Review of Nonpoint Source Pollution Models: Current Status and Future Direction

Abstract

Modelling tools are commonly used for predicting non-point source (NPS) pollutants and it is timely to review progress that has been made in terms of the development of NPS models. This paper: (1) proposes a systematic description of model framework and generalizes some commonly used models; (2) identifies the common challenges in model structure and applications; (3) summarizes the future directions of NPS models. Challenges in model construction and application are based on the following: (1) limitations in understanding specific NPS pollution processes; (2) model expansion to different scales; (3) data scarcity and its impacts on model performance; (4) prediction uncertainty due to model input, parameter and model structure; (5) insufficient accuracy for decision-making. Finally, this paper proposes future directions for model development, including: (1) a source–flow–sink framework for model development; (2) standardization for model input and parameter; (3) reliable decision support for environmental management. The findings of this review provide helps in the accurate prediction and management of NPS pollution around the world.

Estimación, Manejo y Control de la Contaminación No Puntual por Escorrentía Superficial Ganadera: Una Revisión de literatura

“…Ante esta condición, la simulación se convierte en una herramienta importante para estudiar los procesos de formación de la contaminación por fuentes no puntuales (Wu et al, 2012). Aunque los modelos no pueden reemplazar las mediciones reales, sirven como herramientas poderosas para comprender los procesos de contaminación por fuentes no puntuales y pueden brindar suficiente apoyo para la toma de decisiones (Wang et al, 2022). En la actualidad, se han desarrollado diferentes métodos para estimar las cargas de contaminación por fuentes no puntuales.…”

“…En la actualidad, se han desarrollado diferentes métodos para estimar las cargas de contaminación por fuentes no puntuales. Según los métodos utilizados para cuantificar los procesos hidrológicos, los modelos de fuentes no puntuales se pueden clasificar en modelos estadísticos y modelos mecanicistas (Wang et al, 2022).…”

“…Sin embargo, estos modelos son relativamente simples y directos, ya que suelen omitir las características específicas de la superficie subyacente del área de estudio. Esta simplicidad los hace altamente aplicables en áreas donde la disponibilidad de datos es limitada estadísticos (Wang et al, 2022) El modelo de coeficiente de exportación, el modelo de pollution load -PLOAD y el modelo Spatially Referenced Regressions On Watersheds -SPARROW son comúnmente utilizados como modelos estadísticos (Wang et al, 2022). El método empírico más utilizado es el modelo de coeficiente de exportación -ECM (Yang et al, 2020).…”

“…Los modelos mecanicistas, también conocidos como el modelo basado en la física, se fundamentan en procesos hidrológicos, químicos y principios biológicos, y tienen como objetivo describir los procesos de migración y transporte de contaminantes. Este modelo, denominado "caja blanca" (Wang et al, 2022), puede describir con precisión el mecanismo de migración, el proceso de conversión y el complejo proceso de transmisión espaciotemporal de los contaminantes (Tong et al, 2022). Estos modelos estudian los mecanismos involucrados en la producción y transporte de heces (Yang et al, 2020), y pueden simular de manera más precisa situaciones básicas de la cuenca, como la hidrología de la superficie terrestre y la producción agrícola (Wang & Jin 2016(Li et al, 2020, así como los procesos de transformación hidrodinámica y de calidad del agua dentro de los ríos (Liu et al, 2015).…”

“…Según Liu et al (2015), los modelos mecanicistas más utilizados hasta ese año eran: QUAL2K, WASP6, MIKE11, SWAT y AnnAGNPS. Actualmente, los modelos de cuencas hidrográficas más utilizados son: SWAT, HSPF (Hydrological Simulation Program FORTRAN) y AnnAGNPS (Wang et al, 2022).…”