水环境面源污染负荷估算的分析
摘要：面源污染是影响水质模型精度中的重点、难点。因此对面源污染进行量化、影响评价、污染治理是当前研究的重点之一。本文将以某水域为例，利用收集到的相关数据采用单位负荷法进行面源污染负荷的估算，为流域水环境治理提供依据。
关键词：水环境；面源污染；单位负荷法
中图分类号：X52 文献标识码：A 文章编号：2095-672X（2018）05-0057-01
DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2018.05.034
Abstract： Surface source contamination effect Water quality / scale type accuracy Medium emphasis， difficulty. Causal source pollution progressing quantity， influence evaluation， pollution control before investigation Priority point 1. Body texts， examples of water bodies， examples of use of water bodies， utilization gathering， incoming ministerial functions， stationary loading， progressive surface sources， contaminated loading accounting， support for marine water environment management.
key word：Water environment； Surface source pollution； Body loading method
1 背景
面源污染具有广泛性、随机性、不确定性和难监测等特点，其负荷计算远比点源困难，获得准确的水体污染负荷量又是对水环境综合整治的基础和关键，面源污染负荷计算成为不可回避的重要研究内容。
根据对近年来国内外面源污染研究文献的检索和分析，目前常用的面源污染负荷计算方法大体可以归纳为以下三大类：单位负荷估算法、统计模型法和机理模型法[1]。其中单位负荷估算法由于方法简单和数据获取容易等特点目前在项目中得到广泛应用。本文将以西南某市为例，利用收集到的相关数据采用单位负荷法进行流域面源污染负荷的估算，为流域水环境治理提供支撑。
2 研究方法
2.1 研究方法
单位负荷估算法根据影响水功能区水质的陆域范围内入河排污口、污染源和经济社会状况，计算污染物入河量。
该方法主要分为两步：
第一步：根据每个计算单元（人、畜禽或单位土地面积）的污染物产生量，将每个计算单元的平均污染物产生量与总量相乘，估算研究范围内面源污染的潜在产生量。
上式中L为研究区域的总污染负荷量；n为土地利用（i=1）类型的种类或牲畜、人口等不同的污染来源，Ei为第i种土地利用类型、牲畜或人口的污染物输出系数；Ai为第i种土地利用类型的面积或牲畜、人口的数量；Ii为第i种污染物的输出量；p为来自降雨的污染物输出量。
第二步：来自污染源的面源污染物并不会直接进入水体，一般先滞留在土壤中，只有当有效的降雨径流产生时，才会随降雨径流进入邻近的水体，由于土壤的吸收和沿途的污染降解，只有一部分污染物会进入水体，进入水体的污染物与第一步中计算出来的潜在污染产生量的比值叫做入河系数。因此需要根据该入河系数进行污染物入河量的估算。
3 实例计算
本文以西南某市为例，利用收集到的相关资料采用单位估算法进行面源污染负荷估算，进行估算时将面源污染负荷分为农村生活污染、畜禽养殖污染、农业面源污染以及城市降雨径流污染四种类型分别进行估算。
3.1 农村生活污染
研究区域内农村排水系统未成体系。污水一般沿村内道路两侧沟渠排放，村庄内沟渠多为主沟，几乎没有排水支渠；另一方面，沟渠淤积严重，排水不畅；第三，沟渠不连通，多数沟渠有头无尾或就近接入农灌渠或依地势直接散排至村外其他沟渠，属于没有污水收集系统的雨、污混合排放。
根据统计年鉴获取区域农村人口数。参照《云南省地方标准用水定额》，属于亚热带Ⅱ区，农村集中式供水用水定额为60～85L/人·天，分散式供水用水定额为35～50L/人·天，研究区域供水方式为集中式供水，根据现场调查情况，确定村民用水定额取75L/人·天。根据《农村生活污水处理项目建设与投资技术指南》《西南地区农村生活污水处理技术指南》等技术规范和有关报告研究结论[2]，生活污水排放的污染负荷COD、BOD、氨氮、TN、TP分别按26g/人·天、3.0g/人·天、2.4g/人·天、3.4g/人·天、0.15g/人·天計，生活污水排放量取用水量的85%，污染物流失率取70%，最终计算可得污染物负荷入河量。
3.2 禽畜养殖污染
研究区域内的畜禽养殖以散养为主，大牲畜、猪、羊、家禽的规模养殖数量分别占4.1%、15.5%、0%和17.4%。规模养殖可以考虑为点源污染，而散养通常被纳入面源污染。从2014年统计年鉴中获得了各街道、乡镇的各种畜禽数量信息。参照《全国水资源综合规划》中提供的分散式养殖单位污染负荷，根据不同牲畜和家禽产生的单位污染负荷，对养殖业污染负荷产生量进行估算。经过截留作用和距离降解，养殖业污染负荷入河量远小于其产生量。
3.3 农业面源污染
农业面源污染考虑化肥施用产生的污染，包括氮肥和复合肥使用量。通过参考氮肥和复合肥的施用折纯量，其中氮肥以N计，由于年鉴中没有提供复合肥的含量比例，根据《全国水资源综合规划》工作中的参考值，复合肥N含量为15%，计算得到单位耕地面积的氨氮、TN、TP产生量为100.0kg/hm2，122.5kg/hm2，33.0kg/hm2，单位面积的COD产生量根据《全国水环境容量核定技术指南》选择180kg/hm2。根据年鉴中获取各个街道、乡镇的耕地面积，氨氮、TN、TP的流出系数选择20%，计算得到研究区域内农业污染负荷入河量[3]。
3.4 城市降雨径流污染
城市降雨径流污染负荷时主要考虑地表污染物累积冲刷过程，通过收集现有的一些地表颗粒物累积量的研究成果，选取与研究区域具有类比性的昆明市地表累积物研究成果，其单位面积COD、BOD、TN、TP污染负荷率分别为697.8kg/hm2·年，123.2kg/hm2·年，75.6kg/hm2·年，8.5kg/hm2·年。通过计算建成区的面积以及冲刷系数估算得到城市降雨径流污染负荷入河量。
3.5 小结
通过流出效应和距离衰减，有很大一部分污染负荷被削减，所以入河污染负荷量远远小于负荷产生量。如图1所示，比较各类污染负荷的入河量，各类污染负荷入河量极具热带季风气候条件下的西南特色。由于暴雨及红壤土质易流失的特性，造成了COD、BOD、氨氮污染负荷中，降雨径流占比较大。对于COD、氨氮指标，未成熟的生活污水收集体系导致农村生活污染负荷占比同样较高。TN及TP指标中，各类污染源贡献比例相近[4]。
参考文献
[1]刘庄，晁建颖，张丽等.中国面源污染负荷计算研究现状与存在问题[J].水科学进展，2015，（03）：432-442.
[2]孟良，杨建宇.关于城镇居民生活污水污染负荷核算的探讨——以大理市为例[J].环境科学导刊，2017，（S1 ）：41-43.
[3]孙本发，马友华，胡善宝.农业面源污染模型及其应用研究[J].农业环境与发展，2013，（03）：12.
[4]孙棋棋，张春平，于兴修.中国农业面源污染最佳管理措施研究进展[J].生态学杂志，2013，（03）：13-14.
收稿日期：2018-03-28
作者简介：赵露（1989-），女，硕士研究生，研究方向为水环境。
关键词：水环境；面源污染；单位负荷法
中图分类号：X52 文献标识码：A 文章编号：2095-672X（2018）05-0057-01
DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2018.05.034
Abstract： Surface source contamination effect Water quality / scale type accuracy Medium emphasis， difficulty. Causal source pollution progressing quantity， influence evaluation， pollution control before investigation Priority point 1. Body texts， examples of water bodies， examples of use of water bodies， utilization gathering， incoming ministerial functions， stationary loading， progressive surface sources， contaminated loading accounting， support for marine water environment management.
key word：Water environment； Surface source pollution； Body loading method
1 背景
面源污染具有广泛性、随机性、不确定性和难监测等特点，其负荷计算远比点源困难，获得准确的水体污染负荷量又是对水环境综合整治的基础和关键，面源污染负荷计算成为不可回避的重要研究内容。
根据对近年来国内外面源污染研究文献的检索和分析，目前常用的面源污染负荷计算方法大体可以归纳为以下三大类：单位负荷估算法、统计模型法和机理模型法[1]。其中单位负荷估算法由于方法简单和数据获取容易等特点目前在项目中得到广泛应用。本文将以西南某市为例，利用收集到的相关数据采用单位负荷法进行流域面源污染负荷的估算，为流域水环境治理提供支撑。
2 研究方法
2.1 研究方法
单位负荷估算法根据影响水功能区水质的陆域范围内入河排污口、污染源和经济社会状况，计算污染物入河量。
该方法主要分为两步：
第一步：根据每个计算单元（人、畜禽或单位土地面积）的污染物产生量，将每个计算单元的平均污染物产生量与总量相乘，估算研究范围内面源污染的潜在产生量。
上式中L为研究区域的总污染负荷量；n为土地利用（i=1）类型的种类或牲畜、人口等不同的污染来源，Ei为第i种土地利用类型、牲畜或人口的污染物输出系数；Ai为第i种土地利用类型的面积或牲畜、人口的数量；Ii为第i种污染物的输出量；p为来自降雨的污染物输出量。
第二步：来自污染源的面源污染物并不会直接进入水体，一般先滞留在土壤中，只有当有效的降雨径流产生时，才会随降雨径流进入邻近的水体，由于土壤的吸收和沿途的污染降解，只有一部分污染物会进入水体，进入水体的污染物与第一步中计算出来的潜在污染产生量的比值叫做入河系数。因此需要根据该入河系数进行污染物入河量的估算。
3 实例计算
本文以西南某市为例，利用收集到的相关资料采用单位估算法进行面源污染负荷估算，进行估算时将面源污染负荷分为农村生活污染、畜禽养殖污染、农业面源污染以及城市降雨径流污染四种类型分别进行估算。
3.1 农村生活污染
研究区域内农村排水系统未成体系。污水一般沿村内道路两侧沟渠排放，村庄内沟渠多为主沟，几乎没有排水支渠；另一方面，沟渠淤积严重，排水不畅；第三，沟渠不连通，多数沟渠有头无尾或就近接入农灌渠或依地势直接散排至村外其他沟渠，属于没有污水收集系统的雨、污混合排放。
根据统计年鉴获取区域农村人口数。参照《云南省地方标准用水定额》，属于亚热带Ⅱ区，农村集中式供水用水定额为60～85L/人·天，分散式供水用水定额为35～50L/人·天，研究区域供水方式为集中式供水，根据现场调查情况，确定村民用水定额取75L/人·天。根据《农村生活污水处理项目建设与投资技术指南》《西南地区农村生活污水处理技术指南》等技术规范和有关报告研究结论[2]，生活污水排放的污染负荷COD、BOD、氨氮、TN、TP分别按26g/人·天、3.0g/人·天、2.4g/人·天、3.4g/人·天、0.15g/人·天計，生活污水排放量取用水量的85%，污染物流失率取70%，最终计算可得污染物负荷入河量。
3.2 禽畜养殖污染
研究区域内的畜禽养殖以散养为主，大牲畜、猪、羊、家禽的规模养殖数量分别占4.1%、15.5%、0%和17.4%。规模养殖可以考虑为点源污染，而散养通常被纳入面源污染。从2014年统计年鉴中获得了各街道、乡镇的各种畜禽数量信息。参照《全国水资源综合规划》中提供的分散式养殖单位污染负荷，根据不同牲畜和家禽产生的单位污染负荷，对养殖业污染负荷产生量进行估算。经过截留作用和距离降解，养殖业污染负荷入河量远小于其产生量。
3.3 农业面源污染
农业面源污染考虑化肥施用产生的污染，包括氮肥和复合肥使用量。通过参考氮肥和复合肥的施用折纯量，其中氮肥以N计，由于年鉴中没有提供复合肥的含量比例，根据《全国水资源综合规划》工作中的参考值，复合肥N含量为15%，计算得到单位耕地面积的氨氮、TN、TP产生量为100.0kg/hm2，122.5kg/hm2，33.0kg/hm2，单位面积的COD产生量根据《全国水环境容量核定技术指南》选择180kg/hm2。根据年鉴中获取各个街道、乡镇的耕地面积，氨氮、TN、TP的流出系数选择20%，计算得到研究区域内农业污染负荷入河量[3]。
3.4 城市降雨径流污染
城市降雨径流污染负荷时主要考虑地表污染物累积冲刷过程，通过收集现有的一些地表颗粒物累积量的研究成果，选取与研究区域具有类比性的昆明市地表累积物研究成果，其单位面积COD、BOD、TN、TP污染负荷率分别为697.8kg/hm2·年，123.2kg/hm2·年，75.6kg/hm2·年，8.5kg/hm2·年。通过计算建成区的面积以及冲刷系数估算得到城市降雨径流污染负荷入河量。
3.5 小结
通过流出效应和距离衰减，有很大一部分污染负荷被削减，所以入河污染负荷量远远小于负荷产生量。如图1所示，比较各类污染负荷的入河量，各类污染负荷入河量极具热带季风气候条件下的西南特色。由于暴雨及红壤土质易流失的特性，造成了COD、BOD、氨氮污染负荷中，降雨径流占比较大。对于COD、氨氮指标，未成熟的生活污水收集体系导致农村生活污染负荷占比同样较高。TN及TP指标中，各类污染源贡献比例相近[4]。
参考文献
[1]刘庄，晁建颖，张丽等.中国面源污染负荷计算研究现状与存在问题[J].水科学进展，2015，（03）：432-442.
[2]孟良，杨建宇.关于城镇居民生活污水污染负荷核算的探讨——以大理市为例[J].环境科学导刊，2017，（S1 ）：41-43.
[3]孙本发，马友华，胡善宝.农业面源污染模型及其应用研究[J].农业环境与发展，2013，（03）：12.
[4]孙棋棋，张春平，于兴修.中国农业面源污染最佳管理措施研究进展[J].生态学杂志，2013，（03）：13-14.
收稿日期：2018-03-28
作者简介：赵露（1989-），女，硕士研究生，研究方向为水环境。
