最佳流域管理措施BMP效益評價

BMPs 效益評價包括兩個方面：環(huán)境效益評價和經(jīng)濟效益評價。環(huán)境效益評價主要有定點觀測和模型模擬兩種方法。定點觀測通過觀測比較實施治理措施和未實施治理措施時的流域產(chǎn)出(泥沙、氮、磷等污染負荷)來評價措施有效性，但這種方法耗時長，資金、人力、技術(shù)投入大，在流域尺度的應用尤其困難(Srivastava et al, 2003)。利用模型模擬方法，在模型參數(shù)率定和驗證的基礎上，分別對未實施BMPs和實施BMPs的兩種情景進行對照模擬，根據(jù)模擬結(jié)果評價措施的有效性；減污率越高，環(huán)境效益越好。這種方法耗時短，適合于流域尺度的應用，具有靈活性和預測性。因此，采用模型模擬方法對BMPs進行評價，是當前農(nóng)業(yè)最佳管理措施和非點源污染控制研究中廣泛采用的方法(Nendel, 2009)。BMPs經(jīng)濟效益評價包括BMPs成本(如建設費、維護費等)和農(nóng)戶實施BMPs 后收益變化(經(jīng)濟收入的增加或減少)兩方面。但由于農(nóng)戶收入經(jīng)濟數(shù)據(jù)難以獲取，一般只考慮BMPs成本的計算，成本越小，則經(jīng)濟效益越高。

一方面要考慮BMPs的生態(tài)環(huán)境效益，另一方面要考慮農(nóng)業(yè)經(jīng)濟效益，因此流域管理決策者需要對這些措施進行空間配置優(yōu)化。

最佳管理措施空間配置優(yōu)化是基于專家經(jīng)驗或者利用優(yōu)化算法而得出的方案，并通過流域模型和經(jīng)濟模型評價其環(huán)境和經(jīng)濟效益，最后選擇效益最優(yōu)的方案，這也是當前農(nóng)業(yè)非點源污染和水環(huán)境保護研究的前沿和熱點。

BMPs實施過程中，一方面，為達到非點源污染控制的環(huán)境目標(如N、P 負荷削減30%)，需要投入一定的建設費、管理費等經(jīng)濟成本；另一方面，相同經(jīng)濟成本但不同空間配置的方案具有不同的環(huán)境效益。因此，在實施前有必要對這些方案的效益進行定量評價，以選擇效益最高(經(jīng)濟成本最小、污染負荷削減最大)的方案(Merrimanet al, 2009)。

隨著人口增長和工農(nóng)業(yè)發(fā)展，水環(huán)境惡化已成為許多國家和地區(qū)發(fā)展的瓶頸，其中由農(nóng)業(yè)活動引起的非點源污染是流域水環(huán)境惡化難以得到有效遏制的重要原因(Chen et al, 2008)。近年來，在利用最佳管理措施對非點源污染進行治理方面，一些歐美國家和地區(qū)開展了許多深入的研究。例如美國的CEAP(Conservation Effect Assessment Project)項目(Gitau et al, 2010)、加拿大的WEBs(Watershed Evaluationof Beneficial Management Practices)項目(劉永波等, 2012)，以及歐盟的AgriBMPWater(SystemsApproach to Environmentally Acceptable Farming)項目(Turpin et al, 2005)。這些項目的開展，一方面促進了BMPs在這些國家和地區(qū)的廣泛應用；另一方面，經(jīng)過多年的研究，一些學者提出了BMPs在流域管理決策的新技術(shù)和新方法。

BMPs 分為兩類：工程措施和非工程措施(管理措施)。

工程措施主要指用于減污、減沙、洪水排控等具有一定物理結(jié)構(gòu)的措施，如沉沙池、過濾帶，濕地緩沖區(qū)，植物籬等；

非工程措施是一些新管理措施的操作程序或現(xiàn)有管理措施的改進，如耕作管理、養(yǎng)分管理、景觀管理等。

BMPs的環(huán)境效益評價和經(jīng)濟效益評價分別涉及流域模型和經(jīng)濟模型。

流域模型是對流域水文、生態(tài)、侵蝕、養(yǎng)分循環(huán)等過程的數(shù)學表達。根據(jù)其建立的途徑和所模擬的過程，通?？煞譃榻?jīng)驗模型(empirical model)和物理模型(physically-based model) 或過程模型(process-based model)等。經(jīng)驗模型是在農(nóng)業(yè)非點源污染研究中依據(jù)因果分析和統(tǒng)計分析方法建模，以此構(gòu)建污染負荷與流域土地利用或徑流量之間的統(tǒng)計關(guān)系，因而這類模型對數(shù)據(jù)的要求比較低，實用性較好，但由于其難以描述污染物遷移的路徑和轉(zhuǎn)化機理，致使模型的進一步應用受到了較大的限制。過程模型以降雨、蒸發(fā)、入滲、產(chǎn)匯流等水文過程為基礎，以水為載體描述污染物的輸移，同時模擬植被生長、土壤侵蝕、養(yǎng)分循環(huán)等過程。雖然過程模型能夠較好的描述污染物遷移、轉(zhuǎn)化過程，但是，由于過程模型在建模時需要的輸入數(shù)據(jù)種類更多(如降水、氣溫、蒸發(fā)、地形、土壤、土地利用、農(nóng)業(yè)管理等數(shù)據(jù))，對時間、空間分辨率要求更精細，參數(shù)的設置也需要一定的專業(yè)背景，因而它的廣泛應用也受到了限制。

從反映水流運動空間變化的能力而言，流域水文模型又分為集總式模型(lumped model)、半分布式模型(semi-distributed model)和全分布式模型(fullydistributed model)。集總式模型認為流域表面上各點的水力特征是均勻分布的，對流域表面任何一點上的降雨，其產(chǎn)流、下滲、滲漏等縱向水流運動是相同和平行的，不和周圍的水流運動發(fā)生任何聯(lián)系，因此整個流域被當做一個單元體，沒有考慮水流在單元體內(nèi)的橫向水流運動。全分布式模型認為流域表面單元上各點的水力學特征是非均勻分布的，水流在流域表面上分布是非均一的，應將流域劃分為很多個小單元，考慮水流在每個小單元體內(nèi)的縱向運動時，也應考慮各個小單元之間水量的橫向交換。半分布式模型介于集總式模型和全分布式模型之間，典型代表有TOPMODEL(Beven etal, 1979)、SWAT(Hormann et al, 2009)等模型。 2100433B