我国流域面源污染总量负荷估算技术研究进展浅析

倪天华 李文青 祁毅　刁维萍

摘 要：在点源污染得到进一步有效控制的情况下，面源污染日益成为我国流域水污染控制与治理的重要任务之一。科学有效地进行流域面源污染负荷估算是面源污染防治的重点和难点之一。本文对现有面源污染负荷估算方法进展进行了简要综述，并对未来研究方向作了展望。

关键词：流域西源 污染 总量负荷 估算 技术 研究进展 浅析

中图分类号：G64 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）02（a）-0229-02

1 面源污染防治已成为世界性难题

在全球范围内，农业面源污染正在成为水体污染的主要原因，对农业面源污染的控制不但逐步成为水污染治理的重中之重，也逐步成为现代农业和社会可持续发展的重大课题（张维理，2004）。长期以来，由于粮食需求随着人口的不断增长而大幅度增加，为了用有限的土地资源保障农产品供给，在农业生产中大量施用农药、化肥，过量、超量施肥现象普遍存在，农业面源污染问题逐年加重（唐浩，2010）。随着点源污染逐渐被重视和得到有效治理，使得面源污染在环境污染中所占的比例越来越大，已成为世界范围内地表水和地下水污染的主要来源，全球30%～50%的地球表面已受到面源污染的影响（Dennis et al.，1998）。据美国、日本等发达国家研究结果显示，即使点源污染得到全面有效控制后，江河水质的达标率仍仅为65%，湖泊的水质达标率为42%，海域水质达标率为78%。美国的面源污染量占到污染总量的2/3，其中农业的贡献率为75%左右（何萍等，1999）。在我国大型河流中，12.7%的干流和55%的支流受到了污染，并已出现明显的富营养化（国家环保总局，1999）。目前，我国农村水环境质量普遍很差，已严重影响到农村居民的居住环境，甚至造成了地下水污染，农业面源污染是最重要的原因之一（李秀芬等，2010）。

2 我国面源污染防治防控现状

实施污染物总量控制是我国水环境保护的主要措施之一，近年来，关于点源污染物总量分配方法减排核算体系、污染源监控技术等研究日益趋于成熟和完善（孟伟等，2008；杨占红等，2010）。但发达国家水污染治理的实践表明，单纯控制点源污染通常仍难以达到理想的水质改善效果，面源污染物必须同步纳入总量控制体系，美国自20世纪70年代开始推行的TMDL（total maximum daily loads）计划因综合考虑了流域点源和面源污染排放总量控制，在一些地区取得了较好的成效（USEPA，1999）。由于面源污染一般具有动态性，污染源空间位置和排放量都难以进行准确的定位与定量，因此，对面源污染实施总量控制管理的难度和复杂性相对较高。

在水污染容量总量控制中，农业面源污染总量减排的重要性日益凸显。根据美国环保署（EPA）调查：美国江河中的有机污染有73%来自面源污染，92%的悬浮物和83%的细菌也来自面源污染。在地表水中泥沙的46%、总磷的47%、总氮的52%都是来自农业径流的面源污染（USEPA，2003）。粗略估算，目前水体污染物中来自农业面源污染的大约占1/3。对于中国绝大多数流域，如太湖、滇池流域等，面源污染是水体污染的主要原因，其贡献率总计超过70%，远高于来自工业生产与城市生活排污造成的点源污染（张维理，2004）。但目前我国总量控制主要针对点源污染实施，而在农业面源污染总量控制方面尚缺少足够的研究基础与有效的总量减排管理决策支撑手段。

3 面源污染负荷估算方法研究进展

农业面源的总量控制与点源有很大的不同。由于面源污染具有污染发生时间的随机性、发生方式的间歇性、机理过程的复杂性、排放途径及排放量的不确定性、污染负荷的时空变异性、监测模拟与控制的困难性等特点。这些特点决定了面源污染难以监测，难以适用点源总量控制技术与管理模式。应用数学模型对农业面源污染进行模拟和估算是面源污染总量控制的重要手段。国内外学者已建立了多种农业面源污染的评价模型，并对不同区域进行了污染负荷的估算和分析（Young et al.，1989； Lahlou et al.， 1996；Chung et al.， 1999； 陈欣等，2000；Neitsch et al.， 2001；Baginska et al.，2003）。现有的面源污染模型大部分是针对小区域的精细模拟，很难适用于大尺度区域的负荷估算。而输出系数模型法避开了面源污染发生和发展的复杂过程，所需参数少，操作简便易行，又具有一定的精度（Worrall et al.1999），因此在面源污染物负荷的估算方面得到了一定的应用。根据土地利用及覆盖变化情况，Ierodiaconou等利用输出系数模型估算了澳大利亚Glenelg-Hopkins地区的氮和磷负荷（Ierodiaconou et al.，2005）；龙天渝等以输出系数法为基础，建立了三峡库区近年来上游流域面源污染物氮磷负荷的数学模型，对该流域输入三峡库区的氮磷面源污染负荷进行了预测计算和分析（龙天渝等，2008）；庄咏涛利用输出系数模型对渭河临潼断面以上流域的氮负荷进行了估算，并对其时空分布进行了模拟（庄咏涛，2008）；刘瑞民等则利用输出系数模型研究了土地利用方式及覆盖变化等因素对长江上游流域面源污染特征的影响（刘瑞民等，2006）。以上这些研究以及相关的研究成果，推进了输出系数模型在农业面源污染负荷估算方面的应用，同时也为缺乏输出系数地区的农业面源污染负荷的估算奠定了一定的基础。但是，目前尚未见系统、可用的农业面源总量估算与减排调控管理方法和手段。

4 面源污染负荷估算方法研究新趋势

近年来，以流域尺度整体治污的观点在水污染治理科研与环境管理实践中日益受到重视，我国各省市亦实施了大量的小流域综合整治项目。然而，流域（子流域）的边界往往不同于行政区划的边界体系，以往按行政区划为单元统计和估算污染物负荷的传统方式已难以支撑以流域观点治污新模式的科技需要。因此，以传统的行政区域单元统计资料基础，研发流域任意空间范围内（包括子流域控制单元等）面源污染负荷智能化估算新技术，辅助决策者实现对任意流域控制单元面源污染负荷总量的快速有效估算，快速识别面源污染总量优先控制区，并能预判未来不同目标情景下的区域业面源污染负荷总量（或单项负荷规模）时空变化趋势，是未来面源负荷估算方法发展的重要方向。

5 结语

面源污染防控的重要性和难度在我国环境保护工作中日益凸显。传统按行政单元进行的面源污染总量负荷估算方法已难以满足新的治污模式需要。开展以流域任意空间尺度（如子流域边界等）面源污染总量负荷快速估算技术，为流域面源污染总量减排及其动态管理提供切实有用的决策支撑工具，是我国流域面源污染防控亟待突破的主要科技瓶颈之一。

参考文献

[1] 张维理，冀宏杰，KolbeH，等.中国农业面源污染形势估计及控制对策Ⅱ.欧美国家农业面源污染状况及控制[J].中国农业科学，2004，37（7）：1018-1025.

[2] 孟伟，刘征涛，张楠，等.流域水质目标管理技术研究（Ⅱ）—水环境基准、标准与总量控制[J].环境科学研究，2008，21（1）：1-8.

[3] 王夏晖，陆军，张庆忠，等.基于流域尺度的农业非点源污染物空间排放特征与总量控制研究[J].环境科学，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.