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北宅小流域地处北京市一级水源保护区,具有极其重要的生态功能与战略地位。其流域内的主要河流怀九河,作为怀柔水库重要的补充水源,近年来随着社会经济的发展,怀九河北宅段的水质状况不容乐观,农业非点源污染对怀柔水库水体环境存在极大的安全隐患,已经成为水质恶化的主要原因之一,控制怀柔水库上游流域的非点源污染,为流域水资源保护提供科学依据已成为亟待解决的问题。本文在考虑小流域现状的基础上利用改进的输出系数法模型来进行小流域的非点源污染的定量化研究,在此基础上结合GIS的空问分析技术进一步识别流域内非点源污染的关键源区。同时结合流域内现有水保措施的设置和实施情况,选择了10种常用的工程性BMPs,通过查阅相关文献并采用归一化的方法对其场地适用性、污染物控制功效、景观美学以及成本投入等指标进行了综合评价,作为流域BMPs情景规划配置的依据。最后,通过将小流域在空间尺度上划分为三个不同尺度的层面,采用SUSTAIN系统中的以非支配排序遗传算法(NSGA—Ⅱ)为计算原理的优化模块对三个层面下不同的BMPs组合方案进行了成本—效益优化模拟。进一步为小流域非点源污染的管理控制提供参考。本文的主要结论如下：(1)污染负荷估算结果表明北宅小流域内畜禽养殖所产生的非点源污染负荷量最高,其次为农村生活和种植业所产生的非点源污染负荷量。畜禽养殖污染源中所产生污染负荷量最高的为大牲畜,其所产生的总氮、总磷负荷量高达畜禽养殖污染负荷总量的99%和98%,种植业所产生的非点源污染负荷量中以玉米地、板栗林和灌木从三种土地利用方式为主,其污染负荷量之和达到了种植业所产生的非点源污染负荷总量的91%和90%。(2)结合GIS技术对流域内非点源污染关键源区识别的结果表明：非点源污染负荷的高风险区较为分散,关键源区主要为三个行政村的居民聚集区,北宅村和峪口村之间的玉米地以及北宅村东部的大牲畜养殖场。并且在该流域内污染负荷的高风险区距离怀九河主河道较近,对怀柔水库的入库水质污染风险较大。(3)对10种工程性BMPs措施的评价结果进行归一化计算表明人工湿地、入渗池、绿屋顶、湿式滞留池、生物滞留池、透水性路面等措施的综合指标值在所选的10种措施中最高,作为流域BMPs情景配置中所选用的措施类型。(4)将北宅小流域在空间尺度上划分为流域、农村社区、农户三个不同的层面,分别对其BMPs情景配置情况进行优化模拟,结果表明流域层面BMPs方案总成本为574560元时,TN、TP的年污染负荷量的综合削减率能够达到45%；农村社区层面BMPs方案总成本为374660元的时候,TN、TP年污染负荷综合削减率能够达到46%；农户层面BMPs方案总成本为1518元的时候,TN、TP的年污染负荷削减率能够达到65%。同时还得出了三种不同层面下各单项措施的使用成本,为实际工作中具体措施的实施提供参考。