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随着湘江流域点源污染得到有效的控制,非点源污染逐渐成为湘江流域水环境污染的主要原因。由于非点源污染具有随机性、广泛性、模糊性等特征,无法定点监测,运用模型对非点源污染负荷进行定量估算是目前研究非点源污染的主要方法之一。为摸清湘江流域重金属污染负荷,本研究通过改进经典的Johnes输出系数模型,构建了改进的输出系数模型,并以湘潭锰矿区作为模型验证区,应用改进的输出系数模型估算湘江流域长株潭地区非点源Pb、Cd、As污染负荷,并对其进行不确定性分析。本研究获得成果如下:(1)考虑降雨和地形的影响因素,在经典的Johnes输出系数模型中引入了降雨影响因子和地形影响因子,构建了改进的输出系数模型。(2)以湘江流域湘潭锰矿区作为模型的验证区,利用改进的输出系数模型分别计算湘潭锰矿区2008年、2013年非点源Pb污染负荷,并与监测值进行对比,以相对误差大小(Re)来验证模型的适用性。结果显示:2008年、2013年相对误差分别从36%降到19%、从39%降到16%;平均相对误差从37.5%降到17.5%。由此可知,改进的输出系数模型提高了模拟精度,说明其对于湘江流域重金属非点源污染负荷量化的研究具有适用性。(3)应用改进的输出系数模型估算了湘江流域长株潭地区10个子流域上耕地、其他农用地、工矿用地、城市用地等4种土地利用类型的非点源Pb、Cd、As污染负荷。估算结果显示:4种土地利用类型的污染负荷输出强弱顺序为:城市用地>工矿用地>其他农用地>耕地,确定了城市用地和工矿用地是重金属非点源污染负荷输出的关键区;非点源Pb、Cd、As污染负荷总量分别为16439.10 kg/a、1118.56 kg/a、2616.59 kg/a。(4)对湘江流域长株潭地区非点源Pb、Cd、As污染负荷估算结果的不确定性进行定量分析。结果显示:超过50%的概率下,湘江流域长株潭地区非点源Pb、Cd、As污染负荷总量分别处于15000-20000 kg/a、1100-1500 kg/a、2000-3000 kg/a之间;但在极端情况下Pb会低于10000 kg/a或高于30000 kg/a,Cd会低于800 kg/a或高于2000 kg/a,As会低于1500 kg/a或高于4000 kg/a。