非点源污染控制措施不确定性及空间配置模式研究

Nonpoint source pollution is one of the prominent problems in many watersheds across China. Watershed-scale nonpoint source pollution control is the focus of the water environment research. This study focuses on a variety of nonpoint source pollution control technologies, multi-scale coupling measures, and quantification their uncertainty sources. A typical watershed in the Three Gorges Reservoir Region was selected in the research. In this study, the specific content includes: coupling field sampling, Geographic Information Systems and simulation modeling to reveal the characteristics of nonpoint source pollution from sub-watershed scale to watershed scale, and to identify its spatial and temporal distributions and influencing factors; integrating uncertainty analysis techniques and joint distribution function to quantify the effect of rainfall-runoff, structural parameters and combinations of measures, and to propose a uncertainty-based water environmental risk assessment approach; integrating spatial Markov process and intelligent algorithms to construct a Risk Assessment Model and to form a spatial optimization model. The research results will improve the theory and the techniques of Nonpoint source pollution study, and also provide technical support and decision-making for water environmental protection in the Three Gorges Reservoir.

非点源污染是我国目前面临的突出环境问题，非点源污染控制已成为流域水环境研究关注的焦点和待解决的难题。本项目以三峡库区典型流域为研究区域，重点探讨考虑多尺度措施耦合、同时量化多种不确定性来源的非点源污染控制技术。具体内容包括：耦合野外采样分析、地理信息系统和模型模拟等技术手段，揭示“亚流域-流域”尺度上的非点源污染输出特征，探明其时空分布特征及影响因素；综合不确定性分析、联合分布函数等方法，系统探讨降雨径流、措施结构参数和组合方式对措施效果的影响，量化单个措施和措施组合的效果不确定性，提出考虑措施不确定性的水环境风险表征方法；结合空间马尔科夫过程、智能算法等技术，构建措施-水环境风险评估模型，最终形成措施空间优化配置模式。研究成果将补充完善非点源污染研究的相关理论和技术方法，同时相关成果也可为三峡库区水环境保护提供技术支撑和决策参考。

研究工作围绕“非点源污染控制措施效果不确定性和空间配置方法”这一关键科学问题，立足于水文学、环境科学和系统工程学的交叉研究思路，开展了三峡库区非点源污染评价模型、非点源污染控制措施效果不确定性、考虑不确定性的措施空间配置方法等研究工作，为开展流域水污染控制研究提供了方法和模式支撑。取得的主要学术成绩可概括为：构建了一套少资料地区的非点源污染评价模型，提出了一种不确定性情景下的模型率定方法；以土壤数据为突破，系统开展了非点源污染模拟及控制措施效果的不确定性研究；建立了一种考虑不确定性的流域非点源污染控制措施空间优化配置方法。研究成果补充完善了非点源污染研究的理论和技术方法，同时相关成果也为三峡库区水环境保护提供了技术支撑和决策参考。在本项目支持下，在国内外权威杂志上公开发表研究论文16篇，其中SCI检索论文12篇（含5篇TOP级期刊论文），中文核心论文4篇；培养硕士研究生2名。项目完成人的H指数由项目开始时的5增加到12，SCI论文引用由100余次增加到450次，非点源污染领域发表论文国际排名第6位。在本项目资助下，项目完成人受邀成为1个SCI期刊的编委和2个SCI期刊的特刊副主编，于2015年10月破格晋升北京师范大学副教授，并于2017年获得国家自然科学基金面上课题。