一、基本原理
针对平原河网地区河网交错、水流往复、地势平坦等复杂特征，以及流域面源模型污染存在的机理不明、通量贡献不清、参数确定困难、计算精度偏低等问题，借鉴HSPF模型及开源模型代码，提出一种多尺度、分层次的平原河网区流域划分方法，研发适用于平原河网区的流域负荷估算方法，采用汇水单元对流域面源污染过程进行模拟。针对平原河网区受纳水体往复流特点，建立环状河网水动力水质模型，耦合平原河网区的流域污染负荷模型，形成水文-水动力-水质耦合的大尺度流域面源污染模型，模拟平原河网区往复流与闸坝调控影响下的面源污染过程；揭示面源污染物迁移转化规律，核算流域面源污染负荷，厘清污染负荷与关键影响因子之间的关系，定量评估面源污染对面源通量的贡献；识别影响水体受损的主要污染源及其空间分布特征，并与关键源区和溯源技术交互验证，构建平原河网区往复流过程模拟与污染负荷核算关键技术。
二、工艺流程
1、数据调查及污染情况分析
针对平原河网区下垫面复合非点源污染产生、迁移、汇集规律，分析气候、地形地貌、水文水动力、下垫面等因素，识别研究区污染类型及时空分布特征。
2、流域划分及汇水单元关联分析
建立多尺度、分层次的平原河网地区流域划分方法，叠加流域自动划分图、网格河流近邻分析图、道路和圩堤图、土地利用近邻分析图、建成区流域划分图、闸泵分布图等进行流域划分，形成汇水单元，并建立空间拓扑关系及汇水单元关联关系。
3、水文-水动力-水质耦合模型构建
建立适用于平原河网区的流域污染负荷估算模型及一维水动力水质模型，研究模型架构和数据格式转换方法，形成水文-水动力-水质耦合的大尺度流域面源污染模型。
4、往复流过程模拟及面源污染负荷核算
模拟平原河网区往复流与闸坝调控影响下的面源污染过程，分析污染物迁移转化规律，量化不同土地利用类型污染负荷，解析面源污染时空分布规律，评估各类污染源对不同污染物的贡献率。
图1 技术研发路线图
三、技术创新点及主要技术经济指标
1、技术创新点
（1）多尺度、分层次的平原河网区流域划分技术
充分结合天然降雨径流过程、城市化和水利工程等人为调节过程以及污染物迁移过程，提出了一种多尺度、分层次的平原河网区流域划分方法，采用汇水单元对流域面源污染过程进行模拟。多尺度是指利用多种分辨率的空间数据生成流域划分参考图层，主要包括：基础数据图、建成区流域划分图、土地利用近邻分析图和单元格级网格河流近邻分析图；分层次是指考虑地形和基础设施（水系、圩堤、道路、闸泵）等多种因素对流域的影响。处理基础数据后叠加流域自动划分图、网格河流近邻分析图、道路和圩堤图、土地利用近邻分析图、建成区流域划分图、闸泵分布图等至GIS软件中进行流域划分。基于流域划分结果和土地利用数据，建立水系河段、流域河段、土地河段、土地流域空间拓扑关系。
图2 流域划分技术示意图
（2）平原河网流域水文-水动力-水质耦合模拟技术
以流域天然水循环过程、水动力过程、污染物迁移过程的耦合作用为主线，以水文要素和水环境要素科学刻画为抓手，并充分考虑水文和水环境要素的空间分异特性，突破了平原河网地区河网交错、水流往复、地势平坦等复杂特征下流域汇水单元污染负荷-受纳水体单元水动力水质模型的耦合集成技术。通过构建高度复杂的耦合模型系统实现闸坝调控下往复流水动力过程的高精度模拟，攻克了面源污染在往复流中“多路径、非线性扩散”的模拟难题。量化不同土地利用类型污染负荷，解析面源污染时空分布规律，评估各类污染源对不同污染物的贡献率，并识别关键污染源，同时与溯源技术交互验证，提升污染热点区识别可信度。
图3 两湖新区及丹金溧漕河流域污染物负荷空间分布图
2、主要技术经济指标
针对我国流域面源污染日益突出，重要水质断面氮磷季节性反弹等问题，选择长江流域平原河网区（常州市）开展典型流域面源污染核算技术研发，实现平原河网区面源污染负荷核算精度提升5%以上，成果技术就绪度由TRL2级提升到TRL7级。对于推进长江流域面源污染综合治理水平提升具有重要的科学意义，成果有望在长江流域典型区域和全国其它同类地区大范围推广，为我国流域面源污染控制与管理提供科学依据和全面的技术支撑。同时，将大幅削减入河污染负荷，有效改善区域水体、土壤、空气环境质量，提升城乡整体生态环境，极大提升人居环境，促进人与自然和谐共生，提高乡镇居民生活质量，将有利于长江黄河流域绿色生产、低碳 减排、生态宜居、乡村文明等目标。该项技术的实施满足生态环境保护、乡村振兴等国家战略和政策，具有较高的社会价值。
四、技术来源及知识产权概况
4.1 专利
（1）自主研发，一种河流水污染治理系统，实用新型专利，ZL202321428860.6；
4.2 论文
（1）Hu, H.; Wang, J.; Zhou, G.; Tong, S.; Wang, W.; Hu, T. Understanding the Water Quality Changes of the Typical Plain River Network Area Using Comprehensive Assessment Methods. Sustainability 2024, 16, 8766.
（2）马仕先,周刚,童思陈等.基于HSPF模型的平原河网地区流域划分方法[J/OL].人民长江:1-9.
4.3 模型
平原河网区大尺度流域面源污染模型1套；
4.4 著作
周刚,呼婷婷,雷坤等.水质分析模拟程序WASP模型原理及用户手册[M].北京:海洋出版社, ISBN 978-7-5210-1301-6.
