我國流域面源污染總量負荷估算技術研究進展淺析

倪天華 李文青 祁毅　刁維萍

摘 要：在點源污染得到進一步有效控制的情況下，面源污染日益成為我國流域水污染控制與治理的重要任務之一。科學有效地進行流域面源污染負荷估算是面源污染防治的重點和難點之一。本文對現有面源污染負荷估算方法進展進行了簡要綜述，并對未來研究方向作了展望。

關鍵詞：流域西源 污染 總量負荷 估算 技術 研究進展 淺析

中圖分類號：G64 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）02（a）-0229-02

1 面源污染防治已成為世界性難題

在全球范圍內，農業面源污染正在成為水體污染的主要原因，對農業面源污染的控制不但逐步成為水污染治理的重中之重，也逐步成為現代農業和社會可持續發展的重大課題（張維理，2004）。長期以來，由于糧食需求隨著人口的不斷增長而大幅度增加，為了用有限的土地資源保障農產品供給，在農業生產中大量施用農藥、化肥，過量、超量施肥現象普遍存在，農業面源污染問題逐年加重（唐浩，2010）。隨著點源污染逐漸被重視和得到有效治理，使得面源污染在環境污染中所占的比例越來越大，已成為世界范圍內地表水和地下水污染的主要來源，全球30%～50%的地球表面已受到面源污染的影響（Dennis et al.，1998）。據美國、日本等發達國家研究結果顯示，即使點源污染得到全面有效控制后，江河水質的達標率仍僅為65%，湖泊的水質達標率為42%，海域水質達標率為78%。美國的面源污染量占到污染總量的2/3，其中農業的貢獻率為75%左右（何萍等，1999）。在我國大型河流中，12.7%的干流和55%的支流受到了污染，并已出現明顯的富營養化（國家環保總局，1999）。目前，我國農村水環境質量普遍很差，已嚴重影響到農村居民的居住環境，甚至造成了地下水污染，農業面源污染是最重要的原因之一（李秀芬等，2010）。

2 我國面源污染防治防控現狀

實施污染物總量控制是我國水環境保護的主要措施之一，近年來，關于點源污染物總量分配方法減排核算體系、污染源監控技術等研究日益趨于成熟和完善（孟偉等，2008；楊占紅等，2010）。但發達國家水污染治理的實踐表明，單純控制點源污染通常仍難以達到理想的水質改善效果，面源污染物必須同步納入總量控制體系，美國自20世紀70年代開始推行的TMDL（total maximum daily loads）計劃因綜合考慮了流域點源和面源污染排放總量控制，在一些地區取得了較好的成效（USEPA，1999）。由于面源污染一般具有動態性，污染源空間位置和排放量都難以進行準確的定位與定量，因此，對面源污染實施總量控制管理的難度和復雜性相對較高。

在水污染容量總量控制中，農業面源污染總量減排的重要性日益凸顯。根據美國環保署（EPA）調查：美國江河中的有機污染有73%來自面源污染，92%的懸浮物和83%的細菌也來自面源污染。在地表水中泥沙的46%、總磷的47%、總氮的52%都是來自農業徑流的面源污染（USEPA，2003）。粗略估算，目前水體污染物中來自農業面源污染的大約占1/3。對于中國絕大多數流域，如太湖、滇池流域等，面源污染是水體污染的主要原因，其貢獻率總計超過70%，遠高于來自工業生產與城市生活排污造成的點源污染（張維理，2004）。但目前我國總量控制主要針對點源污染實施，而在農業面源污染總量控制方面尚缺少足夠的研究基礎與有效的總量減排管理決策支撐手段。

3 面源污染負荷估算方法研究進展

農業面源的總量控制與點源有很大的不同。由于面源污染具有污染發生時間的隨機性、發生方式的間歇性、機理過程的復雜性、排放途徑及排放量的不確定性、污染負荷的時空變異性、監測模擬與控制的困難性等特點。這些特點決定了面源污染難以監測，難以適用點源總量控制技術與管理模式。應用數學模型對農業面源污染進行模擬和估算是面源污染總量控制的重要手段。國內外學者已建立了多種農業面源污染的評價模型，并對不同區域進行了污染負荷的估算和分析（Young et al.，1989； Lahlou et al.， 1996；Chung et al.， 1999； 陳欣等，2000；Neitsch et al.， 2001；Baginska et al.，2003）。現有的面源污染模型大部分是針對小區域的精細模擬，很難適用于大尺度區域的負荷估算。而輸出系數模型法避開了面源污染發生和發展的復雜過程，所需參數少，操作簡便易行，又具有一定的精度（Worrall et al.1999），因此在面源污染物負荷的估算方面得到了一定的應用。根據土地利用及覆蓋變化情況，Ierodiaconou等利用輸出系數模型估算了澳大利亞Glenelg-Hopkins地區的氮和磷負荷（Ierodiaconou et al.，2005）；龍天渝等以輸出系數法為基礎，建立了三峽庫區近年來上游流域面源污染物氮磷負荷的數學模型，對該流域輸入三峽庫區的氮磷面源污染負荷進行了預測計算和分析（龍天渝等，2008）；莊詠濤利用輸出系數模型對渭河臨潼斷面以上流域的氮負荷進行了估算，并對其時空分布進行了模擬（莊詠濤，2008）；劉瑞民等則利用輸出系數模型研究了土地利用方式及覆蓋變化等因素對長江上游流域面源污染特征的影響（劉瑞民等，2006）。以上這些研究以及相關的研究成果，推進了輸出系數模型在農業面源污染負荷估算方面的應用，同時也為缺乏輸出系數地區的農業面源污染負荷的估算奠定了一定的基礎。但是，目前尚未見系統、可用的農業面源總量估算與減排調控管理方法和手段。

4 面源污染負荷估算方法研究新趨勢

近年來，以流域尺度整體治污的觀點在水污染治理科研與環境管理實踐中日益受到重視，我國各省市亦實施了大量的小流域綜合整治項目。然而，流域（子流域）的邊界往往不同于行政區劃的邊界體系，以往按行政區劃為單元統計和估算污染物負荷的傳統方式已難以支撐以流域觀點治污新模式的科技需要。因此，以傳統的行政區域單元統計資料基礎，研發流域任意空間范圍內（包括子流域控制單元等）面源污染負荷智能化估算新技術，輔助決策者實現對任意流域控制單元面源污染負荷總量的快速有效估算，快速識別面源污染總量優先控制區，并能預判未來不同目標情景下的區域業面源污染負荷總量（或單項負荷規模）時空變化趨勢，是未來面源負荷估算方法發展的重要方向。

5 結語

面源污染防控的重要性和難度在我國環境保護工作中日益凸顯。傳統按行政單元進行的面源污染總量負荷估算方法已難以滿足新的治污模式需要。開展以流域任意空間尺度（如子流域邊界等）面源污染總量負荷快速估算技術，為流域面源污染總量減排及其動態管理提供切實有用的決策支撐工具，是我國流域面源污染防控亟待突破的主要科技瓶頸之一。

參考文獻

[1] 張維理，冀宏杰，KolbeH，等.中國農業面源污染形勢估計及控制對策Ⅱ.歐美國家農業面源污染狀況及控制[J].中國農業科學，2004，37（7）：1018-1025.

[2] 孟偉，劉征濤，張楠，等.流域水質目標管理技術研究（Ⅱ）—水環境基準、標準與總量控制[J].環境科學研究，2008，21（1）：1-8.

[3] 王夏暉，陸軍，張慶忠，等.基于流域尺度的農業非點源污染物空間排放特征與總量控制研究[J].環境科學，2011，32（9）：2554-2561.

[4] USEPA. Non-Point Source Pollution from Agriculture [EB/OL]. http //www.epa.gov/ region8/water /nps/npsurb.html，2003.

[5] Worrall F，Burt T P.The impact of land-use change on water quality at the catchment scale：the use of export coefficient and structural models[J].J Hydrol.1999，221（1/2）：75-90.

[6] Ierodiaconou D，Laurenson L，Leblanc M，et al.The consequences of land use change on nutrient exports：a regional scale assessment in south-west Victoria，Australia[J]. J Environ Manage.2005，74（4）：305-316.