文档介绍：水环境非点源污染模型研究的文献综述
1 引言
水污染是制约中国乃至全球社会经济可持续发展的重大问题,非点源污染是其中最不易控制的难点问题。非点源污染指时空上无法定点监测的,与大气、水文、土壤、植被、地质、地貌、地形等环境条件和人类活动密切相关的,可随时随地发生,直接对大气、土壤、水构成污染物的来源[1],包括大气环境的非点源、土壤环境的非点源和水环境的非点源。水环境的非点源包括大气干湿沉降、暴雨径流、底泥二次污染和生物污染等方面。狭义的非点源污染指降雨(尤其是暴雨)产生的径流,冲刷地表的污染物,通过地表漫流等水文循环过程进入各种水体,引起含水层、湖泊、河流、水库、海湾及滨岸生态系统等的污染[2-3]。非点源污染成分复杂、类型多样,污染源强有地表径流污染、土壤侵蚀和流失、施用化肥农药、污水灌溉、农村生活污水、畜禽粪便、水体人工养殖、大气干湿沉降、底泥二次污染、旅游污染等[4-9]。危害较大的污染物有氮、磷、泥沙、盐分、重金属、有机物、酸雨、农药、细菌等。非点源污染具有随机性、广泛性、滞后性、模糊性、难监测性、潜伏性、研究和控制难度大等特点。
农业面源污染是最为重要且分布最广泛的面源污染。城市化被认为是仅次于农业造成地表水污染的主要原因。城市地表径流被美国环保局列为导致全美河流和湖泊污染的第三大污染源。全球30%~50%的地表已受到非点源污染的影响[10]。美国江河中73%的BOD、92%的悬浮物和83%的细菌均来自非点源;墨西哥湾年氮入流量89%来自非点源造成严重的水体富营养化;欧洲因农业活动输入北海河口的总氮、总磷分别占60%、25%;丹麦大部分河流、荷兰农业中来自非点源污染的氮磷负荷分别占94%、52%和60%、40%~50%[6,11-13]。%,非点源污染已成为江河湖泊,尤其是巢湖、太湖、滇池等湖泊水质恶化的主要原因;北京市地下饮用水硝态氮含量半数以上超过国际标准;重庆市单位面积氮磷、农药施用量分别达314 kg/、 kg/。暴雨因子是非点源污染发生的主要驱动力,在全球气候变化背景下,多数陆地地区的强降水事件频率呈现增加趋势[14],中国降水强度和频率普遍也趋于增加[15-17],非点源污染情势亦将日趋严重。非点源污染主要集中在水土流失严重的地区和农业区,然而长期以来中国重点控制点源污染,侧重城市环境管理,至今尚未把非点源污染纳入水污染总量控制中去,导致中国非点源研究相对滞后。
非点源污染已引起了严重的生态环境问题,成为继点源污染后的国际研究热点问题之一,非点源科学研究及控制包括对非点源污染过程的动态监测、采用非点源污染模型进行非点源污染量化、影响评价和污染治理等,是当今水文、环境等交叉学科研究的重点。
2 非点源污染模型研究
基于陆地水文学、水土保持学、环境化学等相关学科的水环境非点源污染的主要研究领域包括非点源污染的特征、负荷、地域范围、机理及相关影响因子等。通过采用野外实地考察和监测、人工模拟试验、遥感、地理信息系统等技术手段定量识别非点源污染时空分布规律,与非点源污染机理模型研究相结合,构建以实用性为目标的污染模型,进行影响评价和污染治理,从而促进非点源污染的控制与管理。
非点源污染模型可模拟非点源的形成、迁移转化等,预测规划措施对污染负荷和水质的影响,为非点源控制和管理的定量化提供有效的技术手段。完整的模型系统主要包括4部分:降雨径流模型、侵蚀和泥沙输移模型、污染物迁移转化模型、受纳水体水质模型[18]。非点源污染模型有多种分类方法,通常可分为功能性和机制性模型[19-20],前者依据输入输出构建经验模型,多用于流域非点源年均污染负荷计算,不涉及污染的具体过程和机理,不适合短期计算,在与试验区自然、社会因素差别较大的区域较难外推使用;后者以非点源污染的发生、迁移转化和影响的具体过程为框架,考虑中间过程或内在机制,数据精度要求高,模型外推受时空制约较少。实际上由各子模型构成的非点源污染模型往往兼有以上两种形式[21]。本文将着重讨论国内外非点源污染数学模型研究的发展。
国外非点源污染模型研究
土壤侵蚀是规模大、危害程度严重的一种农业非点源污染,目前普遍采用美国的通用土壤侵蚀方程(The Universal Soil Loss Equation,USLE)和修正的土壤侵蚀方程(RUSLE)估算农田长期土壤流失量。USLE是美国水土保持局经40多年的现场观测调查得到的经验方程[22],假设决定土壤侵蚀的6个因子为降雨能量、土壤可蚀性、坡长、坡度、作物覆盖及管理、水土保持措施。该公式结构合理、参数代表性普遍、应用范围广,与之结合的各种实用商业化软件的开发与使用发展迅速。但模型资料主要来自美缓坡地,不太适