基本介紹
- 中文名：最佳管理措施/最佳流域管理措施
- 外文名：Best Management Practices(BMP)
- 定義：對流域水文、土壤侵蝕、生態及養分循環等自然過程產生有益於環境，以及保護流域水環境免受農業生產活動導致的污染的一系列措施
- 所屬領域：環境學
分類,實施,空間配置,BMP效益評價,評價模型,
分類
BMPs 分為兩類：工程措施和非工程措施(管理措施)。
工程措施主要指用於減污、減沙、洪水排控等具有一定物理結構的措施，如沉沙池、過濾帶，濕地緩衝區，植物籬等；
實施
BMPs實施過程中，一方面，為達到非點源污染控制的環境目標(如N、P 負荷削減30%)，需要投入一定的建設費、管理費等經濟成本；另一方面，相同經濟成本但不同空間配置的方案具有不同的環境效益。因此，在實施前有必要對這些方案的效益進行定量評價，以選擇效益最高(經濟成本最小、污染負荷削減最大)的方案(Merrimanet al, 2009)。
隨著人口增長和工農業發展，水環境惡化已成為許多國家和地區發展的瓶頸，其中由農業活動引起的非點源污染是流域水環境惡化難以得到有效遏制的重要原因(Chen et al, 2008)。近年來，在利用最佳管理措施對非點源污染進行治理方面，一些歐美國家和地區開展了許多深入的研究。例如美國的CEAP(Conservation Effect Assessment Project)項目(Gitau et al, 2010)、加拿大的WEBs(Watershed Evaluationof Beneficial Management Practices)項目(劉永波等, 2012)，以及歐盟的AgriBMPWater(SystemsApproach to Environmentally Acceptable Farming)項目(Turpin et al, 2005)。這些項目的開展，一方面促進了BMPs在這些國家和地區的廣泛套用；另一方面，經過多年的研究，一些學者提出了BMPs在流域管理決策的新技術和新方法。
空間配置
一方面要考慮BMPs的生態環境效益，另一方面要考慮農業經濟效益，因此流域管理決策者需要對這些措施進行空間配置最佳化。
最佳管理措施空間配置最佳化是基於專家經驗或者利用最佳化算法而得出的方案，並通過流域模型和經濟模型評價其環境和經濟效益，最後選擇效益最優的方案，這也是當前農業非點源污染和水環境保護研究的前沿和熱點。
治理措施在SEIM模型中的表達
BMP效益評價
BMPs 效益評價包括兩個方面：環境效益評價和經濟效益評價。環境效益評價主要有定點觀測和模型模擬兩種方法。定點觀測通過觀測比較實施治理措施和未實施治理措施時的流域產出(泥沙、氮、磷等污染負荷)來評價措施有效性，但這種方法耗時長，資金、人力、技術投入大，在流域尺度的套用尤其困難(Srivastava et al, 2003)。利用模型模擬方法，在模型參數率定和驗證的基礎上，分別對未實施BMPs和實施BMPs的兩種情景進行對照模擬，根據模擬結果評價措施的有效性；減污率越高，環境效益越好。這種方法耗時短，適合於流域尺度的套用，具有靈活性和預測性。因此，採用模型模擬方法對BMPs進行評價，是當前農業最佳管理措施和非點源污染控制研究中廣泛採用的方法(Nendel, 2009)。BMPs經濟效益評價包括BMPs成本(如建設費、維護費等)和農戶實施BMPs 後收益變化(經濟收入的增加或減少)兩方面。但由於農戶收入經濟數據難以獲取，一般只考慮BMPs成本的計算，成本越小，則經濟效益越高。
評價模型
BMPs的環境效益評價和經濟效益評價分別涉及流域模型和經濟模型。
流域模型是對流域水文、生態、侵蝕、養分循環等過程的數學表達。根據其建立的途徑和所模擬的過程，通常可分為經驗模型(empirical model)和物理模型(physically-based model) 或過程模型(process-based model)等。經驗模型是在農業非點源污染研究中依據因果分析和統計分析方法建模，以此構建污染負荷與流域土地利用或徑流量之間的統計關係，因而這類模型對數據的要求比較低，實用性較好，但由於其難以描述污染物遷移的路徑和轉化機理，致使模型的進一步套用受到了較大的限制。過程模型以降雨、蒸發、入滲、產匯流等水文過程為基礎，以水為載體描述污染物的輸移，同時模擬植被生長、土壤侵蝕、養分循環等過程。雖然過程模型能夠較好的描述污染物遷移、轉化過程，但是，由於過程模型在建模時需要的輸入數據種類更多(如降水、氣溫、蒸發、地形、土壤、土地利用、農業管理等數據)，對時間、空間解析度要求更精細，參數的設定也需要一定的專業背景，因而它的廣泛套用也受到了限制。
從反映水流運動空間變化的能力而言，流域水文模型又分為集總式模型(lumped model)、半分散式模型(semi-distributed model)和全分散式模型(fullydistributed model)。集總式模型認為流域表面上各點的水力特徵是均勻分布的，對流域表面任何一點上的降雨，其產流、下滲、滲漏等縱向水流運動是相同和平行的，不和周圍的水流運動發生任何聯繫，因此整個流域被當做一個單元體，沒有考慮水流在單元體內的橫向水流運動。全分散式模型認為流域表面單元上各點的水力學特徵是非均勻分布的，水流在流域表面上分布是非均一的，應將流域劃分為很多個小單元，考慮水流在每個小單元體內的縱向運動時，也應考慮各個小單元之間水量的橫向交換。半分散式模型介於集總式模型和全分散式模型之間，典型代表有TOPMODEL(Beven etal, 1979)、SWAT(Hormann et al, 2009)等模型。
