模型和确定性(机理)模型。经验模型对数据的需求比较低，有较强的实用性和准确性，但难以叙述污染物的运移路径与机理。其进一步应用受到了较大的限制。

随机模型以对流弥散方程为基础，考虑模型中的参数或变量存在较大的空间变异性和时

间变异性，将参数或边界条件处理为随机变量，模型的运行结果得到输出变量的一个统计分布或范围。随机模型近几年来才逐渐发展起来，国内应用该方法进行建模和预报的研究才刚起步。

农业非点源污染机理模型通常包括降雨径流、土壤侵蚀和泥沙输移、污染物迁移转化3类子模型，还可根据应用空间尺度分为农田模型和流域模型。农田尺度模型仅用于单一的土地利用和相对均一的土壤质地，降雨空间分布均匀且管理措施简单，是大尺度分布式参数模型建模的基础。流域尺度模型考虑了流域内气候条件、农田土地利用、土壤质地、水土管理措施等的空间异质性，将集水面积分成性质(如透水性、作物、坡度等)相同的独立单元分别进行模拟后，叠加输出结果，最后得到整个流域的污染物输出量。流域模型能够提供一个单元的变量信息，且能识别出流域的关键地区，但由于其结构复杂、数据需求繁多且参数间相互影响，而使模拟结果通常具有显著的不确定性。因此，对非点源模型进行系统的不确定性分析，能有效支撑非点源污染的研究和管理工作，对于制定合理的污染防治措施具有重要意义。

关于建模，等考试后和假期慢慢学习。现在有点儿摸不着头脑……