随着人口总量持续增长,工业化、城镇化快速推进,农村环境污染加剧、生态功能退化,环境日趋脆弱,其中水污染问题尤其突出。国家颁布的―十二五规划‖将化学需氧量和氨氮减排量纳为改善整体水环境的约束性指标,但是在一些重点流域中,某些河段或整个水系却面临着更加严重的总氮、总磷水质超标问题,因此总氮和总磷污染将严重阻碍我国重点流域水环境质量提升的进程。本研究以小清河流域作为研究区域,结合不同时期对小清河的野外监测数据,在识别流域不同形态氮磷浓度的时空分布特征的基础上,利用空间分析和多元统计方法分析流域不同土地利用方式对氮磷输出的影响。进一步构建符合清河流域的实际情况的SWAT模型,模拟小清河流域的水文循环、泥沙运移和营养盐迁移转化机制,进一步分析不同污染源的氮磷输出对河流水质影响,设置不同的削减情景,最终确定能满足水功能区用水要求的总量控制方案。主要研究结论如下:(1)整个流域氮污染严重,其中总氮(TN)超标率达到100%。氨氮(NH4-N)、磷酸盐(PO4-P)浓度汛期显著高于非汛期,硝态氮(NO3-N)浓度则非汛期显著高于汛期。TN、TP、NH4-N、PO4-P、TDP的浓度与集水区城市和工业建设用地的面积比例呈显著正相关;NO3-N浓度与耕地面积比例呈显著正相关,与草地、林地面积比例呈显著负相关。空间上,不同子流域的氮磷分布特征被划分为3类:第1类和第2类主要集中在干流及北部平原区沿途接纳点源排放,氮磷浓度总体较高且空间差异较大;第3类流域主要位于南部山区,建设用地比例较小,污染程度相对较低。(2)小清河流域内人为排放的氮磷总量中非点源污染所占比重较大,其中贡献率最大的是化肥施用和畜禽养殖。化肥施用量在空间上具有一定的差异性,如位于章丘市和寿光市的子流域氮肥施用密度为250~330 kg/ha,高于整个流域的平均施肥密度,且高于发达国家对化肥施用的安全上限临界值225 kg/ha。流域内畜禽养殖废物中氮磷的年均排放密度也存在空间差异性,其中章丘市年均排放密度高达309~351 kg/ha,高于整个流域的平均排放密度。(3)小清河流域内不同污染源对污染入河总量具有不同贡献率。总氮污染中化肥流失和畜禽养殖污染的贡献比例最大,分别占了总氮输出量的33%、29%;工业和城镇污水源比重最大,分别为20%、17%;农村居民生活源对氮磷污染的贡献比重均较小。由此得知,小清河流域内总氮污染主要受到较大程度的非点源影响。小清河不同河段的达标情况存在一定空间差异性,而整个水体普遍存在氮超标的水质问题,而磷的达标情况相对较好。(4)基于SWAT模型的模拟结果,针对点源和非点源污染,设置了两种削减情景。每种情景对小清河水质都起到一定的改善作用,但是总氮最终仍无法达到水质功能区的要求,而其中控制点源废水中磷排放标准的情景相比于控制非点源的削减情景效果更好。根据不同情景的不同削减效果,同时从点源和非点源两个方面进行定量控制,最终实现对小清河流域的总量控制,达到小清河水功能区对水质的要求。