农业面源污染入河量特征污染物反演法研究

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1、灌溉排水学报２０１４年８月第３３卷第４／５期ＪｏｕｒｎａｌｏｆＩｒｒｉｇａｔｉｏｎａｎｄＤｒａｉｎａｇｅ文章编号：１６７２－３３１７（２０１４）０４／０５－０２２４－０４＊农业面源污染入河量特征污染物反演法研究谭霞，王康，黄介生（武汉大学水资源与水电工程科学国家重点实验室，武汉４３００７２）摘要：提出了反演分析法，该方法通过河道水量、污染物均衡分析，点源、面源入河量迭代反演，以及全河段水质水量校验，估算局部河道面源污染；并应用于黄柏河流域东支河流，进而验证该反演分析法。结果表明，基于特征污染物及质量平

2、衡的方法能够有效地确定特征点源、面源污染对河道水质的污染贡献，采用特征污染物反演法能够准确估计区域面源污染入河量。关键词：农业面源污染；入河量；质量平衡；特征污染物；反演中图分类号：Ｓ５２文献标志码：Ａｄｏｉ：１０．１３５２２／ｊ．ｃｎｋｉ．ｇｇｐｓ．２０１４．０４／０５．０４８谭霞，王康，黄介生．农业面源污染入河量特征污染物反演法研究［Ｊ］．灌溉排水学报，２０１４，３３（４／５）：２２４－２２７．相比点源污染，面源污染发生具有间歇性、随机性、不确定性等特点，污染负荷时空变异性较大。农业面源污染主要包

3、括农田、农村生活、畜禽养殖和水土流失等多种污染。面源污染的确定方法主要包括２种：一［１－２］种是根据区域人口、畜禽养殖数量、农田面积及种植结构对面源污染产生量和入河量进行估算；另一种则［３－４］是将农村生活、畜禽养殖所产生的面源污染物折合为施肥量，以与农田面源污染相同的形式计算入河量。然而，河道污染物通常既来自点源也来自面源，面源污染物入河量的估计通常难以直接验证。基于面源污染［４］［５］［５］物的形成和入河过程，输出系数法、平均质量浓度法、水质水量相关法等可简洁地估计面源污染入河［６］［７－８］量，

4、但存在变量难于确定、过程非线性等问题。为此，提出特征污染物反演法反演面源污染入河量，并以宜昌市黄柏河流域为研究对象分析其适用性。１材料与方法１．１研究区概况研究区位于黄柏河流域东支，该河流发源于湖北省宜昌市夷陵区内的黑良山，河长１３０ｋｍ，集雨面积２，多年平均降雨量１１３８ｍｍ，蒸发量１３３２ｍｍ，径流量８．９５亿ｍ３，流量２８．３５ｍ３／ｓ。黄柏河流１１６５ｋｍ域的点源污染主要是磷矿开采过程中形成的磷酸盐污染以及使用炸药形成的硝酸盐污染。面源污染比较复杂，包括农田、农村生活、畜禽养殖等污染。２０１３

5、年６月在黄柏河流域东支河流进行了点源、面源污染调查以及水质监测，流域内玄庙观、天福庙、西北口和尚家河水库汇流区内点源和面源污染基本情况如表１所示。表１研究区点源、面源污染源情况磷矿产量／人口／万人农田面积／ｈｍ２畜禽养殖水库企业／个万ｔ城镇农村水田旱地猪／头羊／只鸡／只玄庙观２６１０３８５８３４１３７７００４８０５．９８００４０８００天福庙３０６１５１７１４８５０５２９０．２６６２．２０００西北口１５１６００１２５９４６６１．６７７４１４３０５０５５２００尚家河０２０００１２６９７１３４４．２６７７９

6、０．９９０００＊收稿日期：２０１４－０３－１８基金项目：国家水体污染控制与治理科技重大专项（２０１３ＺＸ０７５０３－００１－０２，２０１２ＺＸ０７２０１－００６）作者简介：谭霞（１９９０－），女，硕士研究生，主要从事农业面源污染方面研究。通讯作者：黄介生（１９６２－），男，教授，主要从事水土资源高效利用研究。Ｅ－ｍａｉｌ：４１０９９８１２９＠ｑｑ．ｃｏｍ２２４以天福庙水库为例，说明研究区入库径流及污染源分布，见图１，实心圆点代表排入各支流河道的磷矿点源污染，空心圆点为排入各支流河道的农业面源污染，实心

7、方形为水质监测断面位置。在各矿区排污口、城镇生活区及污水排放集中河段、河流源头以及入库口布设监测断面，测定水质。１．２研究方法采用农业面源污染入河量特征污染物反演法确定污染物入河量，该方法包括面源污染初步估算、局图１天福庙水库径流及污染物分布示意图部河道特征污染物平衡演算、点源和面源迭代分析，以及全河段污染平衡演算４个部分。对研究区进行子流域划分，确定各河道的汇流区域，并根据汇流区域内的农村人口、畜禽养殖数目、农田面积、种植结构和施肥方式等初步估算面源污染排放量和入河量，面源污染产生量及入河量计算标准

8、见表２，此标准参照《城镇生活污染源产排污系数手册》、《湖北省水源地环境保护规划基础调查》和全国污染源普查办发布的源强系数说明确定；表２中畜禽养殖污染产生量为猪的产生量，其他畜禽换算成猪计算：６０只肉鸡折合为１头猪，３０只蛋鸡折合为１头猪，３只羊折合为１头猪，１头牛折合为５头猪。表２面源污染初步估算标准人均污染产生量入河系数污染源污水量／（Ｌ·ｄ－１）铵态氮／（ｇ·ｄ－１）总氮／（ｇ·ｄ－１）总磷／（ｇ·ｄ－１）铵态氮总氮总磷城镇生活１４０７．２１００．６