流域任意空間尺度面源污染負荷智能化估算技術研究

倪天華等

摘 要：隨著流域尺度的水污染防治思想日益得到科研工作者和環境管理部門的認同，傳統的面源污染負荷估算和表征手段已難以適應新的流域治污思想的需求。該文研發了流域任意空間尺度面源污染負荷智能化估算技術，并以江蘇省太湖流域三級生態分區控制單元為例進行了應用驗證，結果表明該技術能較好地實現對跨行政區域的任意空間面源污染負荷的科學快速估算，為流域治污新模式提供切實可靠的技術支持和決策依據。

關鍵詞：流域 任意空間 尺度面源 污染 負荷 智能化估算 技術研究

中圖分類號：G64 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）01（c）-0031-01

1 研究背景

近年來，我國關于點源污染物總量分配方法減排核算體系、污染源監控技術等研究日益趨于成熟和完善（吳悅穎等，2006），但在農業面源污染總量控制方面尚缺少足夠的研究基礎與有效的總量減排管理決策支撐手段。由于面源污染的發生的隨機性、間歇性等特點，決定了點源總量控制技術與管理模式難以適用于面源污染控制和管理（楊占紅等，2010），應用數學模型對農業面源污染進行模擬和估算是面源污染總量控制的重要手段。國內外學者已建立了多種農業面源污染的評價和估算模型，并對不同區域進行了污染負荷的估算和分析（Young et al.，1989； Chung et al.，1999；Neitschet al.，2001；Baginska et al.，2003；劉瑞民等，2006；龍天渝等，2008）。但是，已報道的面源污染模型大部分需要大量的數據為基礎，且其建模過程長，計算量大，地域差異適應性差，估算結果科學性和有效性有待提高，對于現實面源污染防控與總量減排管理的實用性較差。

該文描述和研究了以江蘇省太湖流域三級生態分區為控制單元，開展流域任意空間面源污染負荷總量快速估算關鍵技術，以期實現在相對較少資料支撐下對任意空間面源污染負荷總量的有效估算。

2 研究目標與方法

該文針對江蘇太湖流域面源污染特征問題，基于流域畜禽養殖、農業種植以及農村生活污染現狀系統調查及水污染空間特征分析，以專業GIS和統計分析軟件為基礎支撐，運用二次集成開發工具，應用多源多尺度時空數據融合和面源污染負荷合算與特征識別等關鍵技術，通過社會經濟統計數據進行空間化、流域面源污染空間實體化和任意空間單元面源污染負荷合算過程對象化，從地區農業生產重點組成部分農村生活（人口）、種植（含糧油、蔬菜、林果、茶葉）、養殖（含豬、牛、蛋禽、肉禽）入手，制定面源污染空間實體化規則，根據水環境信息與社會經濟信息融合處理、標準化入庫后的數據條件，編制面源污染符合試算模型系統

3 研究結果與討論

從實證分析的角度，該文對江蘇省太湖流域按鎮級行政單元及三級生態分區各控制單元兩種空間模式下的COD、氨氮、總氮、總磷的污染負荷分別進行了計算。

計算結果表明，傳統按行政區域（鎮域）進行面源污染負荷估算，能直接利用農業面源污染統計較為清楚的表征各鎮域面源污染的負荷高低，能大致體現出各鎮面源污染負荷大小的空間差異。這種傳統的統計和估算方法是目前我國農業面源污染特征研究與控制管理最主要的方式。但是，由于行政區域與流域邊界的不重合性、流域水系、水文條件差異性等原因，傳統方法往往難以真實地反映非行政區域的面源污染空間特征和差異。通過該文研發的任意空間面源污染負荷估算技術，則實現了對跨越行政區劃的三級生態分區各控制單元面源污染負荷及分異規律的科學表征。從排放負荷強度空間特征看，10個非湖體三級生態分區的面源污染負荷表現出不同的分異特征。對COD而言，太湖北部的6個生態分區的COD排放負荷強度較大，而太湖西部的兩個生態分區和東部的2個生態分區COD排放負荷強度較低；類似地，研究發現氨氮、總氮（TN）和總磷（TP）在各三級生態分區控制單元所表現出不同的分異特征，此項結果可直接為以生態分區為控制單元的水污染控制與治理實踐提供科學有效的決策支撐。

4 結語

近年來，隨著以流域尺度在整體上進行水污染控制與治理思想日益得到科研工作者和環境管理部門的認同，傳統的面源污染負荷估算和表征手段已難以適應新的流域治污思想的需求。該文通過社會經濟數據的空間實體化，將社會經濟統計數據和水污染負荷在空間上建立聯系，從而對全流域面源污染負荷的空間分布特征、空間過程分析提供數據支持，實現任意空間尺度（包括小流域尺度）面源污染負荷的估算和表征，為新的流域治污理論和面源污染防控管理實踐提供切實有用、有效的技術支撐和決策依據。當然，為使相應的估算結果更為科學可靠，該文在基礎數據采集和歸一化處理、各類面源污染物產物系數科學化、與管理實踐需求結合等方面還需進一步完善和提升。

參考文獻

[1] 吳悅穎，李云生，劉偉江.基于公平性的水污染物總量分配評估方法研究[J].環境科學研究，2006，19（2）：66-70.

[2] 楊占紅，羅宏，呂連宏，等.城市工業COD總量優化分配研究[J].中國人口·資源與環境，2010，20（3）：124-129.

[3] 龍天渝，梁常德，李繼承，等.基于SLURP模型和輸出系數法的三峽庫區非點源氮磷負荷預測[J].環境科學學報，2008，28（3）：574-581.

[4] 劉瑞民，楊志峰，丁曉雯，等.土地利用/覆蓋變化對長江上游非點源污染影響研究[J].環境科學，2006，27（12）.

[5] Neitsch S L，Arnold J G， Kiniry J R，et al.Soil andwater assessment tool user's manual： Version 2000[R].Temple，Texas： Blackland Research Center， Texas Agricultural Experiment Station，2001.

[6] Chung S W，Gassman P W，Kramer L A，et al.Validation of EPIC for two watersheds in southwest Iowa[J].Journal of Environmental Quality，1999，28（3）：971-979.

[7] Baginska B，Milne-Home W，Cornish P S.Modeling nutrient transport in Currency Greek，NSW with AnnAGNPS and PEST[J].Environmental Modelling and Software，2003，18（819）：801-808.endprint

摘 要：隨著流域尺度的水污染防治思想日益得到科研工作者和環境管理部門的認同，傳統的面源污染負荷估算和表征手段已難以適應新的流域治污思想的需求。該文研發了流域任意空間尺度面源污染負荷智能化估算技術，并以江蘇省太湖流域三級生態分區控制單元為例進行了應用驗證，結果表明該技術能較好地實現對跨行政區域的任意空間面源污染負荷的科學快速估算，為流域治污新模式提供切實可靠的技術支持和決策依據。

關鍵詞：流域 任意空間 尺度面源 污染 負荷 智能化估算 技術研究

中圖分類號：G64 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）01（c）-0031-01

1 研究背景

近年來，我國關于點源污染物總量分配方法減排核算體系、污染源監控技術等研究日益趨于成熟和完善（吳悅穎等，2006），但在農業面源污染總量控制方面尚缺少足夠的研究基礎與有效的總量減排管理決策支撐手段。由于面源污染的發生的隨機性、間歇性等特點，決定了點源總量控制技術與管理模式難以適用于面源污染控制和管理（楊占紅等，2010），應用數學模型對農業面源污染進行模擬和估算是面源污染總量控制的重要手段。國內外學者已建立了多種農業面源污染的評價和估算模型，并對不同區域進行了污染負荷的估算和分析（Young et al.，1989； Chung et al.，1999；Neitschet al.，2001；Baginska et al.，2003；劉瑞民等，2006；龍天渝等，2008）。但是，已報道的面源污染模型大部分需要大量的數據為基礎，且其建模過程長，計算量大，地域差異適應性差，估算結果科學性和有效性有待提高，對于現實面源污染防控與總量減排管理的實用性較差。

該文描述和研究了以江蘇省太湖流域三級生態分區為控制單元，開展流域任意空間面源污染負荷總量快速估算關鍵技術，以期實現在相對較少資料支撐下對任意空間面源污染負荷總量的有效估算。

2 研究目標與方法

該文針對江蘇太湖流域面源污染特征問題，基于流域畜禽養殖、農業種植以及農村生活污染現狀系統調查及水污染空間特征分析，以專業GIS和統計分析軟件為基礎支撐，運用二次集成開發工具，應用多源多尺度時空數據融合和面源污染負荷合算與特征識別等關鍵技術，通過社會經濟統計數據進行空間化、流域面源污染空間實體化和任意空間單元面源污染負荷合算過程對象化，從地區農業生產重點組成部分農村生活（人口）、種植（含糧油、蔬菜、林果、茶葉）、養殖（含豬、牛、蛋禽、肉禽）入手，制定面源污染空間實體化規則，根據水環境信息與社會經濟信息融合處理、標準化入庫后的數據條件，編制面源污染符合試算模型系統

3 研究結果與討論

從實證分析的角度，該文對江蘇省太湖流域按鎮級行政單元及三級生態分區各控制單元兩種空間模式下的COD、氨氮、總氮、總磷的污染負荷分別進行了計算。

計算結果表明，傳統按行政區域（鎮域）進行面源污染負荷估算，能直接利用農業面源污染統計較為清楚的表征各鎮域面源污染的負荷高低，能大致體現出各鎮面源污染負荷大小的空間差異。這種傳統的統計和估算方法是目前我國農業面源污染特征研究與控制管理最主要的方式。但是，由于行政區域與流域邊界的不重合性、流域水系、水文條件差異性等原因，傳統方法往往難以真實地反映非行政區域的面源污染空間特征和差異。通過該文研發的任意空間面源污染負荷估算技術，則實現了對跨越行政區劃的三級生態分區各控制單元面源污染負荷及分異規律的科學表征。從排放負荷強度空間特征看，10個非湖體三級生態分區的面源污染負荷表現出不同的分異特征。對COD而言，太湖北部的6個生態分區的COD排放負荷強度較大，而太湖西部的兩個生態分區和東部的2個生態分區COD排放負荷強度較低；類似地，研究發現氨氮、總氮（TN）和總磷（TP）在各三級生態分區控制單元所表現出不同的分異特征，此項結果可直接為以生態分區為控制單元的水污染控制與治理實踐提供科學有效的決策支撐。

4 結語

近年來，隨著以流域尺度在整體上進行水污染控制與治理思想日益得到科研工作者和環境管理部門的認同，傳統的面源污染負荷估算和表征手段已難以適應新的流域治污思想的需求。該文通過社會經濟數據的空間實體化，將社會經濟統計數據和水污染負荷在空間上建立聯系，從而對全流域面源污染負荷的空間分布特征、空間過程分析提供數據支持，實現任意空間尺度（包括小流域尺度）面源污染負荷的估算和表征，為新的流域治污理論和面源污染防控管理實踐提供切實有用、有效的技術支撐和決策依據。當然，為使相應的估算結果更為科學可靠，該文在基礎數據采集和歸一化處理、各類面源污染物產物系數科學化、與管理實踐需求結合等方面還需進一步完善和提升。

參考文獻

[1] 吳悅穎，李云生，劉偉江.基于公平性的水污染物總量分配評估方法研究[J].環境科學研究，2006，19（2）：66-70.

[2] 楊占紅，羅宏，呂連宏，等.城市工業COD總量優化分配研究[J].中國人口·資源與環境，2010，20（3）：124-129.

[3] 龍天渝，梁常德，李繼承，等.基于SLURP模型和輸出系數法的三峽庫區非點源氮磷負荷預測[J].環境科學學報，2008，28（3）：574-581.

[4] 劉瑞民，楊志峰，丁曉雯，等.土地利用/覆蓋變化對長江上游非點源污染影響研究[J].環境科學，2006，27（12）.

[5] Neitsch S L，Arnold J G， Kiniry J R，et al.Soil andwater assessment tool user's manual： Version 2000[R].Temple，Texas： Blackland Research Center， Texas Agricultural Experiment Station，2001.

[6] Chung S W，Gassman P W，Kramer L A，et al.Validation of EPIC for two watersheds in southwest Iowa[J].Journal of Environmental Quality，1999，28（3）：971-979.

[7] Baginska B，Milne-Home W，Cornish P S.Modeling nutrient transport in Currency Greek，NSW with AnnAGNPS and PEST[J].Environmental Modelling and Software，2003，18（819）：801-808.endprint

摘 要：隨著流域尺度的水污染防治思想日益得到科研工作者和環境管理部門的認同，傳統的面源污染負荷估算和表征手段已難以適應新的流域治污思想的需求。該文研發了流域任意空間尺度面源污染負荷智能化估算技術，并以江蘇省太湖流域三級生態分區控制單元為例進行了應用驗證，結果表明該技術能較好地實現對跨行政區域的任意空間面源污染負荷的科學快速估算，為流域治污新模式提供切實可靠的技術支持和決策依據。

關鍵詞：流域 任意空間 尺度面源 污染 負荷 智能化估算 技術研究

中圖分類號：G64 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）01（c）-0031-01

1 研究背景

近年來，我國關于點源污染物總量分配方法減排核算體系、污染源監控技術等研究日益趨于成熟和完善（吳悅穎等，2006），但在農業面源污染總量控制方面尚缺少足夠的研究基礎與有效的總量減排管理決策支撐手段。由于面源污染的發生的隨機性、間歇性等特點，決定了點源總量控制技術與管理模式難以適用于面源污染控制和管理（楊占紅等，2010），應用數學模型對農業面源污染進行模擬和估算是面源污染總量控制的重要手段。國內外學者已建立了多種農業面源污染的評價和估算模型，并對不同區域進行了污染負荷的估算和分析（Young et al.，1989； Chung et al.，1999；Neitschet al.，2001；Baginska et al.，2003；劉瑞民等，2006；龍天渝等，2008）。但是，已報道的面源污染模型大部分需要大量的數據為基礎，且其建模過程長，計算量大，地域差異適應性差，估算結果科學性和有效性有待提高，對于現實面源污染防控與總量減排管理的實用性較差。

該文描述和研究了以江蘇省太湖流域三級生態分區為控制單元，開展流域任意空間面源污染負荷總量快速估算關鍵技術，以期實現在相對較少資料支撐下對任意空間面源污染負荷總量的有效估算。

2 研究目標與方法

該文針對江蘇太湖流域面源污染特征問題，基于流域畜禽養殖、農業種植以及農村生活污染現狀系統調查及水污染空間特征分析，以專業GIS和統計分析軟件為基礎支撐，運用二次集成開發工具，應用多源多尺度時空數據融合和面源污染負荷合算與特征識別等關鍵技術，通過社會經濟統計數據進行空間化、流域面源污染空間實體化和任意空間單元面源污染負荷合算過程對象化，從地區農業生產重點組成部分農村生活（人口）、種植（含糧油、蔬菜、林果、茶葉）、養殖（含豬、牛、蛋禽、肉禽）入手，制定面源污染空間實體化規則，根據水環境信息與社會經濟信息融合處理、標準化入庫后的數據條件，編制面源污染符合試算模型系統

3 研究結果與討論

從實證分析的角度，該文對江蘇省太湖流域按鎮級行政單元及三級生態分區各控制單元兩種空間模式下的COD、氨氮、總氮、總磷的污染負荷分別進行了計算。

計算結果表明，傳統按行政區域（鎮域）進行面源污染負荷估算，能直接利用農業面源污染統計較為清楚的表征各鎮域面源污染的負荷高低，能大致體現出各鎮面源污染負荷大小的空間差異。這種傳統的統計和估算方法是目前我國農業面源污染特征研究與控制管理最主要的方式。但是，由于行政區域與流域邊界的不重合性、流域水系、水文條件差異性等原因，傳統方法往往難以真實地反映非行政區域的面源污染空間特征和差異。通過該文研發的任意空間面源污染負荷估算技術，則實現了對跨越行政區劃的三級生態分區各控制單元面源污染負荷及分異規律的科學表征。從排放負荷強度空間特征看，10個非湖體三級生態分區的面源污染負荷表現出不同的分異特征。對COD而言，太湖北部的6個生態分區的COD排放負荷強度較大，而太湖西部的兩個生態分區和東部的2個生態分區COD排放負荷強度較低；類似地，研究發現氨氮、總氮（TN）和總磷（TP）在各三級生態分區控制單元所表現出不同的分異特征，此項結果可直接為以生態分區為控制單元的水污染控制與治理實踐提供科學有效的決策支撐。

4 結語

近年來，隨著以流域尺度在整體上進行水污染控制與治理思想日益得到科研工作者和環境管理部門的認同，傳統的面源污染負荷估算和表征手段已難以適應新的流域治污思想的需求。該文通過社會經濟數據的空間實體化，將社會經濟統計數據和水污染負荷在空間上建立聯系，從而對全流域面源污染負荷的空間分布特征、空間過程分析提供數據支持，實現任意空間尺度（包括小流域尺度）面源污染負荷的估算和表征，為新的流域治污理論和面源污染防控管理實踐提供切實有用、有效的技術支撐和決策依據。當然，為使相應的估算結果更為科學可靠，該文在基礎數據采集和歸一化處理、各類面源污染物產物系數科學化、與管理實踐需求結合等方面還需進一步完善和提升。

參考文獻

[1] 吳悅穎，李云生，劉偉江.基于公平性的水污染物總量分配評估方法研究[J].環境科學研究，2006，19（2）：66-70.

[2] 楊占紅，羅宏，呂連宏，等.城市工業COD總量優化分配研究[J].中國人口·資源與環境，2010，20（3）：124-129.

[3] 龍天渝，梁常德，李繼承，等.基于SLURP模型和輸出系數法的三峽庫區非點源氮磷負荷預測[J].環境科學學報，2008，28（3）：574-581.

[4] 劉瑞民，楊志峰，丁曉雯，等.土地利用/覆蓋變化對長江上游非點源污染影響研究[J].環境科學，2006，27（12）.

[5] Neitsch S L，Arnold J G， Kiniry J R，et al.Soil andwater assessment tool user's manual： Version 2000[R].Temple，Texas： Blackland Research Center， Texas Agricultural Experiment Station，2001.

[6] Chung S W，Gassman P W，Kramer L A，et al.Validation of EPIC for two watersheds in southwest Iowa[J].Journal of Environmental Quality，1999，28（3）：971-979.

[7] Baginska B，Milne-Home W，Cornish P S.Modeling nutrient transport in Currency Greek，NSW with AnnAGNPS and PEST[J].Environmental Modelling and Software，2003，18（819）：801-808.endprint