中国水环境非点源污染负荷的估算研究

中国已占水环境容量中,除了点源污染以外,非点源污染也占有相当比重,非点源污染负荷的定量化研究势在必行.国外对非点源污染的研究开始较早,成果也较成熟.从20世纪80年代以来,中国也逐渐认识到非点源污染的存在及其危害性,开始了非点源污染的控制研究.但是中国对非点源污染问题的研究现在尚处于初级阶段,多为借鉴国外模型.文章分析了国内外对非点源污染的研究方法和研究现状,介绍了适合中国国情的非点源污染负荷估算的方法,包括流域水文估算法、大尺度区域中非点源污染负荷估算的方法.     

大尺度区域非点源污染负荷估算方法研究的意义、难点和关键技术——代“大尺度区域非点源污染研究”专栏序言

科学、规范的规划可以有效地协调人类、环境和社会之间的和谐关系,大尺度区域非点源污染负荷调查是很多规划工作的重要基础.针对当前非点源污染负荷估算方法的不足和困难,以全国水资源规划为契机,从水质水量结合的角度阐述了规划层次的大尺度区域非点源污染负荷估算方法的意义、用途和关键技术.     

秦皇岛市非点源污染问题初探

在分析了秦皇岛市的非点源污染问题及其特点的基础上,对非点源污染负荷进行了初步的估算。计算结果表明,该市非点源污染负荷在水环境污染负荷中占有很大份量,还提出了秦皇岛市非点源污染防治措施。      

苏州河水系非点源负荷模型研究及应用

开发了苏州河水系非点源负荷LOAD模型,对土地利用、降水量、人口密度和污染源进行分析,求得整个区域非点源的污染量.LOAD模型的计算结果为水质模型计算提供了定量化及较合理的非点源污染负荷数据,为正确估算苏州河水系污染负荷和水系水质奠定了基础,为有效控制和治理非点源污染提供了科学方法.     

大尺度区域非点源污染负荷计算方法

针对我国非点源污染研究中存在的主要矛盾,即已有的实验和研究多集中在小流域和小区域范围内(10000 km2以下),而缺乏全流域尺度下的非点源污染负荷估算方法,通过分析非点源污染负荷研究中的尺度问题及其解决途径,提出了大尺度区域非点源污染负荷的计算方法,以适应规划层次下非点源污染控制和管理的需要.研究在分析非点源污染负荷产生和迁移途径的基础上,依据水文产汇流和污染物迁移过程,建立了大区域尺度非点源污染负荷估算模型;在地理信息系统(GIS)支持下,分别按城市径流、农业生产、农村居民点和畜禽养殖4种类型,计算了2000年我国10个一级水资源区的溶解态非点源污染负荷量.结果表明,2000年全国范围内非点源污染情况比较严重,耗氧有机物(以COD计)、TN、TP和NH4 -N的人河量分别达到6.65×106t、3.28×106t、1.56×106t和0.83×106t.最后,采用各流域机构的非点源污染调查数据(2000年),对模型计算结果进行了验证,结果表明,模型结构基本合理,计算结果具有一定的可靠性.     

辽河流域非点源污染负荷估算

在国内非点源污染研究中还没有关于大中型流域非点源污染负荷的估算分析。本文运用输出系数线性模型，根据统计资料估算了辽河流域非点源污染负荷：TN4、11万t，TP0．60万t，CODl5．62万t。结果表明：整体而言，非点源污染不是辽河流域水污染的最主要因素，但在辽河的内蒙古段内，非点源污染已成为最主要的污染因素。     

农业非点源污染田间模型及其应用

非点源污染的负荷定量化研究是控制、评价和管理非点源污染的基础.农业非点源污染负荷估算包括农田排水估算和排水中的污染物浓度预测2个环节.依据水量平衡原理,农田排水应用DRAINMOD模型估算;将农田的施肥和灌溉过程"合成"作为田间污染物浓度的脉冲输入,农田排水中的污染物浓度变化则视作对应于此脉冲输入的响应过程,而污染物在田间的复杂迁移转化过程以逆高斯概率密度函数隐含表达.以此为基础,构建了农田尺度农业非点源污染负荷估算模型.以青铜峡灌区典型试验区为例,对稻田排水沟中硝态氮(NO_3~--N)和总磷(TP)的负荷过程进行了模拟,结果表明,模型估算结果和实测污染物负荷过程非常接近,Nash-Suttcliffe模拟效率系数分别为0.963和0.945,表明该模型具有较高的可靠性.     

海岛非点源污染负荷估算方法研究

基于流域单元思想,提出一种非点源污染负荷估算方法：借助GIS提取模拟河网,识别流域边界,并划分汇水区和子流域,为流域非点源污染的估算提供基础的数据平台.在此基础上,与土地利用专题图叠加,计算各子流域内不同土地利用类型的面积,构建非点源负荷系统,利用各污染排放系数和入海系数,结合多年的降雨量,并引入坡度因子作为限制条件,估算污染负荷总量.结果显示,南长山岛非点源全氮、全磷年负荷量分别为11539kg和2025kg.氮污染中,各污染源强的贡献率依次为居民生活> 大气沉降> 土地利用> 畜禽养殖;磷污染中,各污染源强的贡献率依次为居民生活> 土地利用> 大气沉降> 畜禽养殖.基于此,探讨海岛地区非点源污染排放特征及对水环境质量影响,可为海岛地区污染物总量调控和环境健康发展提供一种技术方法.     

辽河流域非点源污染空间特征遥感解析

应用遥感技术研究了辽河流域非点源污染发生特征.将环境卫星遥感数据耦合非点源(non-point Source,NPS)污染负荷估算模型,探索基于遥感像元尺度的非点源污染估算方法,目的是分析2010年辽河流域非点源污染特征,从而明确非点源污染的重点防治区和防治措施,为辽河流域水环境污染防治提供技术支持.结果表明,2010年辽河流域总氮排放量为10.3万t,总磷排放量为0.68万t,化学需氧量排放量为13.1万t,氨氮排放量为1.8万t;目前,对于辽河流域主要的非点源污染类型为农业面源;2010年辽河流域面源污染对水质污染的贡献率表现为总氮67.4%,总磷76.4%,化学需氧量39.4%和氨氮21.9%;空间分布上辽河流域的南部是污染最严重的地区,其次是东北部.本研究结合遥感技术发展了以遥感像元为基本模拟单位的非点源污染负荷估算方法,明确了2010年辽河流域的非点源污染产生量和空间分布特征,为辽河流域污染治理防治工作提供了理论依据.     

估算非点源污染负荷的平均浓度法及其应用

不了满足水质预测和流域水污染控制规划的迫切需要，结合我国非点源污染监测资料少的实际，以非点源污染的形成过程为基础，提出了一种简便易用的流域非点源污染负荷估算方法－平均浓度法，应用实例表明，该方法是可行的。     

汉阳非点源污染控制区划

城市非点源污染控制区划是控制和管理非点源污染、实现城市可持续发展的重要前提.在探讨城市非点源污染控制区划的原则与方法的基础上,结合城市可持续发展原则、非点源污染敏感性优先原则、非点源污染控制方向相似原则,以武汉市汉阳区为例,尝试了基于L-THIA模型,以GIS空间分析技术为平台,城市非点源污染敏感性评价为核心的定量区划方法.将汉阳划分出4个非点源污染控制区,分区结果可为区域非点源污染控制决策提供科学依据.     

涪江流域农业非点源污染空间分布及污染源识别

采用输出系数模型,借助地理信息系统技术,对涪江流域的农业非点源污染进行了模拟,分析了流域非点源污染的空间分布特征,并对主要污染源进行了辨识,以期为流域非点源污染控制与管理提供决策支持.研究表明,2010年研究区农业非点源总氮污染负荷为9.11×104t,全区平均负荷强度为3.10 t.km-2;农业非点源总氮负荷总量最主要分布在旱地、绵阳市和缓坡区,农业非点源总氮负荷强度的高负荷区为旱地、德阳市和缓坡区;农业用地的化肥流失是污染的首要污染源,贡献率为62.12%,其中旱地的化肥流失是最主要来源,贡献率为50.49%.可见,改进粗放的农业耕作方式、积极推进"退耕还林"、合理处理养殖废水、集中收集农村生活污水等是研究区非点源污染有效的控制措施.     

城市化对水体非点源污染的影响

非点源污染现已成为世界上许多国家水体污染的重大污染源.长期以来,农业非点源污染受到高度重视,城市非点源污染的研究相对较少.而城市化是当今土地利用变化影响水质、流域的水文和其他物理特性以及发生潜在非点源污染的突出形式.城市化对水体非点源污染的影响,主要体现在使非点源污染的"源"、"过程"和"汇"发生了变化.本文从描述-预测评价-应用的角度总结了国际上城市化对城市水体非点源污染影响的研究.目前主要侧重于用模型来描述城市化对城市非点源污染过程的影响,模拟预测非点源污染物的负荷等.从景观生态学格局与过程的角度,探讨城市化和城市非点源污染之间的关系.城市化带来的城市景观格局的时空变化对城市非点源污染的综合影响研究是今后发展的一个方向.     

基于广义收益—成本分析的农村面源污染治理策略

应用污染排放系数法、技术经济评价方法,统筹考虑农村面源污染治理的环境效益与经济收益、技术成本与交易费用,构建面向一般区域的农村面源污染治理策略的分析框架与方法.研究表明,2011年宜兴市农村面源污染排放总氮2880.94t,总磷501.19t,水环境经济损失为3.38亿元.耕地测土配方施肥、规模化养殖沼气工程、分散养殖沼气工程和农村生活污水净化工程的净现值率分别为55.00、2.54、0.52、-0.15.综合考虑技术可行性、交易费用和政府管理支撑能力,近期应优先治理规模化养殖和种植业面源污染,分散养殖和农村生活污水污染可作为远期治理重点.     

三峡水库上游河流入库面源污染负荷研究

借鉴水文分割法的原理,在基流分割的基础上,建立了面源污染负荷估算公式. 基于相关性分析、回归分析,提出了污染类型判定和数据补插原则. 以2004和2005年的水文水质数据为基础,将该方法应用于三峡库区上游河流入库面源污染负荷研究, 并采用相关系数法作为对比,对该方法在应用中可能导致的结构性偏差予以探讨. 结果表明,2004年嘉陵江、长江干流、乌江三江入库COD_Mn,总氮和总磷的污染负荷(以包含溶解态和颗粒态成分的总物质通量表示)分别为168.96×104,70.30×104和10.95×104 t;2005年分别为228.24×104,66.64×104和14.24×104 t;在总量组成中,面源是三江入库污染物的主要来源,占总入库负荷的60%～80%;在空间分布上,长江干流对入库面源污染负荷的贡献占绝对优势,嘉陵江、乌江的面源污染总贡献率仅占13.4%～39.4%;在营养物负荷组成方面,氮对水体的影响以溶解态氮作用为主,磷对水体的影响以颗粒态磷作用为主. 水文分割法的改进值得进一步关注,但在尚未出现十分科学、合理的改进算法时,该方法仍不失为面源负荷研究的有效方法.      

我国非点源负荷研究中的问题探讨

在非点源研究实践和查阅大量非点源文献的基础上,总结出我国非点源负荷估算中通常使用的4种方法,即断面实测总负荷减去统计的点源负荷法、单位负荷法、水文线分割法和SWAT模型估算法.分析对比了这些方法在我国和北美地区使用条件的不同和使用过程中的差异,讨论了这些方法在使用中可能产生的错误.研究结果表明,在我国目前情况下前3种方法会相当程度地高估非点源负荷量,而SWAT模型在我国的应用没有充分体现其"分布式"模型的特点;同时,由于北美和中国的情况存在较大差异使得北美地区不同土地使用方面的校正数据在中国并不可用,导致在径流模拟方面也存在很大误差,因此,负荷计算将产生更大误差.在此讨论基础上,提出了在我国农业非点源负荷研究中需注意的若干问题,并结合目前我国环境现状,提出了对国内非点源污染研究和控制的见解.     

不同河岸带修复策略对氮磷非点源污染的净化作用

选择北江的重要支流流溪河流域为研究对象,基于现有河岸带对非点源污染削减作用的模拟结果,采用情景分析法,预测不同河岸带修复策略对非点源污染的削减作用,使用效益-成本指数表征TN和TP削减率提高幅度与增加河岸带面积的关系,比较不同河岸带修复策略的效率.结果表明:河岸带对TN和TP的削减能力具有较大的空间差异性.各修复情景都在不同程度上提高了河岸带对TN和TP的削减率(TN:23.36%~30.72%;TP:27.19%~39.86%),河岸带增加总面积与削减率呈现对数增长关系(P<0.05).选择综合考虑了流域非点源负荷量以及河岸带状况的优先修复子流域进行河岸带修复时,效益-成本指数达最高为1.19%.     

海河流域农村非点源污染现状及空间特征分析

采用污染排放系数法估算了2008年海河流域农村生活源、畜禽分散养殖、农田化肥流失3个主要农村非点源COD、TN、TP和NH3-N 4种污染物的排放量,并对其排放强度和空间分布特征进行了分析.结果表明,海河流域农村非点源污染源排放COD、TN、TP和NH3-N总量分别为2435826, 3042079, 540568, 1798760t/a,平均排放强度分别为11.10, 13.97, 2.98, 8.28t/(km2·a).海河流域内河北省的3个农村非点源的4种污染物排放量均居首位,农村居民生活源对海河流域非点源污染贡献最大,是流域非点源污染控制最主要的对象;子牙河水系农村非点源污染物排放总量最大,而徒骇马颊河水系排放强度最大,是海河流域内污染最严重的水系,其首要非点源污染源是山东省的农村生活源.流域内非点源污染排放量和排放强度均呈现区域性分布,山区和平原区分别呈现出低污染等级和高污染等级.