非点源污染的不确定性

1.2　非点源污染的不确定性

流域非点源污染一般是指由降雨引起的各种污染物从土壤圈向水圈的扩散。由于非点源污染涉及多个污染者，在给定的区域内它们的排放是相互交叉的，加之不同的地理、气象、水文条件对污染物的迁移转化影响很大，非点源污染发生随机、污染负荷在时空上的变化幅度很大，并且受土地利用、土壤特性、地形、植被以及气候、降雨径流等要素的空间不确定性影响大，因此与点源污染的集中性相反，非点源污染具有分散性的特征^{［41～43］}。它随流域内土地利用状况、地形地貌、水文特征、气候、天气等的不同而具有空间异质性和时间上的不均匀性和不确定性，表现为污染发生的随机性、机理过程的复杂性、排放途径及排放污染物的不确定性、污染负荷的时空差异性以及模拟监测与控制的困难性。

非点源污染的不确定性简单地说，就是不确定地点、不确定时间、不确定途径、不确定量^［44］。由于非点源污染信息不对称、随机性和高度不确定性的存在，大多数非点源污染具有分散性、隐蔽性、随机性、不易监测、难以量化等特征，使得对其研究和管制具有较大的难度，尤其是农业非点源污染涉及随机变量和随机影响。例如，农作物的生产会受到自然的影响（天气等），因为降雨量的大小和密度、温度、湿度的变化会直接影响化学制品（农药、化肥等）对水体的污染情况。

对于非点源污染来说，其不确定性可分为面源污染物产生（包括进入水域）的不确定性和概化模型的不确定性。从污染产生的途径考虑，非点源污染与区域的降水、土壤结构、农作物类型、气候、地质地貌等密切相关，非点源污染的不确定性多为自然的不确定性，主要有受概率控制的随机现象，如降雨的发生时间、地点、量级及时间和空间分布过程等，可以理解为自然现象或事件本来具有的不确定性；由于未完全掌握其机理^［45］，产生的对变化规律描述与分辨的不确定性，可以理解为以离散的、要素不全的和受时空尺度限制的手段所获取的资料数据来描述、模拟和研究复杂的非点源产生和迁移转化过程所引起的不确定性。

从非点源污染集总和分布式模型结构本身以及计算模拟过程来看，非点源的不确定性大致可来源于：（1）复合环境系统中各因素的随机性；（2）样本信息监测及数据采集的不确定性，包括数据缺失；（3）在建立模型和参数率定过程中，因素间相互作用关系考虑简单和忽略小尺度范围的时空变异性，从而影响模型结构和参数的不确定性。在实际中，引起非点源污染的因素是复杂多样的、不确定的，必然会引起较大的误差^{［46～48］}。总体看来，非点源污染预测模拟控制中的不确定性主要是模型结构和模型参数的不确定性，即模型自身固有的不确定性，主要产生于在模型中采用了一些不正确的假设来简化复杂的实际过程和因素间的关系，对物理量之间的相关关系和污染物实际运移过程掌握不清楚，模型应用区域与模型条件不统一。除此之外，由于自然条件的多变性、监测难度和现有数据的不足，使得样本信息缺乏代表性、缺乏经验和历史累积的数据，从而很大程度上也引起了模型参数的不确定性，造成污染模拟预测和分析的不确定性。

由上述可知，对于模型结构的不确定性，一般通过开发适合实际情况的模型来克服。与点源污染相比，非点源污染的研究与控制具有较大的难度，特别是其所体现的不确定性问题是非点源污染防治的关键之一，目前国内外针对非点源的不确定性研究是以模型参数的不确定性研究为主^{［25，49］}，研究方法也是以参数不确定性为研究对象。因此，通过非点源污染的不确定性研究，得出影响非点源污染的形成和负荷的重要因素，可以有针对性地进行非点源污染的预防和管理，为水污染防治提供科学的依据。