点源污染

点源污染（精选9篇）

点源污染 篇1

水环境污染成为亟待解决的重大环境问题之一, 水污染通常分为点源污染和非点源污染[1]。与点源污染不同, 非点源污染具有分散性、隐蔽性、随机性、潜伏性、累积性和模糊性等特点, 因此不易监测、难以量化, 研究和防控的难度较大。随着社会对点源污染控制的重视, 点源污染已经得到了较好的控制和治理。而非点源污染, 由于涉及范围广、控制难度大, 已成为影响水体环境质量的重要污染源。20世纪70年代以前, 对非点源污染有所认识并开始进行研究, 但这个时期研究多局限于现象的因果分析, 定量化研究较少[2]。针对非点源污染负荷定量化比较困难的问题, 很多国内外专家在非点源定量化计算方面进行了相关的研究, 提出了适合一些资料条件和特点的非点源污染负荷估算法, 其中的主要方法有污染分割法、降雨量差值法、输出系数法、相关关系法等[3], 以及一些常用模型。本文拟在广西入海河流南流江的降雨及水质监测资料的基础上, 采用数字滤波法和水文估算法进行点源污染与非点源污染的分割, 以期为今后的污染治理提供参考。

1 研究区域和数据

南流江属珠江流域, 发源于广西北流市大容山南麓, 在北海市党江镇附近分流呈网状流入北部湾[4]。南流江全长287km, 流域面积8 635km2, 是广西北部湾经济区独自流入大海的河流中流程最长、流域面积最广、水量最丰富的河流。但由于河道弯曲, 源头段流量小, 河水流速缓慢, 自净能力差, 因此水生态环境十分脆弱。近年来随着北部湾经济区的开放开发, 工农业生产和城镇建设的迅速发展, 流域特别是上中游地区的水污染, 使南流江水质受到很大影响, 其污染问题备受关注。

笔者收集到南流江常乐水文站2003-2011年的水量月系列资料及高锰酸盐指数、日生化需氧量、氨氮污染物的同步监测资料。本文以高锰酸盐指数、总磷、氨氮为例, 采用数字滤波法和水文估算法两种方法进行点源污染负荷与非点源污染负荷的分割估算。

2 研究方法

2.1 水文估算法

水文估算法是从水文学原理出发, 根据点源污染和非点源污染的形成和运移规律, 分别推算出点源污染负荷和非点源污染负荷[5]。点源污染排放量相对比较稳定, 根据河流的水文特点可由河川基流推求。非点源污染负荷由地表径流冲刷所汇集的溶解态污染物及暴雨径流中的泥沙所携带的吸附态污染物推求[6]。其中点源污染负荷的计算公式为:

式中:Wu为点源污染负荷量;Qu为河川基流量, m3/s;ΔTu为相对应的时间段, s;Cu为河川基流中污染物浓度的变化, mg/L。

非点源污染负荷的初始计算公式为:

式中:W为非点源污染负荷量;Qg为地表径流量, m3/s;ΔTg、ΔTs为对应的时间段, s;Cg为地表径流中污染物的平均浓度, mg/L;Qs为汛期径流携带的悬移质输沙量的变化, kg/s;Cs为暴雨径流中泥沙吸附的污染物质量分数的变化, mg/g。

由于缺乏连续的河流悬移质泥沙资料, 且南流江悬移质输沙量较小, 故此次非点源污染只考虑计算地表径流当中的溶解态污染物非点源负荷。则最终非点源污染负荷计算公式为:

地表径流的平均浓度计算公式为:

式中:n为每年监测污染物浓度的次数;Ci、Qi分别为第i次监测的污染物浓度及监测流量。

2.2 数字滤波法

(1) 滤波原理。数字滤波法来自于傅里叶分析, 傅立叶分析主要是通过傅立叶变换由时域分析转入变换域分析。傅立叶变换是在以时间为自变量的“信号”与以频率为自变量的“频谱”函数之间的某种变换关系, 建立时间函数和频谱函数之间的转换关系。傅里叶变换有多种形式, 其中离散傅里叶变换DFT在各种数字信号处理的算法中起着核心的作用。

在水文学中, 时间序列常以离散的形式给出, 因此常采用的是离散傅立叶变换DFT。它主要是针对有限长序列或周期序列存在的, 常用的表达式为:

式中:N表示有限长序列 (时域及频域) 的抽样点数, 或周期序列一个周期的抽样点数;X (k) 为{x (n) }的离散傅立叶变换。

数字滤波技术最初用于信号分析处理, 可以对采集到的数据进行消除干扰, 通过一定的运算变换成输出系列。数字滤波器的原理为:利用计算机的存储器、运算器和控制器把滤波运算编成程序, 也就是采用计算机软件来实现[7]。

(2) 滤波原理在水文学中的应用。点源污染负荷的出流时间序列频域下的信号主要是低频信号, 而非点源污染负荷的并不能完全看做是高频信号, 它还包括了部分低频信号, 这说明要想完全地分割点源和非点源污染负荷是很困难的。但利用滤波的频率转移函数FTF, 使得滤波系统在最小削弱点源负荷的同时最大限度地削减非点源污染负荷, 从而尽可能地消除相位失真。参考LYNE于1979年提出的滤波方程[8], 点源和非点源污染负荷分割滤波方程为:

式中:qt为t时段内过滤后的污染负荷出流量 (即点源负荷出流量) ;Qt、Qt-1为t、t-1时段的污染负荷出流总量;β为滤波参数。

从总污染负荷过滤出快速响应, 即可得非点源负荷出流量bt为:

由式 (6) 和式 (7) 可试算出点源和非点源污染负荷的出流过程, 从而对污染负荷的出流过程线进行点源和非点源出流负荷分割。

(3) 滤波过程。不同的滤波参数往往在经过多次滤波后, 可得到近似的滤波结果。但在实际应用中发现, 如果选用比较小的参数, 通常要滤波5~6次才能得到合理的点源和非点源负荷的分割。当使用较大滤波参数时, 只需滤波2~3次就可以得到相同的分割量。黎坤等运用数字滤波法与平均浓度法对污染分割的结果进行对比, 结果发现采用比较大的滤波参数 (β=0.925~0.950) , 只需要3次滤波就可以达到近似平均浓度法的分割结果[9]。在这些分析基础上, 本文中滤波参数β取0.925, 并进行3次滤波。

3 点源与非点源污染分割结果与分析

3.1 水文估算法分割结果

本文采用枯季最小月平均流量法, 以年内最小月平均流量乘上全年的时间 (秒数) 得到全年基流量, 然后再根据全年径流量减去基流量计算求得地表径流。根据南流江常乐水文站2003-2011年的月、年平均流量统计表, 计算出南流江年径流量分割结果 (见表1) 。

亿m3

基流分割之后, 然后根据南流江常乐水文站水质监测资料, 根据式 (1) 用河川基流量乘以流量最小月监测的污染物浓度得到点源污染负荷;再根据式 (4) 计算非点源污染浓度, 然后乘以地表径流量。污染划分结果见表2。

3.2 数字滤波法分割结果

选取高锰酸盐指数、总磷和氨氮进行污染负荷分割, 打开计算机, 运行Baseflow Filter Program中bflow.exe程序[10,11], 得到点源污染负荷量以及指数Fr (点源负荷占总污染负荷的平均比值) 。然后用总污染负荷量减去点源负荷量求得非点源污染负荷量, 分割结果见表3。

3.3 两种方法分割结果对比

水文估算法是在常规的水文水质资料基础上提出的一种简便、经济、实用的方法, 对流量和水质监测资料进行离散化处理, 分别求出点源与非点源的负荷量。而数字滤波法是采用计算机程序直接从总污染负荷中分割出点源负荷。水文估算法计算出的南流江多年平均高锰酸盐指数、总磷、氨氮非点源污染负荷占总负荷的比例分别为0.77、0.74、0.76;数字滤波法的计算结果分别为0.59、0.64、0.66。两种方法的计算结果显示 (见图1~图3) , 南流江流域的非点源污染较为严重。

图1~图3的结果显示, 两种方法的污染负荷分割结果的趋势基本一致。从图1~图3中可以看出, 点源污染负荷的出流时间序列相对稳定, 变化趋势较为平缓;而非点源污染负荷由于受降水暴雨等因素影响波动很大, 其变化幅度较大, 分割结果符合点源污染与非点源污染的产生原理。

4 结语

(1) 水文估算法和数字滤波法都可用于点源污染与非点源污染的分割。水文估算法可以用来估算不同年的非点源污染负荷量, 以及不同频率代表年及某些特殊年份 (如实际特丰年) 或次洪水的非点源污染负荷量。数字滤波法, 需要的资料易于获取, 操作简易方便, 执行速度快。其中水文估算法已经在多个地区应用于分割点源污染与非点源污染, 如鄱阳湖地区, 应用较为广泛。数字滤波法是应用计算机程序计算点源污染与非点源污染的一种新方法, 黎坤等已做出相关研究应用。但作为一种新方法, 仍在尝试中, 需要与其他方法进行对比, 看是否合理, 确定其参数。

(2) 从计算结果看, 两种方法计算的污染物负荷量变幅趋势相似, 但也有一些年份出现了较大的误差, 如2010年高锰酸钾指数和氨氮, 两种计算方法分别相差了0.32、0.37, 这主要是受当年暴雨次数和强度的影响。

(3) 两种方法的分割结果都表明, 广西入海河流南流江流域的非点源污染占总污染负荷的比例较大。在今后的污染控制管理方面, 应加大对非点源污染的控制消减。

参考文献

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点源污染 篇2

本文从农业非点源污染的.现状和成因入手,对农业非点源污染问题进行深入剖析找出导致并维持农业非点源污染难以治理这一现状的根本原因,从工程技术方面和经济管理及政策角度由浅入深,分别分析了防治农业非点源污染的对策.

作 者：张丁佟 孟长伊 孟凡一 作者单位：张丁佟,孟长伊(吉林省农业机械研究院,吉林,长春,130022)

孟凡一(中科院长春分院,吉林,长春,130022)

农业非点源污染状况及其防治措施 篇3

1 我国主要的农业非点源污染源

1.1 土壤侵蚀

土壤侵蚀与农业非点源污染是密不可分的。土壤侵蚀在损失土壤表层有机质层的同时, 携带许多污染物 (有机物、金属、磷酸盐等) 进入水体形成非点源污染。我国的土壤侵蚀极为严重, 据统计, 每年流失表土至少50亿吨, 数百万吨的氮、磷、钾通过各种途径进入地表水体, 造成严重的水体污染以及大量农作物盐分的流失。

1.2 化肥

许多研究表明, 化肥的不合理使用是造成水体污染的主要来源。我国在过去的50多年中, 粮食产量不断增加, 很重要的原因之一就是化肥投入的增加。正是由于化肥在作物增产中的重要作用, 才使化肥的生产和使用有惊人的增长。但实际上, 化肥的利用率并不高, 综合各地试验结果, 我国每年农田养分被植物利用的部分很少, 氮肥的利用率仅为30%~35%、磷肥为10%~20%、钾肥为35%~50%。剩余的养分通过各种途径, 如径流、淋溶、反硝化、吸附和侵蚀等进入环境, 从而污染水体。

1.3 农药

我国是生产和消费农药的大国之一。目前, 农药年生产能力为76.7万吨, 生产农药品种250多种, 成为仅次于美国的世界农药生产大国, 但利用率不足30%。据统计, 我国每年施用的农药达50~60万吨, 其中约有80%的农药直接进入环境。大量使用农药, 虽然控制了病虫害, 但大部分农药残留于环境中, 植物体上、空气中的农药又通过降水返回地表, 通过地表径流污染水环境。

1.4 畜禽粪尿污染

在我国农村地区, 由于畜禽业的快速发展和人口的增加, 以及缺乏排污管道和污水集中处理系统, 部分畜禽粪尿直接进入附近水环境, 严重影响了地下水和地表水的水质, 直接威胁人体健康。另外, 大量的畜禽粪便作为有机肥料施用到农田之中, 畜禽粪便相对于化肥来说, 其盐分含量低而运输成本高, 致使大量的畜禽粪尿都集中施在数量有限的农田中, 这样往往造成大量的盐分得不到充分利用而从农田流失到水体中。畜禽粪便污染己经成为农业非点源污染的主要来源之一。

1.5 农业废弃物

农业废弃物包括农村居民生活垃圾、生活废水、农田中秸秆残茬以及田间农膜残片。我国大部分农村没有污水管网和垃圾处理系统, 造成生活污水和垃圾随意排放、堆置。一些经济相对发达的农村, 随着生活水平的提高, 煤气化的普及, 农业秸秆这一宝贵的可利用资源成为废弃物, 大多数被焚烧, 造成大气污染;还有一部分废弃于河湖中, 造成水源污染。另外, 长期使用农膜覆盖技术会造成农膜残片大幅增加, 且其不易降解, 再生利用率低, 严重影响植物根系的生长发育、水肥的运移, 造成土壤质量退化。

2 农业非点源污染对环境的影响

2.1 加重水体富营养化

研究表明, 对于湖泊、水库等封闭水域, 当水体内无机氮总量大于0.2mg/L、磷酸盐磷浓度大于0.0lmg/L时, 就可能引起藻华现象的发生。农业非点源污染是湖泊等水体富营养化的主要原因。据对太湖污染源的调查, 发现来自农业非点源的总氮排放量达27 679.4t, 占该区总氮排放量的36.1%。滇池中来自农业地表径流的氮、磷分别占总量的53.0%和42.0%, 造成滇池严重的富营养化。

2.2 使土壤退化

大量化肥和农药的施用, 使许多有害物质进人土壤, 必然使土壤质量下降, 致使土壤变碱或变酸, 削弱土壤或肥料中其他营养元素效应。大量氮肥的使用, 还会加快土壤中有机碳的消耗, 降低有机质的活性和土壤的供氮能力。据研究, 大量使用化肥对土壤的退化有广泛的影响。

2.3 对生物的有害影响

一些有毒有害物质 (如重金属或农药的残留物等) 进入水体后直接对水生生物造成危害, 更严重的是有一些有毒物质可以通过食物链富集, 使处于食物链高位的人或畜中毒。

3 农业非点源污染的防治措施

3.1 非点源污染控制技术措施

3.1.1 化肥和农药的控制技术措施。

对化肥和农药的控制, 最重要的是控制施用量以及化肥中氮、磷、钾的比例。已有的研究证明, 氮肥超量使用及化肥中氮、磷、钾的比例失调, 会降低作物对化肥的利用率, 增大淋溶和径流损失。大力推广有机肥还田, 有机肥中的腐殖质可以提高土壤的保肥性能, 还可以增强土壤微生物的数量和活力。利用土壤微生物先将化肥氮同化, 然后再缓慢释放, 提高氮肥的利用率, 减少氮肥流失。

3.1.2 畜禽粪便的控制技术措施。

通过堆肥技术、资源化技术、减量化技术的应用, 可以减少畜禽粪便的污染。以沼气为纽带的畜禽粪便综台利用是我国大中型畜禽场处理粪便的主要途径。此外, 减少畜禽栏舍冲洗水量, 分别处理畜禽场的固、液粪污, 固体部分高温发酵处理后还田, 液体部分处理达标后排放也是处理粪便的很好措施。在处理粪污固体部分时, 投入筛选出来的嗜高温细菌, 不仅可以缩短处理时间, 而且处理效果也优于常规处理。另外, 改变饲料成分可以减少畜禽的排泄量和粪便中污染物质的浓度, 其中氨基酸平衡日粮法可节约粗蛋白饲料, 减少氮排泄量。

3.1.3 农田的控制技术措施。

控制农业非点源污染的最有效和最经济的方法是采取合适的农田管理方式, 如少耕、免耕的耕作方法, 控制农药、化肥的施用量和施用方式等。在传统的农田耕作中, 由于翻耕导致农田土壤的矿化作用强烈, 使土壤中的可溶性养分在降水和径流的作用下淋洗和流失。Chichester等研究发现农田径流产生量与农田耕作方式并无明显的相互关系, 但农田泥沙和养分流失在传统耕作农田中明显高于免耕农田。说明保护性耕作、免耕、少耕, 可以减少土壤的入渗性能和农田土壤流失, 而传统耕作使养分易于淋洗。

3.2 综合控制措施

对于非点源污染的治理除了技术控制措施外, 还必须有一系列科学的管理方法和政策法令作为支持。

3.2.1 建立管理与监测机构。

在不同性质和不同层次部门, 建立相应的非点源污染监测与管理机构, 随时监测研究非点源污染的动态变化, 掌握发生的规律并力争在污染形成之前消除污染物, 这是非点源污染管理的基础。

3.2.2 运用经济管理手段。

通过开展无公害农业、有机农业等生态农业的发展, 利用农业政策导向和经济杠杆的调节, 来控制化肥、农药等易造成非点源污染物质的使用, 这明显比行政和法律手段的刚性约束更易于接受。

3.2.3 采取政策法规管理措施。

我国已制定了一部综合性环境保护法, 即《中华人民共和国环境保护法》;此外, 我国还加入或签署了一系列环境与资源保护的国际条约。在环境执法方面, 我国制定并实施了一系列重要的环境保护法律制度, 主要有环境影响评价制度、“三同时”制度、环境监测与环境标准管理制度等。这些制度的实施, 有效地促进了环境保护工作, 减少了环境的破坏和污染。但是我国环境形势依然十分严峻, 生态环境恶化的范围有扩大趋势。因此, 政策法规管理措施仍需完善和加强。

摘要：介绍了非点源污染的含义, 阐述了我国主要的农业非点源污染及农业非点源污染对环境的影响, 并提出了针对农业非点源污染的防治措施。

关键词：农业,非点源污染,防治措施

参考文献

[1]陈利顶.农田生态系统管理与非点源污染控制[J].环境科学, 2000 (2) :90-101.

[2]张从.中国农村面源污染的环境影响及控制对策[J].环境科学动态, 2001 (4) :10-13.

[3]杨荣泉, 朱鲁生, 李敬存, 等.农业面源污染的控制方案与对策[J].农业环境与发展, 2004 (4) :37-38.

[4]林萌.关于防范我国农业用地土壤污染的若干思考[J].水土保持应用技术, 2005 (6) :9-11.

农业非点源污染状况及其防治措施 篇4

介绍了非点源污染的含义,阐述了我国主要的农业非点源污染及农业非点源污染对环境的影响,并提出了针对农业非点源污染的防治措施.

作 者：王锦平司阳 张士勇 作者单位：王锦平,张士勇(辽宁省盘锦市大洼县环境监测站,辽宁,盘锦,124200)

司阳(丹东市环境监测中心站)

点源污染 篇5

关键词：非点源污染,城市,住宅小区,资源,特征

非点源污染(Non-point Source Pollution),或称面源污染(Diffuse Pollution),是指溶解性或固体污染物在大面积降水和径流冲刷作用下汇入受纳水体而引起的水体污染。美国清洁水法修正案定义非点源污染为“污染物以广域的、分散的、微量的形式进入地表及地下水”[1]。随着城市化进程的进一步加快,城市小区作为城市的重要组成部分之一是人类直接的生存环境。小区环境的优劣也直接影响到人们的身心健康。因此,对城市住宅小区非点源污染的研究有很重要的意义。

1住宅小区非点源污染的概述

1.1 概念

城市非点源污染指城市径流淋洗与冲刷大气和汇水面各种污染物引起的受纳水体的污染,是城市水环境污染的重要因素。对于住宅小区来说,非点源污染的最主要方面也是降雨径流,因此住宅小区非点源污染研究的重点应放在对降雨径流的研究与利用方面。

1.2 特征

1)随机性[2]。

受城市水文循环的影响和支配,城市降雨径流具有随机性。同样,作为城市非点源污染的重要组成部分的小区非点源污染也同样具有随机性。

2)可控制性。

与大区域的非点源污染相比,小区非点源污染也可认为是非点源污染的源头。这是由小区的范围较小,便于控制管理等特点决定的。基于这一特点,我们可认为小区的非点源污染在一定程度上的可控性是很强的。

1.3 成因

小区非点源污染的主要成因是空气中的粉尘,污染的主要路径是降雨径流。非点源污染物发生后随地表和地下径流进行复杂的迁移和转化过程。与污染物迁移过程相伴的是一系列的物理、化学和生物的转化过程。对城市小区来说主要的非点源污染来源是降雨对道路的冲刷和对屋顶的冲刷。

2小区非点源污染的防治措施

2.1 小区非点源污染的危害

1)耗氧物质的危害。

生活垃圾、树叶、草以及杂乱废弃物的堆放使得城市小区径流中有大量的耗氧物质(有机无毒物)。城市小区中大多包含有水体景观的设计,当这些耗氧物质进入水体后,水中的溶氧大幅度降低,大量的耗氧物质将使水体变成厌氧环境,导致水底的有机质发生厌氧分解,产生恶臭。水中生物也因为缺氧而难于生存,最后导致死亡水体污染环境。

2)对建筑物和财产造成直接损害。

随着城市工业的高速发展和交通工具数量的激增,酸性气体SO2,CO2,NO等进入大气,进而以酸雨的形式影响到地面环境。酸雨的形成,不仅对地表植被会形成直接的影响,破坏生态环境,而且降落在建筑物等的表面,会对建筑物等造成腐蚀,从而造成直接的经济损失[6]。

2.2 小区非点源污染防治方法的探讨

对于小区非点源污染的治理方法包括很多方面:道路清扫、垃圾管理以及废物回收;相关法律法规的制定实施;雨水口的维护管理;对建筑工程的检测管理;土地使用规划管理;控制废物倾倒;材料使用限制;控制管道非法连接;公众教育等。但是最主要且最能被加以利用的方面应该是对雨水径流的资源化利用[9]。以下对国内外雨水利用的现状进行介绍。

1)国外雨水利用现状。

德国在20世纪80年代末把雨水的管理与利用列为90年代水污染控制的三大课题之一。修建大量的雨水池来截留、处理及利用雨水,并尽可能利用天然地形地貌及人工设施来截留、渗透雨水,削减雨水的地面径流,减少雨季合流制管网系统的溢流污水,降低水处理厂的负荷,减轻城市洪涝等。

美国和许多欧洲国家也在逐步转变过去单纯解决雨水排放问题的观念,认识到了雨水对城市的重要性。首先考虑雨水的截留、贮存、回灌、补充地表和地下水源,改善城市水环境与生态环境;还制定了相应的法规,限制雨水的直接排放与流失,并收取雨水排放费。日本在20世纪80年代也提出“雨水流出抑制型下水道”,采用各种渗透设施截留雨水或收集利用,做了大量的研究和示范工程,并纳入国家下水道推进计划,在政策和资金上给予支持[7]。

2)国内雨水利用现状。

我国真正意义上的非点源污染研究起始于对北京城市径流的研究,随后上海、杭州、苏州、南京、成都等地也逐渐开展起来。目前国内城市小区非点源污染的治理主要集中在雨水促渗与回灌、雨水处理回用两个大的方面[8]。

3)雨水利用及资源化措施。

本着预防比治理更为有效和省力的理念,与以往迅速的将雨水输送至污水处理厂再进行处理不同,美国、欧洲现在改变观念,采用环境工程措施,从污染的源头上加以控制,使雨水尽可能慢的流动,尽可能多的渗透到地下,以减轻雨水径流造成的环境污染[10]。解决城市雨水问题的对策包括工程和非工程两大类。从目标来讲,主要包括城市雨水综合利用和城市雨水径流污染控制两方面。

工程类措施包括雨水收集、输送与污染控制系统。根据雨水污染程度的不同,雨水收集又分为屋顶雨水收集和路面雨水收集处理系统。

由于屋顶雨水污染相对较轻,在国内已有不少成功收集利用的实例[7,11,12]。另外国内外也有不少专家提出了屋顶绿化的方案。Leslie Hoffman[13]认为屋顶绿化已经在国际上得到了很多应用,这种方法不仅是防止降雨径流的一个重要工具,而且能有效地减轻热岛效应。在德国,这种技术被广泛的应用,据2003年的统计结果表明,14%的水平屋顶都被绿色所覆盖。同时,也有相关机构建立了相应的屋顶绿化模型。

路面雨水的资源化利用的工艺主要包括绿地(缓冲区)、渗透渠(池)以及过滤沟等。随着人们生活水平的提高,城市小区的设计与施工越来越倾向于人性化。小区雨水的资源化利用方面也更注重了人与自然的和谐。因此,我们在雨水的资源化利用方面也应该更加注重非点源污染与生态景观的和谐。在满足了雨水收集利用的同时,也应该对景观格局进行进一步的优化。即建立小区雨水综合利用系统。小区雨水综合利用系统利用了生态学原理,通过人工净化和自然净化的结合,雨水集蓄利用、渗透与园艺水景观等相结合的综合性设计,从而实现建筑、园林、景观和水系的协调统一,实现经济效益和环境效益的统一,以及人与自然的和谐共存。这种系统具有良好的可持续性,能实现效益最大化,达到意想不到的效果。但要求设计者具有多学科的知识和较高的综合能力,设计和实施的难度较大,对管理的要求也较高。

3结语

随着中国经济的快速发展,中国已成为一个城市化快速发展的国家。城市小区建设带来的问题也是我们必须面临或已经面临的。

随着人们对非点源污染认识和治理力度的加强,小区非点源污染问题必定会成为我们更加关心的话题。为了实现建立生态城市的目标,必须选择可持续发展的道路。城市雨水利用是解决城市水资源短缺、减少城市洪灾的有效途径。同时城市雨水径流污染控制也是改善城市生态环境的重要组成部分。应将雨水利用与雨水径流污染控制、城市防洪、生态环境的改善相结合,应坚持技术和非技术措施并重,因地制宜,择优选用,兼顾经济效益、环境效益和社会效益,标本兼治,促进城市水资源和水环境的可持续发展。

点源污染 篇6

关键词：非点源污染,水质,水体富营养化,防治方法

1 概述

水体的污染源主要分为点源污染和非点源污染两种。点源污染是指废水通过排水管道收集后直接进入受纳水体的污染,而非点源污染是指无法通过排水管道收集的污水。“非点源污染主要是农业生产中一些固态或者液态的化学物质,随降雨流入地表径流的。”而农村的村落污水,由于一般都不会通过管网收集,也归类于非点源污染的行列。随着点源污染逐步得到控制,非点源污染所占的比例越来越大,如果不能得到有效地控制,就不能根本解决水质恶化的问题。

2 非点源污染的特征及其主要危害

近几年,由于农药化肥的大量使用,以及点源污染逐步得到控制,非点源污染已经在水体污染中占有越来越大的比例。与点源污染相比,非点源污染具有一系列的特征,其最大的特征就是难以收集性。由于难于收集,自然也就难以集中处理。“美国清洁水法修正案(1977年)定义非点源污染为‘污染物以广域的、分散的、微量的形式进入到地表水及地下水体’。”非点源污染的另外一个特征是在不确定的时间排放不确定的量。它可以通过地表径流和地下水淋滤、循环等途径进入地表水体。在各种途径中,“暴雨径流是非点源污染发生的主要动力,流域内降水的时间分布决定着非点源污染发生的时间特征”。因此,研究典型湖泊或者流域的暴雨径流的特征,通过多年暴雨径流检测资料的统计和分析,结合实验室和现场的实验,就可以研究出暴雨径流中主要污染物组分与降雨之间的关系,并分析得出几种主要污染物的时空分布和输移规律。其中,研究暴雨径流的产流过程的各个阶段中养分的流失量是很重要的一个环节。中国科学院山地所就在这方面做了大量的工作。有实验表明,“在整个降雨—径流过程中,各种污染物浓度在降雨初期较高,随着降雨时间的延长而呈下降趋势,各种污染物浓度变化曲线呈波浪形锯齿状,降雨初期是非点源污染物流失的高峰期”。

非点源污染的最大危害就是导致水体富营养化。“由于过量施用化肥和农药,大量的氮、磷等元素进入水体,将导致水体的污染,甚至会形成水体的富营养化,破坏水生生物的生存环境,将影响水生生物的生长,从而导致局域水生生态系统的失调。”氮磷是农业生长的营养因子,是化肥的主要成分。最近几十年来,由于农业的发展大量使用化肥,人类给自然界中人为添加的氮元素已经远远超出了自然所需。

3 非点源污染的主要防治方法

非点源污染由于其特殊性,治理的方法也有其自身的特点。“在过去的十年间,试图通过科学的方法来研究点源污染和非点源污染流失到地下水和地面水的例子已经非常之多了。但有一个已经被说了很多次但又不得不提的困难就是,面源污染控制的方法,国与国之间不同,流域之间也不同。”但是,治理的总体思路是一样的。通过对典型地区的研究,可以推广到地质气候相似的地区。至今,国内外已有了众多的研究成果,并相继运用到实践治理中。就众多的防治方法来看,大体可以分为两大类,即“源”防治和“汇”防治。

3.1 非点源污染的“源”防治

“源”防治方法,主要是从污染源头控制和减少氮、磷流失,也就是所谓的“管道前端”防治方法。主要通过产业结构、施肥措施、养殖业控制、饲养方式等,控制氮、磷的排放量、流失量来减少和控制非点源污染。

首先是控制施肥的措施。我国化肥用量大、利用率低一直是困扰我国农业生产的一个突出问题。用量过多,不但不会对农业增收有任何贡献,而且还会造成土壤的损害。因此,合理施肥是保护养分不过多流失的主要因素之一。有研究表明,“太湖地区稻油两季每亩施化肥磷45 kg即可满足高产需要,同时每季配施2 250 kg鲜重的秸秆,可同时收到高产高效而控制非点源磷污染的效果”。事实上当地的施肥量要远远高于这个水平。因此,低施肥量不会对农业造成减产,可以保证高产高效,同时又可以有效地控制养分的流失。

其次是农药使用与管理措施。农药是农业生产中十分重要的生产资料,农药用量水平与区域社会经济发达程度和农业生产水平密切相关。我国是世界上仅次于美国的农药生产和使用大国。每年的使用量在2.8亿hm2以上,而这些中间约有80%的农药直接进入环境。除农药的残留毒害作用外,主要是有机磷的流失污染,因此,农药对磷流失的贡献所占的比例是非常大的。对农药的防治,首先要加强管理,严格控制农药的使用用途和用量。其次,要通过各种途径,延长病虫灾的爆发周期,尽量少用农药。同时,研究新型农药和生物农药也是非常重要的。以上海为例,现在就在进行农药的结构性改良和升级,“以高效杀虫剂代替中低效杀虫剂,显著减少杀虫剂的用量。将中低型农药的比例降低”,这样就大大减少磷素的流失。

3.2 非点源污染的“汇”防治

“汇”防治法是相对于“源”的防治法,也就是“管道末端”的治理方法,着重于对污染物的去除和削减。研究较多的主要方法有:湿地去除、水生植物去除、生物技术等。

湿地是有效拦截非点源污染的有效途径之一。在芦苇和茭草生长季节,湿地底泥中的TP含量高于水稻田,因此,湿地对P有很好地吸附截留作用,“自然沟渠湿地是农田流失的N,P营养物质的汇聚场所,底泥中积累了丰富的有机质和N,P营养物质,湿地植物的吸收是净化非点源污染物的主要因素,茭草对N,P的吸收量高于芦苇,因此,茭草湿地对非点源污染物的截留和净化能力比芦苇高”。在不同的地区选择合适的湿地类型,就可以有效地利用湿地来控制养分流失。总的来说,“湿地可以起到过滤器的作用,去除水中颗粒,起到沉淀池的作用,去除氮元素,或者将其转化为其他形式,比如含N和C的气体”。

利用植被缓冲带技术来控制非点源污染。缓冲带是指邻近受纳水体,有一定宽度,具有植被,在管理上与农田分割的地带。“缓冲带能减少污染源和河流、湖泊之间的直接连接。悬浮物在过滤带中的沉降主要是过滤带糙率增加,引起水流流动速度降低,延长水流的流动时间,使径流下渗量增加,降低水流的携沙能力,使悬浮物在缓冲带中沉降。”

“汇”型景观结构的防治。农业流域中由于不同的水文地质条件和人为干扰措施,往往会形成一些能够对养分物质产生较强持留功能的景观结构,即“汇”型景观结构。“汇型景观结构通过滞留、缓冲功能及各种不同的持留机制,对泥沙和磷素的传输过程具有明显的空间调控作用,能够大幅削减向下游水体输出的面源污染负荷。”这些汇型景观结构还可以和地表水进行交换,并且在不同的降雨径流条件下,都有良好的污染物持留能力。因此,通过人工干预,建造出一些汇型景观结构也是一种很好的防治养分流失的方法。

4 我国非点源污染治理的难点

现阶段,我国仍处于非点源污染研究的起步阶段。“由于非点源污染的复杂特性,很多在技术上可行的防治方法,在实际中则是不可行或者效果不是很显著的。”为了有效地控制养分流失,农业的生产方式改革或改进是必要和有效的途径。但是事实上,可以有效应付养分流失的作物或者生产方式不一定是最经济的。农民为了达到利益最大化,往往不愿意进行改良。因此,除了政府采取一些强制手段之外,研究方向也应该放在如何能使技术可行与效益最优两者统一起来。只有这样,才能充分调动农民的积极性,从而减少农业的面源污染。毕竟,农民才是农业生产的主体。

5 结语

点源污染 篇7

1 农业非点源污染负荷模型

常用的农业非点源污染负荷模型有AGNPS、ANSWERS、SWAT等。

1.1 AGNPS模型

AGNPS是由美国农业部农业研究局联合明尼苏达州污染控制局和自然资源保护局共同开发的基于方格框架组成的流域分布式事件模型。AGNPS按照栅格采集模型参数,可以预测土壤养分流失,对农业地区的水质问题以重要性为顺序进行排列,同时模拟单次暴雨径流和侵蚀产沙过程。

模型可以连续模拟土壤水和地下水中的氮平衡,适用于流域景观特征、水文和土地利用规划等领域,模拟精度较高。但是无法模拟各营养物组分在河道中的转化过程、流域物理过程长期演变及土壤侵蚀时空分布规律等。

1.2 ANSWERS模型

ANSWERS是由美国弗吉尼亚州立大学建立的可以完成次降雨条件下的表面径流模拟和土壤侵蚀量的测算,并能模拟分析农业地区降雨期间及雨后的地表径流、土壤侵蚀量以及污染物流失量的分散型模型。

模型的优点是可计算建筑区域和农业流域的径流量和泥沙流失,模拟土地利用方式对水文和侵蚀响应的影响,同时模拟评估最佳管理措施。但是存在输入数据复杂,不能模拟各化学物质的相互转换,对于深层下渗、壤中流、河道基流、融雪过程等的模拟存在局限性。

1.3 SWAT模型

SWAT模型是由美国农业部农业局开发的流域尺度模型,用于模拟地表和地下水的水量和水质,预测不同土地利用情景下对流域水文、泥沙和农业化学物质产量的影响。

模型在美国是应用较为广泛的非点源模型之一,适用于资料短缺地区,可预测复杂流域内气候变化及土壤类型、土地覆被变化、农业管理措施等对流域水循环、泥沙、营养物质和农药、作物产量等的长期影响。模型仍存在许多不足:不能模拟详细的基于事件的洪水和泥沙,日模拟存在系统误差等。

2 城市非点源污染负荷模型

典型的城市非点源污染负荷模型有:SWMM、STORM、SLAMM等。

2.1 SWMM模型

SWMM模型即暴雨雨水管理模型,是1971年美国国家环境保护局推出的城市暴雨水量水质预测和管理模型,可以模拟完整的城市降雨径流过程。

模型的优点是可完整地模拟分析非点源污染负荷的产生过程,可计算分析径流中的各个污染物的负荷量,对录入数据的要求较低,通用性能较好、应用灵活。局限性表现在对污染物的生化反应的模拟能力很差,对与水质密切相关的管道泥沙运动也不能进行较好的模拟。

2.2 STORM模型

STORM是于1973年推出的城市暴雨径流模型,用于模拟城区降雨径流及水质变化过程,模型结构比较简单,不能模拟泥沙运动的过程和污染物的迁移转化过程。

2.3 SLAMM模型

SLAMM20世纪70年代中期美国学者Pitt等开发的用于城市非点源污染物识别和控制模拟的非点源污染模型。模型可以模拟多种控制管理装置和措施的污染物截留和去除效果;此外模型引入了随机分析,可以进行输入参数的不确定性分析。其局限在于不能进行雨水和污染物在管道和沟道中的模拟计算,因而不能输出径流过程和污染物浓度过程。

3 混合非点源污染负荷模型

3.1 HSPF模型

HSPF模型是1966年由美国环境保护署在SWM模型的基础上开发形成的可以模拟流域非点源污染的演进过程的混合模型。

模型主要模块包括透水地段水文水质模块和不透水地段水文水质模拟模块。HSPF是最全面和灵活的一种流域水文水质模型,以强大的水文模型为基础,能够应用于大多数的流域,能够模拟不同时间尺度的洪峰流量和低流量,模拟精度较高。但是HSPF对输入数据的要求较高,需要给出连续的降雨、蒸发、气温和日照等时间序列,同时也要有相应的连续水文水质监测数据来率定模型;并且模型假设污染物在受纳水体的宽度和深度方向上是充分混合的,所以模型的实用性受到了一定限制。

3.2 GWLF模型

通用流域污染负荷模型是1987年由美国康奈尔大学开发的一个流域污染负荷模型。模型属于半机理-半经验性流域负荷模型,主要用于多土地利用混合的中小型流域(10000km2以下)。模型能够模拟逐月和逐年的河川径流、沉积物传输以及氮、磷通量。模型对数据的要求不高,其精度基本满足我国环境管理的需求。

4 非点源污染负荷模型应用现状

马晓宇等将温州市典型住,区结合降雨径流实测数据构建了基于SWMM的非点源污染负荷计算模拟,表明SWMM模型可用于模拟城市非点源污染负荷及辅助管网的设计。白淑英等建立了开都河流域的SWAT月径流模拟模型,达到了模拟评价标准,开辟了在新疆其他河流乃至干旱半干旱内陆河地区径流模拟的先河。梅立永等选定不同的时间,应用HSPF模型模拟了深圳西丽水库流域水量和水质的连续动态变化。薛亦峰等应用HSPF模型对潮河流域内的大阁河流域进行水文模拟,表明HSPF模型在研究区对流域长期连续的径流量模拟具有较好的适用性。杜新忠等选取GWLF模型,有效模拟了柳河上游的月径流及总氮负荷,分析得到总氮污染源贡献率季节性差异明显。赵越等应用GWLF模型,评估了新安江上游练江流域把口断面的月时间尺度下总氮污染物通量,并分析了负荷来源。

5 结语

非点源污染是一个十分复杂的自然过程,现有基本数据库的缺乏、监测工作的薄弱、资金投入的短缺,给非点源的识别带来不确定性和模型模拟的巨大误差;有的模型带有明显的区域性,有较多的经验型参数,造成了在模型推广应用时,由于不同区域水文、气象条件的差异,模拟精度大大降低。

针对存在的上述几个问题,其解决方法及未来的发展趋势主要有:(1)着力提高模型数据规范性,(2)注重理论和实际相结合,将多模型方法在流域非点源污染负荷研究和实践中应用推广,(3)将GIS与模型相结合等。

摘要：流域污染负荷模型一般用来模拟沉积物和污染物的产生及其从源向受纳水体运动的过程,可以描述与估算污染负荷的产生和归趋。本文总结了农业非点源污染负荷模型、城市非点源污染负荷模型以及混合非点源污染负荷模型的模拟过程、适用性与局限性,指出了模型应用中存在的问题,并探讨了模型的研究与发展趋势。

关键词：流域,非点源,污染负荷,模型

参考文献

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[2]白淑英,王莉,史建桥,李伟.基于SWAT模型的开都河流域径流模拟[J].干旱区资源与环境,2013,27(9):79-84.

点源污染 篇8

东辽河上游辽源段流经辽源市、东辽县城区, 是辽源市工业污染物的主要受纳水体;而东辽河下游四平段仅流经公主岭市, 且农业面积较大, 其中玉米种植面积约为辽源段的4.5倍, 农业施肥量明显高于辽源段, 非点源污染特征存在差异;因此, 对比分析东辽河上下游非点源污染情况, 研究其异同之处, 对东辽河整体的非点源污染特征有一个系统的了解。本文运用径流分割法, 估算了东辽河下游四平段的非点源污染负荷, 分析其非点源污染负荷变化规律;并且与东辽河辽源段相比较, 综合研究东辽河上下游非点源污染特征, 为东辽河水环境管理政策的制定和调整提供充分的科学依据。

1 东辽河概况

东辽河是辽河上游左侧的大支流, 发源于吉林省辽源市东辽县的萨哈岭, 吉林省境内长321 km, 流域面积10 136 km2, 是辽河重要组成部分。东辽河上下游以二龙山水库为界, 上游为萨哈岭至二龙山水库, 下游为二龙山水库至四双大桥断面, 该断面为吉林省的跨界断面, 如图1所示。流域多年平均气温为5.2℃, 冬季冰封期长 (一般为11~12月, 1~3月) , 年平均降水量为641.6 mm左右, 主要集中在6、7、8月份, 约占全年降雨量的50%以上[3], 为丰水期;枯水期为1、2、11、12月份, 其余月份为平水期。

东辽河流域是吉林省重要的商品粮生产基地和畜牧业养殖重点区域, 玉米种植面积约占农作物种植面积的75%。上、下游农作物种植面积分别为164 000、777 000 ha (1 ha=0.01 km2) 左右, 下游约为上游的5倍;上、下游农用化肥施用量分别为142 326、558 693 t左右, 下游约为上游的4倍。

2 方法和数据来源

2.1 径流分割法

非点源污染估算模型分为机制性模型和功能性模型。机制性模型主要有SWAT模型[4]、HSPF模型[5]等;功能性模型主要有径流分割法[6]、水量水质法[7]、平均浓度法[8]等。其中径流分割法, 是将点源和非点源污染通过河流水文资料的特点分割开来, 认为非点源污染主要是由非枯水期地表径流引起的, 枯水季节的水质污染主要由点源污染引起, 直接在河流的控制断面对非点源污染负荷进行估算[9]。其计算公式为:

式中:L非为非点源污染负荷, t/a;L总为断面总污染负荷, t/a;D为转换系数;Qi为枯水期i月的日均流量, m3/s;Ci为枯水期i月污染物的监测浓度, mg/L;ti为枯水期i月的天数, d;L月为非点源月负荷, t/m;当月的日均污染负荷, t/d;t为当月的天数, d。

2.2 数据来源

选取四双大桥断面估算2006~2010年COD和氨氮的非点源污染负荷。四双大桥断面水质监测数据来自监测站监测数据, 其对应的水文站———王奔水文站的水文数据来自双辽市水文局, 降水资料来自四平市气象资料。

3 非点源COD污染特征对比分析

3.1 年际对比分析

如表1所示, 东辽河下游非点源COD占比在61%~83%之间, 2010年占比最大, 为82.92%, 2006年占比最小, 为61.14%。因此, 下游非点源COD污染负荷占比较大, 主要污染为非点源污染。

注:*上游数据来源于《东辽河辽源段非点源污染估算与变化规律分析》。

分析显示, 下游非点源COD占比整体高于上游 (50%~65%) , 这一方面是因为下游四平段的点源负荷较小, 仅为上游的三分之一左右;另一方面, 农作物种植面积是辽源段的4.5倍, 化肥施用量是辽源段的4倍, 因此受纳了更多的农业非点源污染。所以, 与上游辽源段相比, 下游四平段的非点源COD污染更重。

3.2 年内对比分析

东辽河降雨量年内分布不均, 夏季汛期降雨量多, 其它月份降雨量较少;而非点源污染主要是由于降水形成地表径流冲刷导致, 因此, 降雨量的年内分布不均必然影响非点源的年内分布不均。因此有必要分析下游四平段非点源污染负荷的年内分布与降水量、流量的关系, 与上游辽源段作对比分析, 综合研究东辽河的非点源污染特征。

3.2.1 年内分布对比

注:*上游数据来源于《东辽河辽源段非点源污染估算与变化规律分析》。

数据显示, 东辽河下游四平段非点源COD负荷年内分布不均, 非点源COD占比较高月份为7、8月, 分别为32.50%、26.85%。这两个月占全年总量的59.35%;其次为4月份和6月份, 分别为10.20%、13.72%, 其中6~8月份非点源COD污染负荷占比为73.07%, 数据说明东辽河下游四平段非点源COD污染主要在夏季汛期, 高峰为7月, 如表2所示。上游非点源COD负荷6~8月占比为70.74%, 非点源COD污染主要在夏季汛期, 7月为高峰期[2], 如表2所示。对比发现, 东辽河上下游非点源COD负荷的年内分布具有相似性, 非点源COD负荷均受夏季汛期的影响较大, 高峰均为7月份。

3.2.2 年内分布与降水量、流量关系的对比

如图2、图3所示, 东辽河下游非点源COD负荷的年内分布规律基本与同时期的降水量、流量一致, 存在较大的相关性。非点源COD高峰为7、8月;降水量、流量的峰值也为7、8月份, 出现的时间相同, 这是因为降雨径流的冲刷是产生非点源污染的原动力, 7月份降水量大, 导致非点源COD也大。4月份非点源COD略高于3月份和5月份, 这是因为东辽河四平段冬季冰封期降水以冰雪的形式存在, 不形成地表径流, 非点源污染没有进入水体, 4月份温度升高, 冰雪逐渐融化形成地表径流从而携带冰封期的COD进入水体造成非点源污染, 导致非点源COD负荷4月份比3月份和5月份高。

上游非点源COD负荷与降水量、流量一致, 非点源COD负荷高峰为7月[2], 如图2、图3所示。对比分析表明, 东辽河上下游非点源COD负荷的年内分布均与降水量、流量一致, 峰值均为7月份。

4 非点源氨氮污染特征对比分析

4.1 年际对比分析

如表3所示, 东辽河下游非点源氨氮占比在55%~69%之间, 2010年占比最大, 为68.44%, 2007年占比最小, 为55.31%。可以看出, 下游非点源氨氮污染负荷占比较大, 主要污染为非点源污染。上游非点源氨氮负荷占比一般为30%~55%[2], 如表3所示。可以看出, 下游非点源氨氮占比整体高于上游, 与上游辽源段相比, 下游四平段的非点源氨氮污染更重, 是东辽河水污染治理的关键。

4.2 年内对比分析

4.2.1 年内对比分析

数据显示, 东辽河下游四平段非点源氨氮负荷年内分布也不均。但与COD不同的是, 东辽河下游非点源氨氮占比较高月份为4月、8月, 分别为20.32%、52.92%, 这两个月份总共占比为73.24%, 这表明东辽河下游非点源氨氮污染负荷一年内出现两次高峰, 即春汛和夏汛, 如图4所示。与上游的非点源氨氮年内分布[10]作对比, 发现, 上下游非点源氨氮一年均有两次高峰, 但下游峰值较上游推后1个月。

注:*上游数据来源于《东辽河辽源段非点源污染估算与变化规律分析》。

4.2.2 年内分布与降水量、流量关系的对比

对比分析东辽河上下游非点源氨氮负荷与降水量、流量的关系, 结果如图5、图6所示, 东辽河下游非点源氨氮有4月、8月两次高峰, 其中, 4月高峰一方面是因为冬季冰封期农田秸秆腐烂、动物粪便、生活垃圾等产生的氨氮积累在冰雪中, 4月份温度升高, 冰雪融化, 氨氮随地表径流进入水体;另一方面是因为春季农业施肥造成的非点源污染。8月高峰是因为该时期大量施用的农业化肥随着8月份的大量降水形成的地表径流进入水体, 导致该时期非点源氨氮高峰。与非点源COD不同的是, 非点源氨氮与降水量、流量不是很一致, 虽然降雨量、流量峰值在7月, 但氨氮峰值在8月, 氨氮峰值滞后了1个月。

上游非点源氨氮的月际变化与降水量、流量一致, 降雨量、流量峰值在7月[2], 氨氮峰值也为7月, 如图5、图6所示。对比分析发现, 东辽河上、下游非点源氨氮负荷的月际变化与降水量、流量的关系有所区别, 上游非点源氨氮负荷变化与降水量、流量一致, 但下游非点源氨氮峰值滞后1个月。

4.3 东辽河下游非点源氨氮高峰滞后原因分析

4.3.1 下游氨氮峰值滞后COD峰值原因分析

辽源市、四平市的玉米种植面积如表4所示。该地区种植的一年一熟的春玉米生长时间长, 一般宜轻施拔节肥, 重施穗肥, 在8月份进入抽穗期[10]。玉米抽穗期对养分、水分、温度、光照要求最多的时期, 追肥以氮肥为主。8月份正是东辽河下游四平段降雨量较多的时候, 大量的降雨形成地表径流冲刷大量氮肥进入东辽河, 造成非点源氨氮污染严重, 形成非点源氨氮高峰。而7月份然降雨量、流量虽然最多, 但此时施用的氮肥很少, 所以非点源氨氮负荷也很少, 形成不了氨氮高峰。而四平段非点源COD来源广泛, 不仅来源于农药化肥, 农村生活污水、生活垃圾、畜牧养殖等对非点源COD的影响也很大, 非点源COD负荷与降水量、流量保持一致, 降水量、流量高峰在7月, 因此非点源COD高峰为7月份。

4.3.2 下游氨氮峰值滞后上游氨氮峰值原因分析

李杰等人研究表明东辽河上游辽源段非点源氨氮的峰值在7月份, 与降水量、流量的变化一致[2]。但本文研究表明, 东辽河下游四平段非点源氨氮峰值在8月, 与降水量、流量不一致。导致这种区别的主要原因是东辽河上游辽源段的农作物总播种面积、玉米种植面积少, 8月份的氮肥施用量少, 导致8月份非点源氨氮负荷少。2006~2009年四平段的玉米播种面积基本上是辽源段的4.5倍左右, 氮肥施用量是辽源段的3倍左右, 具体如表4所示, 从而辽源段非点源氨氮受农业活动影响小, 8月份农业非点源氨氮来源少, 氨氮主要还是来源于农村生活垃圾、生活污水等, 受降雨量的影响, 从而非点源氨氮高峰在7月份而不是8月份;东辽河四平段的农作物播种面积大, 氮肥施用量多, 非点源氨氮主要来源于氮肥的施用, 8月份施用的氮肥多, 尽管降雨量比7月份少, 但峰值依然为8月份。

5 结论

本文采用径流分割法对东辽河下游非点源COD和氨氮负荷进行估算, 分析其变化规律, 并与上游辽源段相比较。结果表明, 下游四平段非点源COD占比在61%~83%之间, 非点源氨氮占比在55%~69%之间, 均高于上游, 非点源污染下游比上游更重。东辽河下游四平段非点源污染负荷月际变化明显, 其中非点源COD受夏季汛期的影响较大, 占比为73.07%;非点源氨氮污染负荷主要受春汛和夏汛的共同影响, 占比总共为73.24%。东辽河上、下游非点源COD负荷与降水量、流量一致, 峰值均为7月份。东辽河上游非点源氨氮峰值与降水量、流量一致, 峰值7月份;受8月份玉米主产区施肥的影响, 下游非点源氨氮负荷与降水量、流量不一致, 峰值为8月, 比非点源COD峰值时间滞后1月。由于下游玉米种植面积大、施肥量大, 下游非点源氨氮峰值比上游非点源氨氮峰值滞后1个月。

本研究表明, 非点源污染是影响东辽河水质的主要因素, 控制非点源污染排放是改善其水环境质量的关键环节。而非点源污染受玉米种植的影响大, 要控制非点源污染, 必须科学合理施用农药、化肥, 减少肥料投入量, 控制农田径流污染。

参考文献

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点源污染 篇9

关键词：非点源污染,单位面积负荷,平均浓度,水质水量相关,土地利用

非点源污染是相对于点源污染而言的, 指溶解的或固体颗粒物从非特定地点, 在降水和地表径流的冲刷作用下, 随降雨径流的汇流过程进入河流、湖泊、水库、海湾等受纳水体, 而引起的水体污染[10]。

在控制非点源污染时, 首先需要确定非点源污染负荷, 并根据污染负荷在时间、空间分布采取相应的控制措施[8,12,15]。准确预测流域非点源污染年负荷, 需要在流域出口处监测每一场降雨径流和相应的水质资料, 由于非点源污染是一种随机性、不确定因素很多的复杂过程[1], 获取每场降雨径流过程的数据资料比较困难。实际研究中, 大部分流域没有水质水量同步监测资料或仅有部分监测资料 (有限监测资料) , 如何合理的利用这些数据来预测非点源污染负荷一直是非点源污染控制中的重点问题, 难点问题之一[14]。纵观国内外文献, 目前主要借助数学模型和统计相关模型来预测缺乏资料流域的非点源污染负荷。数学模型是通过模拟非点源污染产生的两个重要过程:降雨产、汇流过程, 污染物产、汇污过程, 来估算非点源污染负荷 (年、次暴雨) [10,12,14]。目前, 虽然开发了大量的非点源污染数学模型[8,14], 其缺点也十分明显:模型适用面积较小;流域划分单元格破坏实际的产汇流、产汇污过程。另外国外大多数模型中的产汇流、产汇污参数在我国缺乏应用资料, 难以推广, 如水土流失方程、SCS曲线法等。统计相关模型是抛开污染物的产流、汇流过程, 立足于受纳水体的水质监测资料, 预测流域的非点源污染负荷。大量的经验统计模型可供利用, 包括水质水量相关、水质土地利用相关、水质多元回归等[4,3,8,11]。统计相关模型具有参数需求量少、计算简单、运用方便等优点, 在实际中得到大量运用。但是其缺点也很显然, 建立统计相关模型需要大量数据;模型具有区域性;模型大多预测次暴雨径流污染负荷, 而实际中往往需要的是非点源污染年负荷, 以及不同年份的非点源污染年负荷。我国非点源污染研究处于起步阶段, 大部分流域和地区基础资料缺乏, 只有较小区域具有有限的水质水量同步资料[6,13]。

1 非点源污染负荷预测方法

我国部分地区和有关流域开展了非点源污染研究, 积累了有限的非点源污染监测数据[5,18]。合理、有效地利用这些数据, 预测非点源污染年负荷 (平水年、枯水年、丰水年) , 对于非点源污染控制具有重要意义。本文在这些方法的基础上, 提出改进的单位面积负荷法、水质水量相关法、平均浓度法、流域土地利用类型指数法。

1.1 单位面积负荷法 (改进)

一般农业流域具有多种土地利用方式, 不同土地利用类型的单位面积污染负荷不同[1,12]。确定每种土地利用类型的单位面积负荷需要长期的监测资料, 同时单位面积负荷法仅能预测流域多年平均非点源污染负荷[1,10]。对于具有有限监测资料的流域, 将监测的每场次暴雨径流量和非点源污染负荷除以流域面积, 可以得到每场次暴雨径流的单位面积负荷 (径流、污染物) 。

次暴雨径流单位面积负荷:

式中:Wu-流域次暴雨径流的单位面积负荷;Wi-第i场次暴雨径流的非点源污染负荷;A-流域面积。

由于流域的每场次暴雨径流污染负荷与降雨特征 (强度、持续时间、降雨时间间隔) 和作物生长等因素有关, 为了充分反映上述因素的影响, 利用流量权重法求得流域平均单位面积负荷, 即:

式中:-流域平均单位面积负荷;Wuk-第k次暴雨径流的非点源污染单位面积负荷;Quk-第k次暴雨径流量;m-暴雨径流监测场数。

次暴雨径流的污染负荷量与径流量间存在相关关系[10,12], 污染物单位面积负荷与单位面积径流负荷间也应存在着相同的关系, 同时消除研究尺度 (流域面积) 的影响, 便于流域非点源污染资料的外。

推[12,14]。当需要预测不同年份的非点源污染负荷时, 假定单位面积年径流深与单位面积年负荷间也符合该相关关系, 即可预测出流域的单位面积负荷, 进而可得流域的非点源污染年负荷量。

1.2 平均浓度法

降雨径流过程中, 根据单场实测次暴雨径流的平均浓度计算单场次暴雨径流的污染负荷, 利用流量权重法可求得流域次暴雨径流的污染物平均浓度。对于资料缺乏的流域, 只要预测出流域年次暴雨径流量, 即可计算出流域次暴雨径流的年污染负荷。

式中:W-非点源污染年负荷;Wk-第k场次暴雨径流的非点源污染负荷量;k-一年的降雨产流场数。

在实际中当监测的径流场数以及检测样本数均十分有限时, 可以利用式 (5) 计算单场次暴雨径流污染物的平均浓度:

式中:n-径流样本数。

一般研究流域往往具有多场监测数据, 利用流量权重法计算流域次暴雨径流平均浓度以消除不同场次间因径流量引起的偏差, 即:

式中符号意义同上。

对于不同年份非点源污染负荷可根据下式计算:

式中:Qp-某一年的次暴雨径流量。这样只要知道次暴雨径流量 (年、场暴雨) , 即可得到流域非点源污染年负荷量 (平水年、丰水年、枯水年) 。

1.3 水质水量相关法

非点源污染负荷量与次暴雨径流量间存在着线性或非线性相关关系, 利用流域有限的监测数据可以建立污染负荷与径流量的相关关系, 相关形式主要有线性、指数、对数形式, 笔者认为对数形式比较适合, 因为径流在一定范围内, 污染负荷随着径流量增加而增加, 但是最后趋于稳定值 (径流量很大, 而污染物浓度很低) , 利用对数关系可以反映这一实际情况12。一般的相关关系见式 (8) :

式中:Wk-第k场次暴雨径流的污染负荷;Qk-第k场次暴雨径流量;a、b-相关系数。

假设流域非点源污染年负荷与年次暴雨径流间也存在这样的相关关系, 只要得到年次暴雨径流即可预测出流域的非点源污染年负荷。但是, 这样的处理预测结果偏小。

对于流域M次降雨产流, 年负荷实际计算如下:

按照假设, 流域非点源污染年负荷:

很明显式 (9) 的第一项远大于式 (10) 的第一项, 当第二项的作用远小于第一项时, 这样假设的预测结果要小于实际情况。当第二项的作用远大于第一项时, 这种影响可以忽略不计。利用水质水量相关关系时必须注意这种影响, 需要分析影响程度。

1.4 流域土地利用类型指数法

对于没有水质水量同步监测资料的流域, 可以选取气候、降雨类似的参考流域 (具有水质水量同步监测资料) , 通过分析两个流域间的下垫面差异, 利用非点源污染负荷与流域土地利用类型间的关系, 预测无资料流域的非点源污染负荷。

一般农业流域的土地利用类型比较接近, 主要有耕地、村庄、水体、森林等。流域土地利用类型指数:

式中:R-流域土地利用类型指数;SF-森林面积;SG-草地面积;SA-耕地面积;SV-村庄面积。

流域土地利用类型指数反映了流域产生非点源污染的能力, 值越大反映流域产生的非点源污染负荷越少;同时该值受流域基质影响, 在选择参考流域时要注意两个流域基质要基本相同, 以免预测结果误差太大。

当流域的土地利用类型指数已知后, 利用式 (12) 计算无资料流域的非点源污染负荷:

式中:WR-无资料流域的非点源污染负荷 (平水年、丰水年、枯水年) ;WC-参考流域的非点源污染负荷 (平水年、丰水年、枯水年) ;RC-无资料流域的土地利用类型指数;RR-参考流域的土地利用类型指数;AR-参考流域面积;AC-无资料流域面积。

2 结论