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非点源污染已被公认为地表水体的首要污染源。然而,非点源污染并非仅局限于地表水体。受污染的地下水以基流形式对地表水的反补,同样可能成为地表水体一个潜在的、隐蔽的和重要的非点源污染源。鉴于目前无法对大尺度流域的基流进行长时间序列的直接测定,使得如何更加可靠和准确地定量分割河川径流中的基流及其污染物负荷,成为当前水文学和水环境研究中亟待解决的一个难点。本研究改进了现有的非线性水库-出流算法(Nonlinear Reservoir Algorithm, NRA),探索了气象因子与基流负荷消退之间的关系,利用基流负荷消退系数,创建了基流非点源污染负荷量的定量分割模型—递归溯源算法(Recursive Tracing Source Algorithm,RTSA),进而对长乐江流域基流与地表径流的非点源污染进行定量分析和评价。在此基础上,结合统计降尺度模型(Statistical Down Scaling Model,SDSM)和流域水文过程机理模型(Soil and Water Assessment Tool, SWAT),对未来气候变化条件下,长乐江流域基流非点源污染的动态变化进行了模拟和预测,为今后非点源污染治理提供参考,主要结果如下:(1)对比已有的基于线性水库出流假设的递归滤波(Eckhardt’s recursive digital filter和Kalinin)模型,本研究提出的耦合气象因子的非线性水库出流算法(Meteorology Corrected Nonlinear Reservoir Algorithm, MNRA)对各类降雨事件具有更高的敏感性,同时能够更好地逼近实际的基流消退过程[Nash-Sutcliffe efficiency (NE= 0.98],有效减少基流分割定量过程中因不同退水条件(如气候)下不同退水过程之间显著变异性所引起的不确定性。根据MNRA的分割结果,2003-2012年长乐江流域年基流量(188-619 mm)占年总径流量(284-944 mm)的比例高达 57.5-74.1% (avg.= 65.1%)。(2)本研究在提出基流负荷消退系数(τ,表征基流负荷量的消退)的基础上,结合非线性水库出流算法构建得到了基流负荷量分割算法—递归溯源算法(Recursive Tracing Source Algorithm, RTSA),实现了基流非点源污染负荷量的直接分割与定量。结果显示,综合考虑了气象因子对基流流量及负荷量消退(包括污染物浓度的变化)过程影响的RTSA模型能够较LOADEST模型更加准确地定量长乐江流域基流中TN、NO3-N、TP以及DP的污染负荷(NSE>0.7,R2>0.7),更好地表征基流负荷的消退过程,有效避免因不同基流负荷消退过程中流量-负荷量/浓度关系显著差异所引起的明显高估或者低估,可作为多雨地区基流非点源污染负荷定量的一个有效手段。(3)2003-2012年,长乐江流域各年径流/基流中TN、NO3-N、TP与DP负荷量与降雨量、年径流量呈现成出显著的正相关关系,枯水年与丰水年负荷量之间差异明显,年际变化十分显著:2003-2012年,长乐江流域多年平均总径流TN、N03-N、TP 与 DP 的负荷量分别为 24.67 kg/ha、18.31 kg/ha、1.05 kg/ha 和 0.60 kg/ha;基于RTSA的基流负荷定量结果表明,基流是长乐江流域非点源污染负荷输出的一个主要途径。2003-2012年,长乐江流域以基流形式输出的年均TN、N03-N、TP 与 DP 负荷量分别为 14.18 kg/ha、11.41 kg/ha、0.56 kg/ha 和 0.38 kg/ha,占总径流中相应污染物负荷量的比例分别高达57.48%、62.33%、53.55%和64.29%。然而,从基流浓度指数(BCI)来看(普遍低于1.0),目前长乐江流域基流对于总径流中以上几种污染物主要以稀释作用为主。(4) HadCM3海气耦合模式A2(描述了 一个很不均衡的世界,人口快速增长、经济发展缓慢、技术进步缓慢)、B2( 一个人口和经济增长速度处于中等水平的世界,强调经济、社会和环境可持续发展的局地解决方案)气候变化情景下,尽管年降雨量没有显著趋势变化;但由于降雨模式的改变,使得长乐江流域径流组成发生了一定的改变,具体表现为基流所占比重下降。A2、B2气候变化情景下,研究区总径流/基流中的TN、N03-N、TP与DP负荷及其浓度均表现出一定的上升趋势,但基流对以上几种污染物负荷量的贡献率较基准期有所下降。基流年均TN、NO3-N、TP与DP负荷量贡献率在A2情景下分别为50.36% (14.93 kg/ha)、55.01% (12.70 kg/ha)、37.63% (0.58 kg/ha)和 44.58% (0.42 kg/ha); B2 情景下则分别为 53.62% (15.29 kg/ha)、59.78% (13.31 kg/ha)、43.65% (0.64 kg/ha)和 47.05%(0.44 kg/ha)。(5)未来气候的持续变化将增强长乐江流域基流对总径流中TN和N03-N的富集效应;由于基流中TP和DP浓度的增加速率明显低于地表径流中TP和DP浓度的增加速率,使得长乐江流域未来气候变化条件下基流对总径流中TP和DP以稀释为主,但随着基流中TP和DP浓度的不断增加,由其带来的水体富营养化污染风险却与日俱增。换言之,如果不采取相应的治理/管理措施,基流非点源污染将持续成为长乐江流域地表水富营养化不可忽视的风险。