降雨事件下农业面源污染控制工程降低营养盐输出的效果评价①

赵斌 吴献花

(玉溪师范学院 玉溪高原湖泊生态环境研究中心,云南 玉溪 653100)

[生化·农业]

降雨事件下农业面源污染控制工程降低营养盐输出的效果评价①

赵斌 吴献花②

(玉溪师范学院 玉溪高原湖泊生态环境研究中心,云南 玉溪 653100)

小流域;农业面源污染;定量估算

采用降雨-径流过程同步流量和浓度监测方法,对柴河小流域农业面源污染控制示范工程区进行农业面源污染控制效果初步评价.通过降雨事件下河道水量、水质的全过程分析计算,表明降雨-径流过程同步流量和浓度监测方法适用于区域面源污染负荷的定量估算.同时,以2010年为基准年,可计算出2011年柴河小流域农业面源污染控制示范工程在降雨过程中对氮、磷污染物的削减率分别为49.60%、51.87%.

农业面源污染具有随机性、扩散性、滞后性等特征,并且在空间上、时间上具有较大的不确定因素,同时农业面源污染的形成由降雨径流过程、土壤侵蚀过程以及污染物的迁移、转化过程组成,因此定量估算农业面源污染产生的污染负荷量难度较大.[1、2]

在本研究中,我们依托于国家水体污染控制与治理科技重大专项在滇池南岸柴河小流域6 km2典型农业汇水区内开展的农业面源污染控制示范工程,通过2010年、2011年对三个断面、5场降雨的全过程监测,旨在了解柴河小流域农业面源污染示范工程对汇水区降雨径流产生的面源污染削减情况.

1 材料与方法

1.1 研究区域概况

本研究选择的区域位于昆明晋宁县上蒜乡段七村,属于半山区,距离乡政府15 km,年平均气温14.60℃,年降水量872.6 mm.柴河小流域示范工程区柴河河道水质监测三个断面分别为:示范工程区入口、示范工程区出口、科地村支流,监测点见附图.示范工程于2010年建成,2011年运行.现场监测数据表明,2010年示范工程区降雨量为589.7 mm,较历年平均降雨量减少282.9 mm.2011年示范工程区降雨量为456.6 mm,较历年平均降雨量减少416 mm,较2010年减少133.1 mm.

1.2 研究方法

采样方法在本研究中,降雨过程每次取样2.5 L,取样时静置10 min左右,去除粗砂颗粒,用以测定氮、磷、化学需氧量.本项目2010年共采集三场降雨,采样日期分别为5月26～27日、7月22日、8月16～17日.2011年因降雨历时极短,降雨强度较小,并分布极为不均匀,不能形成较大径流,仅采集两场降雨,采样日期为7月18日和9月16日.

附图 柴河小流域汇水区监测点位图

分析方法三个断面监测指标为河道流量、CODCr、总磷、总氮和,断面流量采用流速仪法,总CODCr采用重铬酸钾法,总磷采用过硫酸钾消解-钼锑抗分光光度法,总氮采用过硫酸钾消解-紫外分光光度法[3].

计算方法降雨-径流过程氮、磷、CODCr的排放负荷根据同步流量和浓度监测值按下面公式进行计算,公式如下:

式中:yi为第j种污染物的排放负荷(g);ct为t时刻径流中第j种污染物的浓度(mg/L);ci为第j种污染物在样本i监测时的浓度(mg/L);qi为样本i在监测时的流量(m3/s);Δt为样本i和i+1的时间间隔(s).

2 结果与分析

2010年采集到的三场暴雨和2011年采集到的两场暴雨中产生的径流量及TN、TP、COD负荷量汇总见表1、表2.其中2010年三场降雨中示范工程区6 km2汇水区产生的径流量依次为7 844 m3、6 932 m3、13 939 m3;2011年两场降雨示范工程区6 km2汇水区产生的径流量依次为6 239 m3、8 889 m3.

表1 五场降雨6 km2汇水区产流量

续表1

表2 降雨事件中污染负荷量汇总表

2010年三场降雨与2010年两场降雨事件中,示范工程区汇水区产流量和污染物负荷量汇总见表3.

表3 降雨事件6 km2汇水区产流量及产生的污染物负荷汇总

根据表3数据,计算2010年6 km2示范工程汇水区三场降雨产生的污染物负荷量,其中氮96.15 kg、磷为12.59 kg;同样计算出2011年6 km2示范工程汇水区两场降雨污染物负荷量:氮为48.46 kg、磷为6.06 kg.根据面源污染控制效果监测重点观测每年头三场降雨形成的径流的要求,在不考虑2011年与2010年降雨量不同,降雨分布不同,所监测的每场降雨量及降雨过程不同等因素,以2010年为基准年可计算出2011年示范工程在降雨过程中对氮、磷污染物的削减率分别为49.60%、51.87%.由于2009年至2011年滇池流域连续干旱,而且一年比一年严重,实际2010年观测到的形成明显径流输出的降雨只有三场,2011年只有二场,所以反映出的评价效果可能不能完全体现正常年景的污染削减水平.

3 结 论

(1)通过降雨事件下河道水量、水质的全过程分析计算,表明降雨-径流过程同步流量和浓度监测方法适用于区域面源污染负荷的定量估算.

(2)在不考虑2011年与2010年降雨量不同,降雨分布不同,所监测的每场降雨量及降雨过程不同等因素,以2010年为基准年可计算出2011年柴河小流域农业面源污染控制示范工程在降雨过程中对氮、磷污染物的削减率分别为49.60%、51.87%.

[1]贺宝根,周乃晟,胡雪峰,等.农田径流污染模型探讨——以上海郊区农田氮素模型为例[J].长江流域资源与环境, 2001,10(2):159-165.

[2]年耀萍,涂璟,夏体渊,等.农业面源污染控制研究综述[J].西南林业大学学报.2012,32(增刊):62-65.

[3]国家环保局《水和废水监测分析方法》编委会.水和废水监测分析方法:第四版[M].北京:中国环境科学出版社, 2002.

Effect Evaluation of Reducing Nutritive Salt Discharge by the Control Project of Agricultural Diffused Pollution in the Case of Rainfall

ZHAO Bin WU Xianhua
(Yuxi Research Center for Eco-environmental Sciences on Plateau Lakes, Yuxi Normal University,Yuxi,Yunnan 653100,China)

the Chaihe Basin;agricultural non-point source pollution;quantitative estimation

The effect of the non-point agricultural source pollution control in the Chaihe basin was evaluated tentatively by the synchronized flow and concentration monitoring in rainfall and runoff processes.The calculation and analysis of the quantity and quality of river water shows that the method is suitable for the quantitative estimation of diffused pollution load.With the year of 2010 as a reference,the demonstration project of agricultural non-point source pollution control in the Chaihe basin decreased nitrogen,phosphorus pollutants in rainfall by 49.60%and 51.87%respectively in 2011.

X77

A

1009-9506(2014)04-0013-04

2013年11月9日

赵 斌,讲师,硕士,研究方向:水环境生态修复技术.

国家水体污染控制与治理科技重大专项滇池流域面源污染调查与系统控制研究及工程示范,编号:2009ZX07102-4.

②通信作者:吴献花,教授,E-mail:xhw105@163.com.