北京师范大学孟耀斌副教授在承担国家重点研发计划《高关注化学品风险管控关键技术》子课题任务中原创研发的化学物质环境暴露模拟模型SWAT-KM基本完成。

背景和意义：化学物质、特别是高关注化学物质的风险管控需要以高精度环境介质暴露评估为基础。模拟化学物质的多介质时空汇聚特征对于识别高暴露场景、高风险区域和精准风险管控具有重要意义。系统模拟化学物质排放进入环境后在土壤、水体及沉积物、大气、植被、潜水等多环境介质中的环境行为，需要综合考虑不同相态（溶解态、气态、大气颗粒物吸附态、土壤颗粒吸附态、叶表角质层吸附态等）化学物质在不同位置、不同环境介质、之间的物理迁移运动和化学转化动力学过程。

本研究任务借用半分布式水文模型SWAT的水文模拟框架，独立增设大气和植被作为环境介质，通过设立简化大气扩散模块，植被传质模块，建立起完整的“大气—植被—土壤”传质模拟体系，将化学物质在水平方向和垂向方向的传质融为一体，建立起一套半分布式流域尺度多介质化学物质环境暴露模拟模型，并形成了软件模拟能力。

原创创新：完全自主研发设计流域尺度环境多介质化学物质环境暴露模拟的框架、方法、算法，并予以实现（Fortran）。SWAT-KM成为首个能够连续模拟流域尺度多介质中化学物质浓度协同变化的模拟系统。

模型原理与实现方法：

因尚未正式发表论文，恕不提供技术细节。SWAT-KM设计框架如图1所示；SWAT-KM中刻画的大气与地表间化学物质的垂向传质可参考图2；作为化学物质环境介质的植被叶片构造如图3所示。感兴趣的学术同行可与作者联系，获取《化学物质环境暴露模拟模型SWAT-KM技术文档（暂定稿）》。这里提供SWAT-KM的一般性功能介绍。

SWAT-KM输入信息：

          化学物质基础属性数据

          化学物质排放信息

          下垫面数据

          气象数据

          水文观测数据

SWAT-KM输出信息：

          提供以水文响应单元为空间精度的土壤表层、土壤次表层中化学物质浓度估计；

          提供以子流域为空间精度的大气中化学物质浓度估计；

          提供以水文响应单元为空间精度的植被中化学物质浓度估计；

          提供以子流域对应河段划分的不同河段河水、沉积物中化学物质浓度估计；

          提供水库水体整体的水、沉积物中化学物质浓度估计；

          各环境介质浓度估计均以日均值提供。

SWAT-KM模拟案例结果示例：

以某流域中广泛分散消费源排放的优先管控内分泌干扰化学物质邻苯二甲酸二（2-乙基己基）酯（DEHP，CAS# 117-81-7）为例，采用SWAT-KM模拟了跨度18年间DEHP在水体及底泥（沉积物）、土壤层、大气、植被等环境介质中的连续协同演变过程。摘取分季节土壤表层中的DEHP浓度快照呈现如图4所示。提取某河段水体及其底泥沉积物中DEHP浓度变化序列如图5所示。模拟结果与文献报道的监测值基本一致。

SWAT-KM研发相关的知识产权（截止2021.12.12）：

(1) 环境系统模拟中化学物质的土壤行为模拟方法. 202110397263.0. 公开日期：2021-11-16

(2) 化学物质环境系统行为模拟中大气行为的简化模拟方法.202110396188.6. 公开日期：2021-11-26

(3) 化学物质环境系统模拟中与植物相关的行为模拟.202110397243.3. 公开日期：2021-11-16

(4) 化学物质环境系统行为模拟中迁移过程计算顺序优化方法202110533940.7. 公开日期：2021-11-19

(5) 流域化学物质环境行为模拟软件（V1.0）.登记号：2020SR1865591. 登记日期：2020-12-21

以上知识产权归属北京师范大学。但SWAT-KM作为服务于化学品环境管理的专业技术工具，应支持不谋求商业利益的同行或管理部门无偿使用。

图1 SWAT-KM设计框架概念图

图2 SWAT-KM中模拟的大气中化学物质垂直方向迁移主要过程

图3 SWAT-KM中模拟的植被叶片外侧构造概念示意图

图4 SWAT-KM模拟某流域DEHP多介质浓度的空间分布统计（以土壤介质为例）

图5 SWAT-KM模拟某流域DEHP多介质浓度的长期协同变化时序图（以水体为例）