《南方流域農(nóng)業(yè)面源污染控制政策仿真》是北京大學(xué)欒勝基教授主編的《中國農(nóng)村環(huán)境管理解困叢書》之一，具體的作者則是三位年輕的科研工作者，這本書是年輕人們的一次大膽的創(chuàng)新。
在當(dāng)下的世界，創(chuàng)新被提到了前所未有的高度，因而不管該書的內(nèi)容如何，至少我們的年輕科研工作者敢于創(chuàng)新、勇于創(chuàng)新的精神是值得提倡和宣揚(yáng)的。
書做出來了總是需要接受檢閱的，該書的作者提出：
一是，本書進(jìn)一步完善作者開發(fā)的多主體農(nóng)戶和農(nóng)村環(huán)境管理模型(MAREM)，在提出從模擬農(nóng)戶行為對政策的響應(yīng)入手分析我國農(nóng)業(yè)面源污染控制策略的新視角后,將MAREM模型與經(jīng)典的環(huán)境學(xué)模型相組合，用以分析陸源-海源污染物產(chǎn)生和輸移情況。本書將有助于豐富多主體建模技術(shù)和計(jì)算實(shí)驗(yàn)方法在我國環(huán)境學(xué)界的結(jié)合應(yīng)用，在復(fù)雜經(jīng)濟(jì)管理系統(tǒng)方法論研究方面也具備一定的理論和方法探索性。
二是，本書的研究結(jié)果能夠?yàn)槟戏搅饔蜣r(nóng)業(yè)面源污染嚴(yán)重地區(qū)的農(nóng)業(yè)環(huán)境治理經(jīng)濟(jì)型政策設(shè)計(jì)和創(chuàng)新提供思路和決策依據(jù)。
這些都需要讀者們的檢閱，當(dāng)然也正如欒教授所言：若本叢書多個(gè)方面的討論，能提供給讀者更多迸發(fā)思想火花的機(jī)會，那么其刊行會更有意義。
｜NO.1｜常見流域面源污染模型
(１) HSPF 模型
HSPF模型是綜合考慮了徑流、污染物傳輸、土壤流失、河道水力、泥沙傳輸、營養(yǎng)物質(zhì)間化學(xué)反應(yīng)的復(fù)雜面源污染模擬模型。它依靠氣象、水文數(shù)據(jù)支持，被大量應(yīng)用于模擬人為因素影響下的自然水系統(tǒng)的水情和水質(zhì)，并隨著基礎(chǔ)數(shù)據(jù)數(shù)量加大及精度提高而達(dá)到更佳模擬效果。HSPF模型的水文模塊采用了Standford水文模型,涉及十多個(gè)水文過程。HSPF模型的侵蝕模塊考慮了徑流沖刷侵蝕、雨滴濺蝕和沉積作用。HSPF模型的污染物遷移模塊考慮了氮、磷和農(nóng)藥等污染物的復(fù)雜的遷移轉(zhuǎn)化，并模擬了污染物進(jìn)入河道后的轉(zhuǎn)化過程。
(２)ANSWERS模型
ANSWERS模型是基于降水事件的機(jī)理性的分布式參數(shù)模型，主要用于模擬小流域尺度的暴雨事件下表面徑流量、土壤侵蝕量和污染物流失量。模型采用網(wǎng)格法，將模擬區(qū)域劃分為若干均勻方格，并假定各地貌單元的土壤、氣候和植被等屬性相同，對各地貌單元考慮了滲透、地表徑流、地表水、土壤侵蝕、壤中流、泥沙輸運(yùn)和泥沙沉積等過程。
(３) CREAMS模型
CREAMS模型基于機(jī)理模型和經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ停軌蚰M農(nóng)田小區(qū)尺度的水文過程、侵蝕過程和污染物遷移過程,用于分析多種農(nóng)業(yè)管理措施下的土壤侵蝕和水質(zhì)狀況。
(４)GLEAMS模型
GLEAMS模型是模擬農(nóng)田小區(qū)尺度的長期連續(xù)降雨事件的集中參數(shù)模型，主要用于模擬農(nóng)業(yè)活動對地下水的氮、磷和農(nóng)藥污染。它主要由水文子模塊、侵蝕子模塊、營養(yǎng)鹽子模塊和農(nóng)藥子模塊等四部分組成。
(５) AGNPS模型
AGNPS模型是基于單次暴雨事件的流域尺度的分布式參數(shù)模型，主要用于水土流失研究和農(nóng)業(yè)面源污染研究。該模型以網(wǎng)格為基本運(yùn)行單元， 能夠模擬一場降雨過后流域內(nèi)各個(gè)單元的徑流、侵蝕和污染物遷移等過程，然后輸出單個(gè)基本單元或者整個(gè)流域的結(jié)果。
(６) SWAT模型
SWAT模型是基于長期連續(xù)事件的流域尺度的集中參數(shù)模型，適用于包含各種土壤類型、土地利用和農(nóng)業(yè)管理制度的較大和較復(fù)雜流域。該模型運(yùn)行效率較高，可以用于模擬預(yù)測不同農(nóng)業(yè)管理措施對不同土地利用方式、不同土壤類型和管理?xiàng)l件的流域的水文、泥沙和農(nóng)業(yè)污染物產(chǎn)生量的長期影響。
(７) BASINS模型
BASINS模型是由美國國家環(huán)境保護(hù)局開發(fā)的一個(gè)流域尺度的、多目標(biāo)的環(huán)境分析系統(tǒng)。它基于GIS技術(shù)，可以對不同空間尺度流域的點(diǎn)源和面源污染物進(jìn)行綜合分析，且能對不同污染控制管理措施的效果進(jìn)行評估。成為功能較為強(qiáng)大的系統(tǒng)決策工具。BASINS是一個(gè)基于GIS技術(shù)的整合式平臺系統(tǒng)，內(nèi)嵌了HSPF、SWAT、PLOAD、AGWA 等模型和WDMUtil、GenScn等輔助工具，通過BASINS系統(tǒng)，HSPF模型成功地捆綁于ArcView 中，從而為該模型所需的地形、地貌、土地利用/ 覆被、土壤、子流域等數(shù)據(jù)的自動生成和疊加處理提供了更加方便、精準(zhǔn)的手段，同時(shí)延長了數(shù)據(jù)處理、模擬預(yù)測的時(shí)間序列長度。
| NO.2 |模型集成的總體思路
本書的研究中涉及3個(gè)主要的模型技術(shù)，即MAREM 模型(多主體農(nóng)戶和農(nóng)村環(huán)境管理模型)、SD模型(系統(tǒng)動力學(xué)模型) 和NEWS模型(流域營養(yǎng)鹽輸出模型) 的集成。我們需要思考和解決幾個(gè)問題：
首先，MAREM模型和NEWS模型聯(lián)用的互補(bǔ)點(diǎn)在何處， 即這種聯(lián)用可以解決什么單模型應(yīng)用無法解決的問題?
其次，MAREM模型和NEWS 模型為什么采用SD 模型作為連接的橋梁，為什么要使用軟連接方式?
再次，采用軟連接方式時(shí)，各個(gè)模型哪些關(guān)鍵參數(shù)需要修正、轉(zhuǎn)換和傳遞?
MAREM-SD-NEWS模型聯(lián)用設(shè)計(jì)思路
| NO.3 |NEWS 模型的本地化修正
NEWS模型是基于全球流域大尺度提出的流域營養(yǎng)鹽輸出模型。因此，為使得模擬結(jié)果更能反映我國流域營養(yǎng)鹽污染的實(shí)際情況，本書對NEWS模型進(jìn)行簡單介紹，并對NEWS模型在珠江流域的適宜性進(jìn)行了全方位討論和修正，即對NEWS模型的本地化修正。本書通過農(nóng)村社會調(diào)查和野外水質(zhì)、土壤監(jiān)測，識別當(dāng)?shù)氐霓r(nóng)業(yè)污染特征，探討農(nóng)戶行為(包括生產(chǎn)和生活行為)與環(huán)境變化(主要是營養(yǎng)鹽) 之間的聯(lián)系。這將有利于把握研究區(qū)域內(nèi)的農(nóng)業(yè)污染現(xiàn)狀，為NEWS模型和MAREM模型構(gòu)建和模型驗(yàn)證提供數(shù)據(jù)支持；同時(shí)也為構(gòu)建分析中國流域營養(yǎng)鹽輸出機(jī)制與管理策略的整合模擬評價(jià)體系提供理論和數(shù)據(jù)支持。
調(diào)研與采樣
| NO.4 |基于MAREM-SD 聯(lián)用的珠江流域農(nóng)業(yè)面源污染政策仿真
針對日益嚴(yán)重的流域營養(yǎng)鹽污染，以及對其影響最為深遠(yuǎn)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)，本書以珠江流域?yàn)槔捎孟到y(tǒng)動力學(xué)模型，根據(jù)流域營養(yǎng)鹽污染特征和系統(tǒng)內(nèi)部關(guān)系， 以農(nóng)業(yè)生產(chǎn)污染為核心，構(gòu)建流域營養(yǎng)鹽污染SD 仿真系統(tǒng)，并結(jié)合區(qū)域數(shù)據(jù)，確定模型運(yùn)行參數(shù)，模擬2000~2020年珠江流域的經(jīng)濟(jì)發(fā)展趨勢及營養(yǎng)鹽污染變化趨勢，分析流域營養(yǎng)鹽污染特征和影響因素。然后從農(nóng)戶個(gè)體行為角度出發(fā)，聯(lián)用MAREM模型和流域營養(yǎng)鹽污染SD仿真系統(tǒng)進(jìn)行流域營養(yǎng)鹽污染控制政策情景分析。首先根據(jù)區(qū)域數(shù)據(jù)修正MAREM模型參數(shù)。設(shè)計(jì)和模擬20種農(nóng)業(yè)稅收組合型政策方案的農(nóng)戶自適應(yīng)決策過程，從中篩選25％ 化肥稅稅率＋25％農(nóng)藥稅稅率(情景一)、50％ 化肥稅稅率＋25％ 農(nóng)藥稅稅率(情景二) 和75％化肥稅稅率＋25％農(nóng)藥稅稅率(情景三) 三組政策作為營養(yǎng)鹽污染控制政策情景方案。即通過把相應(yīng)方案的農(nóng)戶自適應(yīng)調(diào)整生產(chǎn)決策結(jié)果輸入流域營養(yǎng)鹽污染SD仿真系統(tǒng)中，進(jìn)一步模擬2012年后流域營養(yǎng)鹽污染的控制情況，最終評估不同農(nóng)業(yè)政策的污染控制效果。
| NO.5 |基于MAREM-NEWS耦合的北江流域農(nóng)業(yè)面源污染政策仿真
本書采用本地化的NEWS模型模擬北江流域營養(yǎng)鹽輸出。在此基礎(chǔ)上，耦合MAREM模型和NEWS模型，分析了不同政策情景下流域營養(yǎng)鹽輸出的變化。其中，MAREM模型用于模擬分析以農(nóng)戶為實(shí)施對象的某種政策情景下農(nóng)戶的生產(chǎn)行為，而NEWS模型用于量化在相應(yīng)的政策情景和農(nóng)戶生產(chǎn)行為下流域的營養(yǎng)鹽輸出量。
本研究中，本地化的NEWS模型將畜禽養(yǎng)殖源細(xì)分為糞肥施用(點(diǎn)源) 和集中污水排放(面源)。根據(jù)收支法的思路，NEWS模型假設(shè)存在一個(gè)虛擬的匯，用于表示隨作物產(chǎn)品和作物秸稈等離開陸地表面的氮和磷。本地化的NEWS模型增加了匯的內(nèi)容，將畜禽糞肥管理系統(tǒng)和農(nóng)田中因氨氣、氮?dú)夂鸵谎趸欧哦M(jìn)入大氣的氮素視為匯。
| NO.6 |展 望
本書模型集成的總體思路中，提出要建立利用SD 模型作為橋梁的軟連接模型組,即實(shí)現(xiàn)MAREM-SD-NEWS的模型集成，但事實(shí)上在本書的珠江和北江案例中，目前只實(shí)現(xiàn)了MAREM-SD和MAREM-NEWS的集成，受時(shí)間所限(可以看到本書研究跨度較長，所以案例章節(jié)中各個(gè)章節(jié)的研究區(qū)域數(shù)據(jù)收集的時(shí)間序列數(shù)據(jù)的時(shí)間段并不完全吻合)，尚未測試3組模型連續(xù)集成的案例。在下一步的研究中，考慮在可能的條件下，采用論文的形式發(fā)布3類不同模型集成應(yīng)用的研究報(bào)道。同時(shí)，在本書的案例中，對農(nóng)業(yè)面源污染控制政策僅選用了稅收政策，受時(shí)間所限，并未計(jì)算補(bǔ)貼政策或者其他可能的經(jīng)濟(jì)型控制政策，這也是下一步研究中可以增加考慮的因素。
另一個(gè)研究方向是在模型的連接中，由于MAREM模型是針對虛擬的人工村落的理論模型，而其他大多數(shù)模型都是針對現(xiàn)實(shí)世界的應(yīng)用模型，這兩者在對接上的尺度和參數(shù)不匹配很大程度上源于MAREM模型的“過于微觀化”，盡管這種微觀化對于多主體模型來說很常見且對于理論研究已經(jīng)足夠使用。作者也曾考慮設(shè)計(jì)一個(gè)看起來更類似現(xiàn)實(shí)世界，包含多個(gè)村落和城鎮(zhèn)的多主體模型，暫且將其稱為E-MAREM模型,即一個(gè)擴(kuò)展的MAREM模型。
中國鄉(xiāng)村發(fā)現(xiàn)網(wǎng)轉(zhuǎn)自：交叉科學(xué)在線 微信公眾號
(掃一掃，更多精彩內(nèi)容！)
