孔 舒 張 健 胡 星 趙曉旭

水文水資源

泗河沿岸面源污染情況分析與治理措施

孔 舒 張 健 胡 星 趙曉旭

泗河是濟(jì)寧市境內(nèi)較大河流，發(fā)源于濟(jì)寧市泗水縣,經(jīng)魯西南平原，流入南四湖。干流長(zhǎng)159km，流域面積2361km2。泗河為山洪性河流，河水主要由降水補(bǔ)給，汛期洪水集中。泗河沿岸主要以農(nóng)田和村莊為主，受面源污染的危害較大。

面源污染是最為重要且分布最為廣泛的污染，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)中的氮素和磷素等營(yíng)養(yǎng)物、農(nóng)藥以及其他有機(jī)或無(wú)機(jī)污染物，通過(guò)農(nóng)田地表徑流和農(nóng)田滲漏形成地表和地下水環(huán)境污染。土壤中未被作物吸收或土壤固定的氮和磷通過(guò)人為或自然途徑進(jìn)入水體，是引起水體污染的一個(gè)重要因素。近年來(lái)面源污染對(duì)水體污染所占比重呈上升趨勢(shì)，開(kāi)展相關(guān)研究尋求解決面源污染治理的方法尤為必要。

一、面源污染調(diào)查方法

此次面源污染調(diào)查的對(duì)象包括農(nóng)村生活污水與固體廢棄物、化肥農(nóng)藥使用、畜禽養(yǎng)殖和地表徑流四項(xiàng)。此次以《2012年濟(jì)寧市統(tǒng)計(jì)年鑒》為基礎(chǔ)，結(jié)合補(bǔ)充調(diào)研，估算泗河面源污染負(fù)荷量。

1.農(nóng)村生活污染源估算

農(nóng)村生活污染源調(diào)查分析主要包括農(nóng)村生活污水及生活垃圾產(chǎn)污兩部分。根據(jù)文獻(xiàn)《全國(guó)水資源綜合規(guī)劃地表水水質(zhì)評(píng)價(jià)及污染物排放量調(diào)查估算工作補(bǔ)充技術(shù)細(xì)則》（簡(jiǎn)稱(chēng)《細(xì)則》）可得生活污水中污染物排放系數(shù)。農(nóng)村生活垃圾產(chǎn)污的計(jì)算是根據(jù)人均生活垃圾系數(shù)以及垃圾污染物含量求得。參考《細(xì)則》可得生活垃圾和固體廢棄物總磷和總氮取值。根據(jù)《濟(jì)寧市統(tǒng)計(jì)年鑒》得到計(jì)算區(qū)域農(nóng)村人口統(tǒng)計(jì)數(shù)，最終計(jì)算出農(nóng)村生活污水及生活垃圾污染物產(chǎn)生量（見(jiàn)表1）。

2.農(nóng)藥化肥污染估算

根據(jù)《濟(jì)寧市統(tǒng)計(jì)年鑒》，概算出泗河沿岸不同農(nóng)作物的種植面積，進(jìn)而根據(jù)種植面積估算出相應(yīng)不同化肥量，同理可求得農(nóng)藥使用量。根據(jù)調(diào)查統(tǒng)計(jì)化肥、農(nóng)藥施用量，折算成有效成分（化肥以N、P計(jì)，農(nóng)藥以有機(jī)氯、有機(jī)磷計(jì)），再計(jì)算化肥和農(nóng)藥流失量。

的數(shù)據(jù)計(jì)算化肥流失量，公式如下：

總氮=（氮肥+復(fù)合肥×0.3+磷肥×0.185）×20%

總磷=（磷肥+復(fù)合肥×0.3）×15%

根據(jù)費(fèi)希納的對(duì)數(shù)定律，Dehaene(2003)提出了數(shù)量覺(jué)察的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)數(shù)模型〔12〕，認(rèn)為主觀心理數(shù)字線是以客觀數(shù)量的對(duì)數(shù)函數(shù)壓縮。主觀心理數(shù)量級(jí)成正態(tài)信號(hào)分布，與線性模型不同的是，數(shù)量梯度變化是固定的。不同數(shù)量的心理數(shù)字的正態(tài)函數(shù)分布按空間對(duì)數(shù)形式排列，數(shù)量值越大，空間距離越緊密。其神經(jīng)機(jī)制是，不同數(shù)量激活頂內(nèi)溝(intraparietal sulcus)區(qū)域相應(yīng)位置上神經(jīng)元組合同時(shí)放電，形成各自的調(diào)諧曲線。所激活的神經(jīng)元放電曲線是以對(duì)數(shù)刻度分布的，因此少量神經(jīng)元就可完成大范圍內(nèi)數(shù)量的編碼。

氨氮=（氮肥+復(fù)合肥×0.3+磷肥×0.185）×20%×10%

農(nóng)藥污染負(fù)荷量則根據(jù)有機(jī)磷和氨基甲酸酯類(lèi)進(jìn)行估算，其中COD估算量根據(jù)NH3-H的0.3倍取值。

泗河沿岸農(nóng)藥、化肥污染估算成果表見(jiàn)表2。

3.禽畜養(yǎng)殖污染估算

從《濟(jì)寧市統(tǒng)計(jì)年鑒》得到畜禽的飼養(yǎng)數(shù)量。根據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果可知每年的禽畜養(yǎng)殖數(shù)量，再將禽畜數(shù)量乘以對(duì)應(yīng)的糞便年排放量就可求得各個(gè)縣市的每種禽畜的年糞便排放量。根據(jù)表3的畜禽糞便污染物含量進(jìn)而可以計(jì)算得到禽畜污染物年排放量。根據(jù)《畜禽養(yǎng)殖業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB18596-2001）得畜禽糞便排泄系數(shù)和飼養(yǎng)周期。

通過(guò)計(jì)算，泗河沿岸畜禽養(yǎng)殖污染情況見(jiàn)表4。

4.地表徑流負(fù)荷估算

降雨徑流初期作用十分明顯。特別是在暴雨初期，由于降雨徑流將地表的、沉積在下水管網(wǎng)的污染物，在短時(shí)間內(nèi)，突發(fā)性沖刷匯入受納水體，而引起水體污染。具有突發(fā)性、高流量和重污染等特點(diǎn)。

表1 農(nóng)村生活污染源污染物產(chǎn)生量調(diào)查表

表2 泗河沿岸農(nóng)藥、化肥污染調(diào)查成果表

表3 畜禽糞便污染物含量計(jì)算表

地表徑流的估算基于SWAT模型，根據(jù)SCS曲線數(shù)法計(jì)算城鎮(zhèn)區(qū)域地表徑流，USGS回歸方程估算暴雨徑流負(fù)荷，最終算得年平均降雨512mm情況下年平均污染負(fù)荷：TN為 0.9133kg/ha，TP為0.1679kg/ha，其中TN和TP分別為地表徑流、壤中流和地下水回流中污染負(fù)荷之和。該平均負(fù)荷值與各縣城鎮(zhèn)面積的乘積得城鎮(zhèn)地表徑流負(fù)荷估算值。其中，各縣城鎮(zhèn)面積通過(guò)ArcGIS工具，利用土地利用圖層及縣域邊界圖層，通過(guò)疊加、裁切等空間分析手段獲得。

表4 泗河沿岸畜禽養(yǎng)殖污染現(xiàn)狀調(diào)查表

表5 泗河沿岸地表徑流負(fù)荷現(xiàn)狀調(diào)查表

表6 泗河沿岸面源污染排放量估算表

表7 泗河沿岸面源污染入河量估算表

圖1 泗河沿岸面源污染物不同來(lái)源比例情況示意圖

二、面源污染現(xiàn)狀評(píng)價(jià)

將各縣農(nóng)村生活污染源、農(nóng)藥化肥污染、禽畜養(yǎng)殖污染和城鎮(zhèn)地表徑流四部分污染負(fù)荷疊加得面源污染負(fù)荷產(chǎn)生總量。泗河沿岸面源污染調(diào)查成果見(jiàn)表6。

泗河沿岸面源污染物中COD、氨氮、TP和TN分別為7838t/a、4165t/a、198t/a和5729t/a，其中COD和總磷主要來(lái)自農(nóng)村生活污染，農(nóng)村生活污染的污染物分別占總量的 80.8%和83.2%；氨氮和總氮主要來(lái)自農(nóng)藥化肥污染，農(nóng)藥化肥污染源的產(chǎn)生量占總量的89.1%和83.1%。泗河沿岸面源污染中各種污染物不同來(lái)源比例情況見(jiàn)圖1。

三、面源入河量計(jì)算

根據(jù)地表徑流污染物入河系數(shù)取0.7%，化肥農(nóng)藥使用污染物入河系數(shù)取7%（其中氨氮入河系數(shù)取3%），農(nóng)村生活污水及固體廢棄物污染物入河系數(shù)取0.15%，畜禽養(yǎng)殖污水中污染物入河系數(shù)取7%。通過(guò)計(jì)算泗河沿岸入河量見(jiàn)表7。典型區(qū)域面源污染物中COD、氨氮、TP和TN入河量共計(jì)分別為 20.7t/a、12.4t/a、0.5t/a和36.1t/a。

面源污染涉及面廣，影響因素多，只有運(yùn)用系統(tǒng)的方法對(duì)面源污染的全過(guò)程進(jìn)行控制，才能使得面源污染得到遏制?？刹捎靡韵路椒p少面源的入河量。

（1）在河流的兩岸適當(dāng)增加濕地面積，有效消減農(nóng)業(yè)面源污染負(fù)荷。濕地系統(tǒng)作為陸生系統(tǒng)和水生系統(tǒng)的過(guò)渡帶，通過(guò)土壤吸附、植被吸附、生物降解等一系列作用，能有效減少進(jìn)入水體的氮、磷含量。加強(qiáng)濕地建設(shè)還能豐富生態(tài)環(huán)境與景觀多樣性。

（2）利用農(nóng)村多水塘的特點(diǎn)，削減徑流量，降低污染源、污染物的輸出濃度。多水塘系統(tǒng)是以水塘為點(diǎn)，溝渠為線的流域系統(tǒng)，能有效截留氮、磷污染和水體中的懸浮物。

（3）利用植被對(duì)土壤養(yǎng)分的吸收能力和對(duì)農(nóng)業(yè)面源污染的截流、過(guò)濾能力，在農(nóng)田與水體之間建立合理的緩沖帶，將農(nóng)田和水體隔開(kāi)，有效減少農(nóng)田地表和地下徑流帶來(lái)的污染。緩沖帶是與受納水體鄰近、具有一定寬度的植被或林地、在管理上與農(nóng)田分割的地帶，能避免污染源與河流、湖泊貫通，減少侵蝕遷移的土壤進(jìn)入水體，截留土壤侵蝕的養(yǎng)分污染物，改善水質(zhì)。

（4）農(nóng)業(yè)面源污染對(duì)水環(huán)境的主要影響是由地表徑流產(chǎn)生的。因而，有效治理水土流失是解決水體污染的根本。通過(guò)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整，做好退耕還林、還草、還濕，能有效抑制水土流失、土地沙漠化。另外，在適當(dāng)?shù)膮^(qū)域構(gòu)筑必要的攔水截沙槽、攔沙壩等工程設(shè)施，能有效減少泥沙沖刷，對(duì)防治水體污染有較好的效果。

（5）調(diào)動(dòng)農(nóng)民的環(huán)境保護(hù)意識(shí)和自主參與污染控制工作的積極性。加強(qiáng)對(duì)農(nóng)民的宣傳和教育,讓農(nóng)民知道農(nóng)業(yè)面源污染的危害和原因,認(rèn)識(shí)到控制農(nóng)業(yè)面源污染對(duì)于農(nóng)業(yè)環(huán)境安全的重要性。

（6）大力推廣有機(jī)肥料資源高效利用技術(shù)。針對(duì)規(guī)?；笄蒺B(yǎng)殖業(yè)的迅速發(fā)展和作物秸稈的過(guò)剩，利用應(yīng)用信息和數(shù)據(jù)庫(kù)等技術(shù)，構(gòu)建數(shù)字化有機(jī)肥資源、分布管理和面源污染監(jiān)測(cè)平臺(tái)，形成有機(jī)肥科學(xué)施用決策系統(tǒng)和環(huán)境評(píng)估預(yù)警系統(tǒng)；推廣規(guī)?；B(yǎng)殖場(chǎng)畜禽糞便無(wú)害化、資源化與產(chǎn)業(yè)化技術(shù)；綜合利用農(nóng)作物秸稈，實(shí)現(xiàn)有機(jī)養(yǎng)分再循環(huán)，實(shí)現(xiàn)有機(jī)廢料資源的科學(xué)管理與合理高效使用，減輕對(duì)環(huán)境的壓力

（作者單位：山東省濟(jì)寧市水文局272000）