最佳流域管理措施空间配置

一方面要考虑BMPs的生态环境效益，另一方面要考虑农业经济效益，因此流域管理决策者需要对这些措施进行空间配置优化。

最佳管理措施空间配置优化是基于专家经验或者利用优化算法而得出的方案，并通过流域模型和经济模型评价其环境和经济效益，最后选择效益最优的方案，这也是当前农业非点源污染和水环境保护研究的前沿和热点。

BMPs实施过程中，一方面，为达到非点源污染控制的环境目标(如N、P 负荷削减30%)，需要投入一定的建设费、管理费等经济成本；另一方面，相同经济成本但不同空间配置的方案具有不同的环境效益。因此，在实施前有必要对这些方案的效益进行定量评价，以选择效益最高(经济成本最小、污染负荷削减最大)的方案(Merrimanet al, 2009)。

随着人口增长和工农业发展，水环境恶化已成为许多国家和地区发展的瓶颈，其中由农业活动引起的非点源污染是流域水环境恶化难以得到有效遏制的重要原因(Chen et al, 2008)。近年来，在利用最佳管理措施对非点源污染进行治理方面，一些欧美国家和地区开展了许多深入的研究。例如美国的CEAP(Conservation Effect Assessment Project)项目(Gitau et al, 2010)、加拿大的WEBs(Watershed Evaluationof Beneficial Management Practices)项目(刘永波等, 2012)，以及欧盟的AgriBMPWater(SystemsApproach to Environmentally Acceptable Farming)项目(Turpin et al, 2005)。这些项目的开展，一方面促进了BMPs在这些国家和地区的广泛应用；另一方面，经过多年的研究，一些学者提出了BMPs在流域管理决策的新技术和新方法。

BMPs 分为两类：工程措施和非工程措施(管理措施)。

工程措施主要指用于减污、减沙、洪水排控等具有一定物理结构的措施，如沉沙池、过滤带，湿地缓冲区，植物篱等；

非工程措施是一些新管理措施的操作程序或现有管理措施的改进，如耕作管理、养分管理、景观管理等。

BMPs 效益评价包括两个方面：环境效益评价和经济效益评价。环境效益评价主要有定点观测和模型模拟两种方法。定点观测通过观测比较实施治理措施和未实施治理措施时的流域产出(泥沙、氮、磷等污染负荷)来评价措施有效性，但这种方法耗时长，资金、人力、技术投入大，在流域尺度的应用尤其困难(Srivastava et al, 2003)。利用模型模拟方法，在模型参数率定和验证的基础上，分别对未实施BMPs和实施BMPs的两种情景进行对照模拟，根据模拟结果评价措施的有效性；减污率越高，环境效益越好。这种方法耗时短，适合于流域尺度的应用，具有灵活性和预测性。因此，采用模型模拟方法对BMPs进行评价，是当前农业最佳管理措施和非点源污染控制研究中广泛采用的方法(Nendel, 2009)。BMPs经济效益评价包括BMPs成本(如建设费、维护费等)和农户实施BMPs 后收益变化(经济收入的增加或减少)两方面。但由于农户收入经济数据难以获取，一般只考虑BMPs成本的计算，成本越小，则经济效益越高。

BMPs的环境效益评价和经济效益评价分别涉及流域模型和经济模型。

流域模型是对流域水文、生态、侵蚀、养分循环等过程的数学表达。根据其建立的途径和所模拟的过程，通常可分为经验模型(empirical model)和物理模型(physically-based model) 或过程模型(process-based model)等。经验模型是在农业非点源污染研究中依据因果分析和统计分析方法建模，以此构建污染负荷与流域土地利用或径流量之间的统计关系，因而这类模型对数据的要求比较低，实用性较好，但由于其难以描述污染物迁移的路径和转化机理，致使模型的进一步应用受到了较大的限制。过程模型以降雨、蒸发、入渗、产汇流等水文过程为基础，以水为载体描述污染物的输移，同时模拟植被生长、土壤侵蚀、养分循环等过程。虽然过程模型能够较好的描述污染物迁移、转化过程，但是，由于过程模型在建模时需要的输入数据种类更多(如降水、气温、蒸发、地形、土壤、土地利用、农业管理等数据)，对时间、空间分辨率要求更精细，参数的设置也需要一定的专业背景，因而它的广泛应用也受到了限制。

从反映水流运动空间变化的能力而言，流域水文模型又分为集总式模型(lumped model)、半分布式模型(semi-distributed model)和全分布式模型(fullydistributed model)。集总式模型认为流域表面上各点的水力特征是均匀分布的，对流域表面任何一点上的降雨，其产流、下渗、渗漏等纵向水流运动是相同和平行的，不和周围的水流运动发生任何联系，因此整个流域被当做一个单元体，没有考虑水流在单元体内的横向水流运动。全分布式模型认为流域表面单元上各点的水力学特征是非均匀分布的，水流在流域表面上分布是非均一的，应将流域划分为很多个小单元，考虑水流在每个小单元体内的纵向运动时，也应考虑各个小单元之间水量的横向交换。半分布式模型介于集总式模型和全分布式模型之间，典型代表有TOPMODEL(Beven etal, 1979)、SWAT(Hormann et al, 2009)等模型。 2100433B