李淼泉，田 恬，陳 奔，李紅華，吳文俊 ，段 揚(yáng)，蔣洪強(qiáng)

（1.中科宇圖科技股份有限公司，北京 100101；2.生態(tài)環(huán)境部環(huán)境規(guī)劃院國(guó)家環(huán)境保護(hù)環(huán)境規(guī)劃與政策模擬重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100012）

引言

伴隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)快速發(fā)展和城鎮(zhèn)化水平加快，我國(guó)水環(huán)境污染問(wèn)題日益加重，已逐漸成為影響美麗中國(guó)建設(shè)的重要制約因素。近年來(lái)，隨著點(diǎn)源污染逐步得到治理，非點(diǎn)源污染已成為地表水污染的主要成因，尤其以農(nóng)業(yè)非點(diǎn)源污染貢獻(xiàn)最大[1]。研究表明，全球有30%～50%地表水受到非點(diǎn)源污染影響[2-3]，我國(guó)非點(diǎn)源水污染問(wèn)題也很?chē)?yán)重[4]，非點(diǎn)源排放使地表水水質(zhì)下降，同時(shí)由于非點(diǎn)源氮磷污染突出，易導(dǎo)致水體發(fā)生富營(yíng)養(yǎng)化[5]。黨的十九大以來(lái)，中央越來(lái)越注重加強(qiáng)農(nóng)業(yè)環(huán)境保護(hù)與治理，2018 年中央一號(hào)文件明確指出：“加強(qiáng)農(nóng)業(yè)面源污染防治，開(kāi)展農(nóng)業(yè)綠色發(fā)展行動(dòng)”，同時(shí)2018 年3 月17 日出臺(tái)的《國(guó)務(wù)院機(jī)構(gòu)改革方案》中決定將“監(jiān)督指導(dǎo)農(nóng)業(yè)面源污染治理職責(zé)”劃歸到新組建的生態(tài)環(huán)境部中，通過(guò)機(jī)構(gòu)改革和相應(yīng)職能調(diào)整，不斷強(qiáng)化對(duì)農(nóng)業(yè)非點(diǎn)源污染的綜合防治。在這一大背景下，加強(qiáng)農(nóng)業(yè)非點(diǎn)源相關(guān)研究，搭建非點(diǎn)源排放清單估算系統(tǒng)，摸清農(nóng)業(yè)非點(diǎn)源排放情況，不僅對(duì)改善我國(guó)流域水環(huán)境質(zhì)量具有重要作用，而且對(duì)于支撐生態(tài)環(huán)境部農(nóng)業(yè)非點(diǎn)源監(jiān)管的科學(xué)決策意義重大。

流域非點(diǎn)源污染負(fù)荷估算方法眾多，如輸出系數(shù)法、SWAT、HSPF 等在國(guó)內(nèi)外均取得了許多進(jìn)展[6-11]，改進(jìn)輸出系數(shù)法目前被認(rèn)為是針對(duì)大尺度流域非點(diǎn)源模擬的主要方法，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、應(yīng)用方便且具備一定精度，因而得到了廣泛應(yīng)用[12]。早在20 世紀(jì)70 年代初期，美國(guó)、加拿大的科研學(xué)者在研究土地利用—營(yíng)養(yǎng)負(fù)荷—湖泊富營(yíng)養(yǎng)化關(guān)系的過(guò)程中，首次提出輸出系數(shù)法這一概念[13]。隨后，英國(guó)學(xué)者Johnes 于1996 年對(duì)輸出系數(shù)法進(jìn)行了優(yōu)化，將模型進(jìn)一步細(xì)分為土地利用、牲畜養(yǎng)殖、人口數(shù)量等分項(xiàng)，同時(shí)考慮了空氣沉降等其他因素，豐富了非點(diǎn)源范疇的模擬內(nèi)容，提高了模型應(yīng)用的可靠性[14]。隨后，我國(guó)學(xué)者蔡明等考慮了流域內(nèi)污染物輸移損失及降雨的影響，引入了流域損失系數(shù)及降雨影響系數(shù)，使模型機(jī)制更明確，模擬更符合實(shí)際[13]。丁曉雯等在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步考慮了地形因素的影響，引入了地形影響因子，提高了模型在大尺度流域的模擬精度[15]。

流域非點(diǎn)源水污染研究以子流域?yàn)榛締卧?，通過(guò)控制單元來(lái)有機(jī)銜接區(qū)域治理責(zé)任和流域自然屬性的相關(guān)關(guān)系[16]，然而當(dāng)前對(duì)非點(diǎn)源水污染排放清單的處理方法往往存在缺少空間異質(zhì)性、數(shù)據(jù)更新頻率低等的缺點(diǎn)[17-18]。本文基于SOA-B/S 架構(gòu)，采取了改進(jìn)輸出系數(shù)法和地理信息系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)，構(gòu)建了流域非點(diǎn)源污染排放清單估算系統(tǒng)框架，開(kāi)發(fā)了流域非點(diǎn)源水污染排放清單估算系統(tǒng)。該系統(tǒng)從“十三五”水污染防治和水環(huán)境保護(hù)的基本要求出發(fā)，選取并改進(jìn)流域非點(diǎn)源水污染排放清單處理技術(shù)，采用輸出系數(shù)法模型，以數(shù)據(jù)庫(kù)、GIS 工具、模型算法等為技術(shù)手段，充分考慮排放的空間異質(zhì)性特征，實(shí)現(xiàn)對(duì)不同時(shí)間和空間尺度下的非點(diǎn)源水污染負(fù)荷估算，并選擇嫩江流域?yàn)榘咐_(kāi)展應(yīng)用示范，從而為流域水環(huán)境模擬研究和流域動(dòng)態(tài)總量控制奠定技術(shù)基礎(chǔ)與數(shù)據(jù)處理標(biāo)準(zhǔn)，為決策者制定流域水環(huán)境管理措施和方案提供有力的技術(shù)支持。

1 關(guān)鍵模型技術(shù)

1.1 輸出系數(shù)法模型

本研究采用輸出系數(shù)法構(gòu)建非點(diǎn)源水污染年度負(fù)荷與分水期負(fù)荷估算模型。輸出系數(shù)法是一種基于統(tǒng)計(jì)學(xué)的線性數(shù)學(xué)方法，它僅考慮應(yīng)用對(duì)象中的輸入量和輸出量，而對(duì)復(fù)雜的中間過(guò)程不予考慮。輸出系數(shù)模型的一般表達(dá)式為：

式中，Li為污染物i 在Aj研究區(qū)域非點(diǎn)源水污染的總負(fù)荷量；Eij為污染物i 在第j 種土地利用或牲畜、人口中的輸出系數(shù)；Aj為第j 種土地利用類(lèi)型的面積或牲畜數(shù)量和人口數(shù)量；p 為其他參數(shù)修正[19]。

由于非點(diǎn)源水污染負(fù)荷估算模型規(guī)避了復(fù)雜的物理過(guò)程，著重考慮經(jīng)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)規(guī)律，因此確定合理的輸出系數(shù)尤為重要。本系統(tǒng)主要采用查閱文獻(xiàn)法和數(shù)學(xué)統(tǒng)計(jì)法相結(jié)合的方法確定參數(shù)。牲畜及人口輸出系數(shù)采用查閱文獻(xiàn)法，選取與全國(guó)各流域片區(qū)自然、地理、人文等條件相似的區(qū)域已有的研究成果作為輸出系數(shù)選取的初始條件和率定范圍，然后通過(guò)比較模擬值與實(shí)測(cè)值，調(diào)整輸出系數(shù)，選取一組較適用于所選研究區(qū)域范圍的輸出系數(shù)[20]。

1.2 模型參數(shù)確定

在參數(shù)確定過(guò)程中，采用現(xiàn)有數(shù)據(jù)分析法和模型模擬法。前者應(yīng)用已收集的環(huán)境統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，采用相關(guān)分析等統(tǒng)計(jì)學(xué)方法提取土地利用面積、人口數(shù)量、牲畜數(shù)量與非點(diǎn)源水污染排放量之間的相關(guān)系數(shù)；模型模擬法采用目前發(fā)展較為成熟的模擬農(nóng)業(yè)非點(diǎn)源污染模型——SWAT 對(duì)流域非點(diǎn)源污染現(xiàn)狀進(jìn)行模擬[21,22]，并進(jìn)一步尋找模擬結(jié)果與土地利用類(lèi)型、土壤類(lèi)型等核心要素的關(guān)系，提取對(duì)應(yīng)的相關(guān)系數(shù)。

1.2.1 數(shù)據(jù)分析法

（1）種植業(yè)參數(shù)

種植業(yè)中選取對(duì)種植業(yè)非點(diǎn)源水污染影響較大的水田和旱地兩種土地利用類(lèi)型帶來(lái)的種植業(yè)非點(diǎn)源水污染負(fù)荷進(jìn)行參數(shù)提取和估算?？紤]到種植業(yè)具有較為明顯的地域差異，將我國(guó)按照十大流域片區(qū)界劃分為長(zhǎng)江流域、黃河流域、珠江流域、淮河流域、海河流域、松花江流域、遼河流域、西南諸河流域、西北諸河流域和東南諸河流域，按流域邊界提取各自不同的種植業(yè)輸出系數(shù)。

采用統(tǒng)計(jì)學(xué)方法，建立水田、旱地兩種土地利用類(lèi)型面積與種植業(yè)非點(diǎn)源污染產(chǎn)生量和排放量之間的線性關(guān)系。提取兩種土地利用類(lèi)型占地面積系數(shù)作為土地利用類(lèi)型參數(shù)，將常數(shù)項(xiàng)作為入河系數(shù)。

（2）畜禽養(yǎng)殖業(yè)參數(shù)

畜禽養(yǎng)殖輸出系數(shù)采用查閱文獻(xiàn)法，選取與全國(guó)各流域片區(qū)自然、地理、人文等條件相似的區(qū)域已有研究成果作為輸出系數(shù)選取的初始條件和率定范圍，然后通過(guò)比較模擬值與實(shí)測(cè)值，調(diào)整輸出系數(shù)，規(guī)避模擬與實(shí)測(cè)值誤差過(guò)大的數(shù)據(jù)，選取一組較適用于所選研究區(qū)域范圍的輸出系數(shù)。

此外，參考《第一次全國(guó)污染普查畜禽養(yǎng)殖業(yè)源產(chǎn)排污系數(shù)手冊(cè)》研究結(jié)果，確定大牲畜輸出系數(shù)值，并以此為輔助率定條件，相應(yīng)的資料和率定結(jié)果如土地利用參數(shù)則利用相關(guān)系數(shù)法進(jìn)行提取。

（3）農(nóng)村生活參數(shù)

通過(guò)文獻(xiàn)調(diào)研方法，參考《第一次全國(guó)污染普查畜禽養(yǎng)殖業(yè)源產(chǎn)排污系數(shù)手冊(cè)》及《全國(guó)水環(huán)境容量核定技術(shù)指南》成果，提取農(nóng)村生活參數(shù)。

（4）徑流分配系數(shù)

在進(jìn)行年內(nèi)非點(diǎn)源水污染排放清單估算時(shí)，需要將年排放清單的數(shù)值進(jìn)行空間分配。在此過(guò)程中，需要對(duì)徑流數(shù)據(jù)進(jìn)行基流分割和年內(nèi)分配系數(shù)提取。

1）基流分割

采用直線分割法中的水平線分割法完成對(duì)徑流量的分割。水平線分割是以月平均流量最小值為基準(zhǔn)，在流量過(guò)程線上水平分割，直線下方為全年基流量。水平線分割法一般選取多個(gè)水文年為代表年份，逐年繪制逐日平均流量過(guò)程線，以枯季月均流量的最小值作為基準(zhǔn)，進(jìn)行基流分割。斜直線分割法是在逐日河川徑流過(guò)程線上，找到洪峰起漲點(diǎn)與退水段轉(zhuǎn)折點(diǎn)，將兩點(diǎn)以直線相連。對(duì)于凌汛期及多次洪水過(guò)程，需做分段分割，斜直線以下為汛期基流量，與枯季徑流量相加為河川基流量。

圖1 顯示了水平線分割法原理。

圖1 水平線分割法原理

2）年內(nèi)分配

根據(jù)收集到的多年徑流量數(shù)據(jù)，繪制P-III 型曲線，取P＜25%為豐水年，25% ＜P＜75%為平水年，P＞75%為枯水年。將各徑流年進(jìn)行豐、平、枯分類(lèi)，提取各類(lèi)別下年凈流量的分布系數(shù)。

（5）其他參數(shù)

除種植業(yè)、畜禽養(yǎng)殖和農(nóng)村生活系數(shù)外，流域非點(diǎn)源水污染的負(fù)荷量和排放量還受到地形、氣象、土壤等其他因素的影響，在實(shí)際估算過(guò)程中，需要根據(jù)實(shí)際情況對(duì)上述因素進(jìn)行修正。修正系數(shù)如表1 所示。

表1 其他因素修正系數(shù)

1.2.2 模型模擬法

采用SWAT 模型模擬流域片區(qū)農(nóng)業(yè)非點(diǎn)源污染情況，并提取模擬結(jié)果與土地利用、土壤類(lèi)型等核心因素間的關(guān)系進(jìn)而提取相關(guān)參數(shù)。該方法需要準(zhǔn)備大量數(shù)據(jù)，模擬校正期也存在較大的不確定性，本項(xiàng)目選用此方法主要用于對(duì)前一種方法進(jìn)行校準(zhǔn)。

由于SWAT 模型對(duì)數(shù)據(jù)格式有著較高的要求，因此在數(shù)據(jù)收集完成后，需對(duì)各類(lèi)型數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理。通過(guò)使用包括dew SWAT、pcp SWAT、SWAT Weather 等轉(zhuǎn)換工具，完成輸入數(shù)據(jù)整理，調(diào)整數(shù)據(jù)格式以適應(yīng)模型需求，完成屬性數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)。

通過(guò)對(duì)流域劃分、水文響應(yīng)單元（HRU）劃定、數(shù)據(jù)導(dǎo)入、設(shè)置模型起始和結(jié)束時(shí)間、模擬的時(shí)間尺度，運(yùn)行模型，并得到運(yùn)行結(jié)果。根據(jù)模型模擬結(jié)果，構(gòu)建污染物排放量與土地利用、土壤類(lèi)型等因素的函數(shù)關(guān)系。模型結(jié)果中，需要提取的信息包括子流域編號(hào)、面積、降雨量、土地利用類(lèi)型、土壤類(lèi)型、污染物輸出量等。

該方法具體技術(shù)路線如圖2 所示。

模型模擬法所需數(shù)據(jù)梳理如表2 所示。

表2 SWAT模型數(shù)據(jù)需求

圖2 模型模擬法技術(shù)路線

2 排放清單技術(shù)方法研究

流域非點(diǎn)源水污染排放清單技術(shù)首先在行政區(qū)尺度采用回歸分析的方法討論土地利用類(lèi)型、地形坡度特征與非點(diǎn)源水污染產(chǎn)生量和排放量之間的聯(lián)系，進(jìn)而得到年尺度下不同土地利用類(lèi)型和年徑流特征條件下的非點(diǎn)源水污染排放清單的輸出系數(shù)[23]。然后根據(jù)研究區(qū)流域地形、水流條件，在ArcSWAT 模塊下將研究流域劃分為若干子流域，并將之前計(jì)算得到的輸出系數(shù)代入各子流域中，得到子流域尺度下非點(diǎn)源水污染排放清單。最后，根據(jù)研究區(qū)年內(nèi)氣候條件、水流條件，提取不同流量季的入河修正系數(shù)，最終得到基于土地利用類(lèi)型與地形差異的子流域非點(diǎn)源水污染排放動(dòng)態(tài)清單。

該方法通過(guò)將非點(diǎn)源污染數(shù)據(jù)規(guī)范到流域尺度，綜合考慮我國(guó)不同流域污染產(chǎn)生數(shù)據(jù)之間，以及季節(jié)性污染產(chǎn)生數(shù)據(jù)之間的差異，提高了污染源排放清單編制效率和科學(xué)性，可以通過(guò)技術(shù)手段分析非點(diǎn)源污染的減排措施和減排效益。

采用SWAT 模型模擬全國(guó)幾大流域片區(qū)農(nóng)業(yè)非點(diǎn)源污染情況，并提取模擬結(jié)果與土地利用、土壤類(lèi)型等核心因素間的關(guān)系進(jìn)而提取相關(guān)參數(shù)。該方法具體技術(shù)路線如圖3 所示。

2.1 識(shí)別流域片區(qū)

以我國(guó)主要流域?yàn)閱挝贿M(jìn)行區(qū)域劃分，導(dǎo)入研究流域邊界，識(shí)別研究流域所在位置。

2.2 構(gòu)建流域非點(diǎn)源水污染輸出系數(shù)查找表

系統(tǒng)輸入數(shù)據(jù)主要包括土地利用、人口數(shù)量信息以及牲畜數(shù)量信息結(jié)合客戶(hù)實(shí)際需求，可選擇模型內(nèi)設(shè)數(shù)據(jù)或自行導(dǎo)入相關(guān)數(shù)據(jù)的信息。各類(lèi)數(shù)據(jù)主要為結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)時(shí)間尺度主要為月尺度，部分為日更新數(shù)據(jù)。系統(tǒng)默認(rèn)讀取的上述信息基本情況如表3 所示。

將行政區(qū)尺度下的非點(diǎn)源水污染環(huán)統(tǒng)數(shù)據(jù)和流域土地利用類(lèi)型進(jìn)行疊加分析，通過(guò)回歸分析法得到單位污染負(fù)荷與土地利用、人口、牲畜頭數(shù)之間的關(guān)系，讀取輸出系數(shù)。搭建流域非點(diǎn)源污染輸出系數(shù)查找表。輸入包括土地利用、人口數(shù)量、牲畜數(shù)量等數(shù)據(jù)，用戶(hù)可選擇自行導(dǎo)入土地利用柵格數(shù)據(jù)、人口數(shù)量矢量數(shù)據(jù)及土地利用矢量數(shù)據(jù)，用戶(hù)也可調(diào)用系統(tǒng)自帶數(shù)據(jù)完成數(shù)據(jù)計(jì)算。

2.3 參數(shù)率定及污染負(fù)荷估算

根據(jù)輸入數(shù)據(jù)，自動(dòng)識(shí)別旱地、水田土地利用類(lèi)型所占面積，調(diào)用參數(shù)庫(kù)中對(duì)應(yīng)區(qū)域的農(nóng)業(yè)非點(diǎn)源污染系數(shù)完成農(nóng)田非點(diǎn)源污染負(fù)荷估算；通過(guò)自動(dòng)識(shí)別畜禽養(yǎng)殖類(lèi)型數(shù)據(jù)、農(nóng)村生活人口數(shù)據(jù)，調(diào)研參數(shù)庫(kù)對(duì)應(yīng)參數(shù)，完成畜禽養(yǎng)殖、農(nóng)村生活非點(diǎn)源水污染負(fù)荷估算。最后，調(diào)用河段入河系數(shù)，完成流域非點(diǎn)源水污染排放清單估算。

2.4 流域非點(diǎn)源水污染產(chǎn)生量數(shù)據(jù)估算

圖3 流域非點(diǎn)源水污染排放清單技術(shù)路線

表3 系統(tǒng)輸入數(shù)據(jù)基本信息表

結(jié)合所述流域非點(diǎn)源輸出系數(shù)、所述流域內(nèi)各行政區(qū)劃的每種土地利用類(lèi)型的面積、人口數(shù)量等因素以及全國(guó)行政區(qū)劃統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，得到所述流域非點(diǎn)源水污染產(chǎn)生量數(shù)據(jù)；利用SWAT 模型對(duì)所述流域分區(qū)，得到子流域分區(qū)，將所述流域非點(diǎn)源水污染產(chǎn)生量數(shù)據(jù)離散化，得到子流域分區(qū)的非點(diǎn)源水污染產(chǎn)生量數(shù)據(jù)。根據(jù)文獻(xiàn)調(diào)研數(shù)據(jù)以及以往模型運(yùn)行的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，將所述子流域分區(qū)的非點(diǎn)源水污染產(chǎn)生量數(shù)據(jù)，分解成子流域分區(qū)不同流量季的非點(diǎn)源水污染產(chǎn)生量數(shù)據(jù)。

3 系統(tǒng)應(yīng)用

系統(tǒng)充分考慮了全國(guó)地域和時(shí)間上的差異，實(shí)現(xiàn)了從流域信息提取、流域非點(diǎn)源水污染排放清單年負(fù)荷估算到年內(nèi)分水期負(fù)荷估算的研究，估算結(jié)果以網(wǎng)格為單位，以EXCEL 表形式讀取和導(dǎo)出，可作為其他精細(xì)化模擬模型的輸入數(shù)據(jù)，服務(wù)精細(xì)化模擬過(guò)程。下面以嫩江流域?yàn)槔?，系統(tǒng)介紹流域非點(diǎn)源水污染排放清單年負(fù)荷估算子系統(tǒng)和分水期負(fù)荷估算子系統(tǒng)的實(shí)例應(yīng)用[24,25]。在進(jìn)行非點(diǎn)源水污染估算前，首先需確定研究區(qū)范圍，系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)按流域、行政區(qū)、矩形和經(jīng)緯度四種方式完成研究區(qū)選擇步驟。識(shí)別流域所在的片區(qū)，在全國(guó)土地利用類(lèi)型圖中，按照全國(guó)1:100 萬(wàn)地形圖分幅標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行流域片區(qū)識(shí)別。

3.1 系統(tǒng)框架設(shè)計(jì)

系統(tǒng)采用SOA-B/S 架構(gòu)，采用多層架構(gòu)和模塊化的開(kāi)發(fā)方式，各模塊之間相互獨(dú)立，模塊接口開(kāi)放。從邏輯上看，系統(tǒng)具有典型的五層結(jié)構(gòu)——基礎(chǔ)支撐層、數(shù)據(jù)庫(kù)層、應(yīng)用層、展示層和用戶(hù)層，具體結(jié)構(gòu)如圖4 所示[26]。

基礎(chǔ)支撐層：主要包括系統(tǒng)運(yùn)行的硬件設(shè)備、軟件環(huán)境和網(wǎng)絡(luò)設(shè)施等基礎(chǔ)支撐。

數(shù)據(jù)庫(kù)層：系統(tǒng)采用EF（Entity Framework）連接數(shù)據(jù)庫(kù)，可讀取本地微軟SQL Server 數(shù)據(jù)庫(kù)。數(shù)據(jù)庫(kù)收集了與非點(diǎn)源水污染排放清單負(fù)荷估算相關(guān)的空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)，其中空間數(shù)據(jù)主要包括數(shù)字高程、河網(wǎng)水系、水文站點(diǎn)、土地利用、土壤類(lèi)型、行政區(qū)劃、流域邊界等信息，屬性數(shù)據(jù)庫(kù)則主要包括社會(huì)經(jīng)濟(jì)、人口資源以及污染排放等信息。

圖4 流域非點(diǎn)源水污染排放清單估算系統(tǒng)邏輯框架

應(yīng)用層：主要包括3 個(gè)層次的服務(wù)，即基礎(chǔ)服務(wù)、圖形化查詢(xún)服務(wù)和分析決策支持服務(wù)。基礎(chǔ)服務(wù)為用戶(hù)提供環(huán)境要素相關(guān)信息的查詢(xún)、分析、比較和展示等服務(wù)；圖形化查詢(xún)服務(wù)是建立在地理信息系統(tǒng)之上的服務(wù)；分析決策支持服務(wù)是以系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)為基礎(chǔ)，采用輸出系數(shù)法，調(diào)用適用于不同地區(qū)的系統(tǒng)參數(shù)庫(kù)以估算非點(diǎn)源水污染年負(fù)荷和年內(nèi)負(fù)荷，最終為流域水環(huán)境質(zhì)量管理提供決策依據(jù)，是系統(tǒng)的核心所在。

展示層：是用戶(hù)直接查詢(xún)模型估算結(jié)果的平臺(tái)。系統(tǒng)以流域基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)、污染源數(shù)據(jù)、社會(huì)經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)等為基礎(chǔ)，以輸出系數(shù)法為研究方法，對(duì)非點(diǎn)源水污染排放清單進(jìn)行合理估算，最終以圖表、空間GIS 專(zhuān)題圖等形式展示。

用戶(hù)層：系統(tǒng)業(yè)務(wù)模塊通過(guò)系統(tǒng)主模塊進(jìn)行組合，根據(jù)登錄用戶(hù)的權(quán)限，確定登錄用戶(hù)可以訪問(wèn)的業(yè)務(wù)模塊。通過(guò)這個(gè)流程，構(gòu)建系統(tǒng)入口界面，不同的用戶(hù)使用不同的業(yè)務(wù)模塊。

3.2 系統(tǒng)估算過(guò)程

3.2.1 研究區(qū)選取

研究區(qū)選擇功能可通過(guò)按流域、按行政區(qū)、按矩形和按經(jīng)緯度等四種形式選定要研究的研究區(qū)域。

3.2.2 輸入數(shù)據(jù)

為更合理地完成對(duì)所選區(qū)域非點(diǎn)源水污染排放清單的估算，用戶(hù)需導(dǎo)入土地利用類(lèi)型、人口數(shù)量以及牲畜數(shù)量的相關(guān)信息。考慮到不同空間尺度的研究區(qū)所需的空間信息分辨率差異，用戶(hù)可選擇系統(tǒng)自帶數(shù)據(jù)，也可自行導(dǎo)入上述數(shù)據(jù)。

輸入數(shù)據(jù)準(zhǔn)備完成后，調(diào)用系統(tǒng)參數(shù)庫(kù)，通過(guò)輸出系數(shù)法完成對(duì)研究區(qū)的非點(diǎn)源排放清單估算。執(zhí)行計(jì)算完成后，系統(tǒng)會(huì)彈出計(jì)算完成窗口。

3.2.3 模型計(jì)算

系統(tǒng)通過(guò)讀取研究區(qū)年凈流量數(shù)據(jù)，按照直線分割法完成基流分割；然后根據(jù)系統(tǒng)內(nèi)部徑流頻率曲線所區(qū)分的豐水、平水和枯水徑流分配系數(shù)，自動(dòng)調(diào)用匹配的徑流分配系數(shù)。

分水期負(fù)荷分配結(jié)果可通過(guò)數(shù)據(jù)表、GIS 專(zhuān)題圖和餅狀圖等形式獲取，也可通過(guò)時(shí)間序列圖的形式對(duì)不同污染物分水期排放情況進(jìn)行直觀分析。

基于模型模擬法，調(diào)用嫩江流域徑流分配參數(shù)，根據(jù)具體年份豐枯特征，將估算得出的總負(fù)荷量進(jìn)行空間分配。

3.3 結(jié)果展示

估算完成后，估算結(jié)果可通過(guò)餅狀圖、時(shí)間序列圖、數(shù)據(jù)表和專(zhuān)題圖四種形式進(jìn)行展示。其中，排放清單數(shù)據(jù)表可展示每個(gè)計(jì)算網(wǎng)格的非點(diǎn)源水污染負(fù)荷情況估算結(jié)果，用戶(hù)可將網(wǎng)格重組為自己所需的大小，進(jìn)而服務(wù)于其他相關(guān)非點(diǎn)源模型模擬中。餅狀圖、時(shí)間序列圖和專(zhuān)題圖更為直觀地展示研究區(qū)非點(diǎn)源水污染排放清單的時(shí)間和空間分布差異及不同類(lèi)型（農(nóng)業(yè)、畜禽養(yǎng)殖、農(nóng)村生活）非點(diǎn)源水污染排放清單的貢獻(xiàn)情況。

當(dāng)研究區(qū)完成非點(diǎn)源水污染排放清單年負(fù)荷估算工作后，在分水期排放清單子系統(tǒng)中，用戶(hù)可通過(guò)輸入研究區(qū)徑流信息完成分水期排放清單的分配。

表4 對(duì)嫩江流域2011—2014 年排放清單部分結(jié)果進(jìn)行了展示。

表4 嫩江流域2011—2014年排放清單部分結(jié)果展示

4 結(jié)論

流域非點(diǎn)源水污染排放清單估算平臺(tái)重點(diǎn)研發(fā)出非點(diǎn)源水污染年內(nèi)負(fù)荷估算子系統(tǒng)和分水期負(fù)荷估算子系統(tǒng)，通過(guò)改進(jìn)的輸出系數(shù)法和SWAT 模型模擬方法，實(shí)現(xiàn)了對(duì)流域內(nèi)不同尺度非點(diǎn)源水污染的負(fù)荷量和排放量的估算，實(shí)現(xiàn)了對(duì)流域非點(diǎn)源水污染的定量分析和時(shí)空可視化展示，為流域非點(diǎn)源水污染治理、水資源管理提供有力支持，在當(dāng)前全面推行“河長(zhǎng)制”管理模式和流域精細(xì)化水環(huán)境管理要求下，估算系統(tǒng)將成為水環(huán)境管理人員摸清非點(diǎn)源水污染情況，有效制定非點(diǎn)源水污染防治策略的重要支撐工具。