重点海域排污总量控制制度是《海洋环境保护法》明确要求的关键制度,是有效遏制近岸海域水环境质量恶化趋势的重要手段。目前,陆海统筹的总量控制框架有待进一步健全;在河流实测点位及水文水质监测数据有限的条件下,难以建立基于机理过程的流域污染源解析模型,尤其在河网复杂的平原城市区,还需对模型进行适应性改进;此外,依据海洋功能区划或近岸海域环境功能区划确定海域水质目标时,可能存在相邻功能区水质目标差别过大的情况。为此,本研究聚焦污染物排海总量控制中流域污染源解析和海域水质目标设定两个关键环节存在的不足,采用“基础理论研究-关键技术创新-集成应用示范”的全链条式研究思路,综合运用文献调研、机理分析、现场调查、空间分析及模型模拟等研究方法,提出基于陆海统筹的重点海域排污总量控制框架,改进了流域污染源解析方法和近岸海域水质目标制定方法,并在天津开展应用验证。主要研究内容及结论如下:1)研究构建了基于流域空间统计模型（SPARROW）和输出系数模型（ECM）耦合集成的流域氮磷污染源解析模型（ECM-SPARROW）。首先,在系统研究SPARROW模型原理及结构、陆源氮磷污染物来源及排放途径的基础上,构建了由必选指标和备选指标组成的模型污染源指标体系。建立了基于ECM模型的工业、城镇居民生活、化肥施用、畜禽养殖、农村居民生活及淡水养殖等必选指标的总氮（TN）、总磷（TP）排放量计算方法,提出将氮、磷污染源统一计算到“排放量”这一节点后,再将输移过程相同或相近的污染源进行归并,减少建模所需的污染源参数。然后,依据不同类型土地上承载着不同社会经济活动,研究建立污染物排放量空间分析方法,实现了ECM模型与SPARROW模型的耦合集成。最后,以2013年为基准年,开展模型应用验证,利用ECM模型计算出天津不同来源TN和TP排放量,应用多元线性回归模型（LOADEST）和时段通量法计算26个河流断面TN和TP通量,构建了天津TN和TP的ECM-SPARROW模型。结果表明:TN和TP模型模拟效果较好,不确定性较低,相关系数R~2均达到0.99以上,均方根误差（RMSE）分别为0.189和0.229。采用污染源归并方法和ECM-SPARROW耦合集成模型,可以减少建模型对实测点位数量的要求,拓展了SPARROW模型的应用范围。2)开展ECM-SPARROW在平原城市区的改进及应用研究。首先,针对河网纵横交错造成流域划分结果不合理,研究建立了平原城市区流域划分原则和方法;其次,根据河流设闸的情况,改进了模型河网汇流结构,在河流设闸区域添加虚拟水库,模拟闸坝河段营养盐的衰减过程;此外,为识别流域上游输入和本地产生污染物入海贡献量,同时避免全流域模拟,减少建模工作量,在入境断面处设置虚拟子流域,将上游污染物入境量视为“点源”,添加至河网汇流结构中。经过以上三点改进后,模型成功在天津开展应用,建立了污染源入海量清单,弄清污染物来源和空间分布,明确重点区域和行业。2013年,天津TN、TP入海总量分别为21320 t和1504 t,其中上游（河北、北京等）输入的贡献率分别占39%和33%,天津本地城镇居民生活排污的入海贡献率较大,分别占34%和21%。定量分析了污染物在陆域和水域传输过程中的影响因素,天津TN陆域、水域滞留率分别为16.7%和50.4%,TP陆域、水域滞留率分别为34.5%和58.8%,设闸河段对TN、TP的平均衰减效率分别达到16.3%、17.9%。建议合理进行流域水资源调度,增强河流、湿地间的水循环,充分利用陆域、水域对污染物的滞留衰减作用,减少对海域污染。3)基于广义加性模型（GAM）,研究建立近岸海域水质目标“分类、分区、分期、分级”设定方法。以天津为例,利用2007-2018年天津近岸海域营养盐浓度及降水量数据,建立了GAM水质变化趋势分析模型,定量分析了天津近岸海域无机氮（DIN）和活性磷酸盐（SRP）浓度变化趋势,分离出降水对水质变化趋势的贡献量。天津近岸海域12个点位中,DIN总体呈下降趋势,平均下降幅度为13.19%,其中降水的贡献量为5.89%;SRP总体呈上升趋势,平均上升幅度为7.01%,SRP浓度变化几乎不受降水的影响。在DIN和SRP浓度变化趋势分析及预测的基础上,利用本研究建立的水质目标设定方法,提出“十四五”天津近岸海域优良（第一、二类）水质比例达到75%的控制目标,分析了这一目标的合理性。将天津近岸海域划分7个区域,建议按控制等级实施分区管控。克服了主要依据海洋功能区划或近岸海域环境功能区划确定近岸海域水质目标存在的不足,为精准治污提供科学依据。