针对非点源污染对水环境影响的问题,以山西省自然科学基金为依托,选取汾河水库控制流域为研究对象,通过对非点源污染产生机制的研究,建立流域非点源污染模型;应用“3S”技术、空间插值技术、可视化技术等,对流域数据进行提取和处理,对流域进行离散化;采用SUFI-2算法,以Re、R2、NS作为约束指标,对模型进行率定和验证;通过对流域内非点源污染负荷的定量化研究,揭示研究区非点源污染的时空分布规律,识别污染的关键区,确定流域内不同污染源、河流及土地利用类型对非点源污染负荷的贡献;分析不同情景对泥沙量、总氮及总磷的影响,探求控制非点源污染的最佳措施。本研究可为流域非点源污染的治理提供理论指导和技术支持。主要成果如下:(1)非点源污染模型的建立:针对非点源污染的产生过程,即降雨径流的形成过程、径流冲刷和土壤侵蚀的过程、泥沙和氮磷等污染物流失的过程,建立了包括水文子模型、泥沙子模型、污染物流失子模型的非点源污染模型。(2)流域数据处理:应用“3S”技术、空间插值技术、可视化技术等,对流域的空间数据及属性数据进行了提取和处理,对研究区5268 km2进行了子流域和水文响应单元的划分,实现了流域的离散化。(3)参数率定和模型验证:采用SUFI-2算法,以Re、R2、NS作为约束指标,应用流域水文站点的实测数据对模型进行了率定和验证,结果显示Re、R2、NS均达到了要求,表明所建立的模型能够模拟汾河水库流域的径流过程、泥沙过程及水质过程。(4)非点源污染特征及贡献分析:应用率定和验证后的模型,通过对流域径流量、泥沙量和非点源氮、磷污染负荷的定量化模拟,对研究区非点源污染负荷的时空分布特征及贡献进行了系统的分析,结果表明,流域非点源污染负荷量年际间变化较大,每年6-10月,非点源污染负荷量明显高于其他月份;各子流域非点源污染负荷差异性较大;岚县西北部及静乐县东南部是主要污染区域;流域非点源污染源中环境背景值及化肥流失对流域总氮及总磷负荷的贡献率较大,禽畜养殖、生活污水的贡献率较小;流域各河流氮、磷负荷量差异性较大,汾河干流(娄烦段)作为主要的入库河流,氮、磷负荷量最大,支流中岚河氮、磷负荷量最大;土地利用类型中,林地非点源污染负荷最小,耕地最大,草地、人居地介于二者之间。(5)情景分析:对比分析了施肥量、缓冲带及化肥施用方式的变化对流域内泥沙量、总氮及总磷负荷的影响,结果表明减少施肥量、设置缓冲带、化肥深施有利于减少流域内的非点源污染负荷,其中设置缓冲带的效果最佳,说明增加林草覆盖率,实施退耕还林等是控制流域内非点源污染负荷最为有效的措施。