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农村非点源污染具有很强的时空不均匀性,农村非点源污染控制与管理是一项涉及农村社会、经济和环境的系统工程。本文主要研究结果如下:
首先,在分析研究中国社会典型的“二元”结构特征、城乡人口结构性矛盾、城乡经济发展水平悬殊差异、农村地区人才缺乏以及落后的农村生产方式等的基础上,深入研究了农村非点源污染产生的更深层次的社会经济学原因。指出农村自己不可能也没有能力解决农村非点源污染的控制与治理问题,强调在解决农村非点源污染问题必须有广大农民的积极参与的同时,又不能完全依靠(指望)农民发挥更大的作用,因此,需要建立城市补偿农村环境的新机制来帮助解决农村非点源污染问题,而这种补偿新机制,又不能仅仅局限在生态补偿上,而应该是全方位的,包括资金、技术和人员等,由此提出了城市对农村的“环境反哺”问题。“环境反哺”是生态补偿理论的补充和完善,是城市必须承担的一种责任和义务。
其次,进行了农村非点源污染控制理论体系的分析研究。除了农业生产产生的非点源污染外,由农村生活引起的非点源污染对水环境污染的贡献已经不可忽视,由此提出将农村非点源分为农业非点源和农村生活非点源两大部分,并分别对农业非点源和农村生活非点源进行了清楚的界定,从而将农村非点源与农业非点源非常清晰地区别开来,避免了将农村非点源与农业非点源混为一谈,二者在概念和内涵上是包含与被包含的关系,而不是一致的关系,同时也突出了农村生活引起的非点源污染对水环境的重要影响。提出了农村非点源污染控制体系包括总量控制(模式)、浓度控制(模式)、物耗控制(模式)、排污交易(模式)、农村非点源污染控制管理(模式)等。
将总量控制划分为点源总量控制和非点源总量控制两个部分,并指出过去我国所实行的总量控制属于点源总量控制。目前,总量控制体系需要完善,必须将点源总量控制和非点源总量控制同时纳入到总量控制体系中,并进行优化调控,在此基础上,给出了一个以环境容量为约束条件、总削减成本为最低、包括点源总量控制和非点源总量控制在内的总量控制优化数学模型。
针对非点源污染物浓度排放标准欠缺的问题,提出了以区域水体功能区划、水环境质量要求为前提的农村非点源浓度控制手段。
第三,提出了农村非点源控制有限单元法。农村非点源污染在广域的范围内,表现出极强的时空差异性,但在某一狭小的时间段内、某一局域空间内又表现出一定的稳定性和相似性,基于对农村非点源污染如此特征的认识,首次提出了以“化整为零,匀代不匀”数学微分思想为基础的农村非点源污染控制时空分析研究思想。基于农村非点源污染的时空分布不均匀性,提出了时间离散化和空间离散化的研究思路,并在此基础上建立了农村非点源污染控制有限单元法分析、研究方法,该方法主要包括时间离散化和空间离散化两大部分,并给出了时空离散化的依据和方法。为解决复杂的农村非点源问题提供了一条有效的研究途径。
第四,对农村非点源污染控制进行了优化设计研究。目前,国内对农村非点源污染控制管理措施进行优化设计的研究还很少。农村非点源污染控制涉及的经济、社会、环境因素彼此之间相互作用,构成了一个复杂的综合系统,必须采用系统分析的思想,应用系统分析理论和数学模型的方法,解决系统内部各个要素的总体协调发展问题。本文分析研究了农村非点源污染控制系统的组成,给出了以主要工程措施为决策变量,以环境容量和工程治理总量为约束条件、工程治理费用为最低的农村非点源污染控制优化模型。