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当前我国许多地区正处于快速城市化阶段，这些地区经济、人口快速增长，土地被大规模迅速开发利用，但水污染治理与城市垃圾管理却相对滞后，导致非点源问题严重；同时地区内各种土地利用交错，各子流域城市化水平及污染治理措施存在明显差异，导致非点源污染特征的空间分异；另外，快速城市化地区往往缺乏历史监测数据等水文资料，使得对这些地区的水文预测工作成为较大挑战，这些都给这些地区的水环境治理带来决策困难。如何从流域管理的角度，因地制宜地制定相应的污染治理与管理对策，促进整个流域的可持续发展，就有必要对资料缺乏的快速城市化地区的降雨径流污染物冲刷规律和空间差异进行研究，为非点源管理措施、政策制定、方案优化对比等提供理论支持和科学依据。
本文以深圳市宝安区石岩水库流域为例，构建流域GIS基础数据库，提取河网水系，划分子流域，在流域的每条入库河流都设立监测点，对流域旱季和雨季进行了同步水文水质监测；选择并改进水文模型和非点源污染模型，对降雨径流污染物冲刷过程进行了模拟，并采用GLUE方法对建立的模型进行了不确定性分析。在模拟结果和模型不确定性分析的基础上，采用次降雨平均浓度EMC、次降雨平均污染负荷EPL和初始冲刷效应FF50等评价指标以及相关分析等分析方法对降雨径流污染物冲刷规律及空间差异进行了探讨，具体来说，主要内容包括：
(1)从初始湿润度、蓄水系数增加率以及汇流模块三方面对IHACRES(Identification of unit Hydrographs And Component flows from Rainfall，Evapotraspiration and Streamflow data)水文模型进行改进，并使用改进了的水文模型对研究流域的次降雨径流过程进行了模拟；
(2)使用污染物累积冲刷模型对流域降雨过程污染物浓度变化过程进行了模拟，并对模拟结果进行了评价，提出了改进建议；结合改进了的IHACRES水文模型，在监测数据的基础上，对石岩水库各子流域不同降雨条件下不同污染物的冲刷过程分别进行了模拟；
(3)运用Monte Carlo采样方法和MATLAB编程，以石岩水库石岩河子流域为例，利用改进了的IHACRES水文模型，采用普适似然不确定性估计-GLUE方法建立了一个基于不确定性分析的模型建模框架，并利用该框架对水文模型的不确定性进行了分析和探讨；通过绘制参数取值和似然函数散点图，给出了IHACRES模型的参数优化取值区间，并计算了在不同的置信度条件下该模型对降雨径流过程预测的不确定区间和范围；
(4)采用EMC、EPL、FF50等评价指标对石岩水库流域的降雨径流污染物冲刷过程规律和空间分异特征进行了研究。运用SPSS软件对评价指标与土地利用特征（包括不透水地面百分比、透水地面百分比、居民住宅用地、工业用地、交通用地、农业用地、流域坡度等）进行相关分析，并分析了降雨径流污染物冲刷规律的空间分异原因。
通过对以上内容的研究，我们可以得出一些结论：
模型及模型的不确定性分析结果表明：1）改进了的IHACRES水文模型对各流域降雨径流过程模拟效果较好，模型校准的Nash-Sutcliffe(NS)系数一般大于0.65，验证的NS系数都大于0.53，可用来对资料缺乏区的降雨径流进行分析和预测；2）除MBS流域外，污染物冲刷模型率定时NS系数均大于0.45，但验证效果差（小于0.4），达不到精度要求。但采用不同套参数对流域进行污染物浓度拟合的效果较好，NS系数一般都在0.6以上，满足分析精度要求；3）模型的不确定性研究结果表明，流量预测的不确定性区间不能将所有实测值全部包络起来，这受到初始条件设置、观测数据、模型结构和参数等多方面的共同影响；利用建立的不确定分析框架能对模型的不确定性进行量化，该方法可以为环境管理措施提供科学决策依据。
对降雨径流污染物冲刷规律及空间差异的研究结果表明：1）有些污染物（如COD与BOD5、 TP与SS）之间具有伴随关系，说明可能来自于同种污染源（土地利用方式），大部分污染负荷在大雨时的初始冲刷强度普遍比小雨条件下要大，为了进行有效监测，应对大雨时的初始阶段给予更多的注意；2）小雨时，各污染物的空间差异特征（如EPL、EMC）具有相似性，大雨时则表现出一定的复杂性，小雨时降雨径流污染物主要来自于对不透水地面的冲刷，而大雨时部分污染物（如TP、SS）也来自于透水地面，在对大雨径流污染监测或管理时需对多种土地利用方式（如包括农业用地）进行考虑；3）小雨时降雨径流污染物主要受居民用地的影响，土地利用中居民用地是污染负荷的主要污染源，应对居民用地给予充分的重视。随着雨强的增加，污染物浓度不仅受居民用地影响，还受农业用地的影响；4）一般地，随着居民用地面积比例的增加，初始冲刷效应FF50也随之增加，说明居民用地对初始冲刷的影响最为显著，然而，初始冲刷不仅与居民用地百分比有关，还与其空间分布以及居民用地和河流的地形关系有关，特别地，在初期雨水截污设计时，不同土地利用所需截污的比例也有所不同，靠近河流的居民用地应该给予更大的截流率。