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本论文为解决“十二五”期间农业非点源污染主导流域的水污染物总量控制目标确定问题，以石头口门水库汇水流域为例，建立了流域ReNuMa污染负荷模型，开展了分期、分区、分源的总氮输出特征分析；通过对规划年（2020年）人口规模、点源排放的预测，建立了规划年ReNuMa模型，并以模型灵敏参数和规划年流域水质目标为依据，制定了流域在规划期（2010~2020年）拟实施的6种BMPs（农业最佳管理措施）；以实现经济、环境和社会效益最大化为目标，利用多目标优化方法对上述6种BMPs进行了优化集成，得到了每种BMP在流域的优化实施比例；建立了基于水质管理与污染源管理的流域总量控制目标模型，提出了考虑规划年BMPs削减作用的流域总氮（包括点源和非点源）总量控制目标，并将该目标合理分配至流域所辖区（县）。论文主要成果包括：（1）基于流域长期连续的水文水质监测数据，在石头口门水库汇水流域建立了ReNuMa污染负荷模型，其径流、总氮模拟精度R2均大于0.6，Ens均大于0.5，可满足中尺度流域水环境管理需求；通过对规划年流域人口规模、点源排放的预测，建立了规划年ReNuMa模型，作为规划年流域BMPs优化集成、总氮总量控制目标确定的主要工具。（2）根据ReNuMa模型灵敏参数与规划年流域水质目标，选取了流域在规划期（2010~2020年）拟实施的6种BMPs，并分别针对耕地、草地和农村居民点制定了每种BMP的实施方案，即通过“实施退耕还林”、“设置等高植物篱”、“推行少免耕作法”、“控制氮肥施用量”等4种BMPs控制耕地产生的污染，通过“实施退草还林”控制草地产生的污染，通过“推广农村沼气池”控制农村居民点产生的污染。（3）以实现经济、环境和社会效益最大化为目标，建立了流域BMPs优化集成模型，并在Matlab软件环境下采用遗传算法对模型进行求解，得到规划年上述6种BMPs在流域的优化实施比例依次为99.97%、13.82%、99.98%、99.99%、0.05%和99.99%。（4）以水质管理与污染源管理相结合为出发点，建立了流域总量控制目标模型，确定考虑规划年BMPs削减作用的流域总氮（包括点源和非点源）总量控制目标为2.48万吨；构建了区域总量分配决策模型，确定规划年双阳区、永吉县、磐石市总氮总量控制目标分别为0.97万吨、0.59万吨和0.92万吨。