涪江流域(射洪境内)面源污染综合评价

史小春, 敖天其,2, 黎小东, 王文章, 杨 雯

(1.四川大学 水利水电学院, 成都 610065; 2.四川大学 水力学与山区河流开发保护国家重点实验室, 成都 610065)

环境污染分为点源污染与非点源污染，点源污染指有固定排放点的污染源，而非点源污染则没有固定的污染排放点，是指溶解的或固体污染物从非特定的地点，在降水和径流冲刷作用下，通过径流过程而汇入受纳水体(如河流、湖泊、水库、海湾等)，引起的水体污染[1]。近年来，我国城镇化建设和农业产业化进程地加快引起农业生产中使用化肥、农药及畜禽粪便等造成的农业面源污染日益突出，我国化肥使用量按耕地面积计算已达40 t/km2，远超发达国家单位面积施用量安全上限，但利用率仅为30%。化肥农药的利用率较低、流失率较高，不仅导致农田土壤污染，还通过农田径流造成了对水体的有机污染、富营养化污染，甚至地下水污染和空气污染，农业面源污染日益严重。中华人民共和国农业部在《2017年农业面源污染防治攻坚战重点工作安排》[2]中提出紧紧围绕“一控两减三基本”目标，重点打造省县两级农业面源污染防治示范体系。因此，本文以射洪县为研究对象，基于输出系数模型和源强系数法对研究区环境污染现状进行科学评估，并采用等标污染负荷法核算各污染物的贡献程度。

1 研究区概况

研究区射洪县地处四川盆地中部、涪江中游，地处北纬30°38′10″—31°9′49″，东经105°10′21″—105°39′27″，位于成渝经济区北弧中心，属全省“一极一轴一区块”成都都市圈增长极，幅员面积1 496 km2[3]。县境属嘉陵江支流涪江水系，一级支流涪江，射洪县境内河段长88 km，河床比降为1‰左右，至出县境内流域面积24 139.3 km2。其中，县境直接汇入涪江的径流面积为1 254 km2，沿岸新冲积平坝面积90.9 km2，其中耕地0.39万hm2。射洪县内雨量较充沛，水系发达，溪河密布，河网密度大，有利于污染物向河流的排放，是射洪县污染严重的一个重要原因。

2 研究方法

2.1 资料来源

本研究以乡镇为尺度，研究区共30个乡镇，其中太和镇是射洪县县城所在地。数据资料包括乡镇人口(农业与非农业)和面积、畜禽养殖情况、化肥施用量、土地坡度及土壤类型等。数据来源于射洪县环保局、射洪县国土局、射洪县农业局等单位及射洪县年鉴资料。

2.2 源强系数法

源强系数法由中国环境规划院于2003年在《水环境容量核定技术指南》中提出[4]，广泛应用于国内的非点源污染源负荷的估算。根据《四川省地表水环境容量核定技术报告》规定，标准农田源强系数为COD：150 kg/(hm2·a)，氨氮30 kg/(hm2·a)。而所谓的标准农田指的是平原、种植作物为小麦、土壤类型为壤土、化肥施用量为375～525 kg/(hm2·a)、降水量在400～800 mm范围内的农田。本研究所采用的源强系数适用于四川地区，其中入河系数指每种污染源的污染物排放量中进入水体的比率[5]。详见表1。

以农田地表径流为例，其污染物排放量计算过程为：

(1)

式中：L为农田地表径流的污染物排放量(t/a)；αi为农田的坡度修正值；Si为土壤修正系数，根据不同质地取值；Pi为降雨量修改系数；Ci为农作物类型修正系数；Fi为土壤修正量；Ei为标准农田地表径流的源强系数。

表1 各标准污染源的源强系数及其入河系数

2.3 输出系数法

输出系数法是Johnes和O′sullivan于1989年提出，由于它的简单和相对稳定性而在许多国家被广泛应用。Johnes[5]1990年对输出系数法进行了修正，修正后的模型考虑了一些新的营养输出因素，包括作物的固氮作用、半自然植被和林地、人类聚居区的污水处理系统和化粪池系统以及会带来营养物输出增加的土地利用管理措施等。本研究采用了修正后的模型，公式如下：

(2)

式中：L为营养物的流失量；Ei为营养源i的输出系数；Ai为土地利用类型i的面积，或畜禽养殖类型i的数量或流域的人口数量；Ii为对污染源i的输入量；p为来自降水的营养物输入。

输出系数决定了每种确定的污染源向水体排放营养物(TN和TP)的输出率，系数主要来源有3个方面：文献查询、试验结果和水文统计方法。3种方法各有优缺点：(1) 文献法相对于另外两种方法简易、方便，但准确度低，精度不高，具有局限性；(2) 试验方法准确度最高，但获取过程投资较大，需大量的投资和时间；(3) 水文统计法体现了营养物迁移的水文机理，比文献法具有更高的准确性，但是需要大量的水文和水质数据，这在发展中国家的小流域很难获得。由于监测资料的短缺，本研究主要采用文献法结合实地调查数据对输出系数进行确定。根据对长江上游地区大量面源污染研究文献的分析和调查数据[6-11]，确定本研究的输出系数(表2)。

2.4 等标污染负荷法

由于不同污染物的排放标准不同，为了便于不同污染物进行比较，引进等标污染负荷的概念以进行统一标准的转化。等标污染负荷法的主要思想是结合不同污染物的排放标准，将不同污染源产生的不同污染物与其排放标准相比较，以获取统一尺度上可进行比对的量值[12]。该方法的计算公式为：

(4)

式中：Pj为第j种污染源在整个评价范围内的等标污染负荷[(t/a)/(mg/L)]；Pij为第j种污染源中第i种污染物的等标污染负荷[(t/a)/(mg/L)]；Gij为第j种污染源中第i种污染物的年排放量(t/a)；Si为第i种污染物的评价标准(mg/L)。

表2 不同面源的综合输出系数

总等标污染负荷:

P=∑Pj

(5)

等标污染负荷比:

(6)

式中：Kij为第j种污染物对于第i种污染源的污染负荷比。

3 结果与综合评价

据2010年《第一次全国污染源普查公告》统计[13]，我国农业污染源COD，TN，TP的排放量分别占全国排放总量的43.7%，57.2%和67.4%，农业面源污染已成为我国水环境污染、土壤污染和大气污染的重要部分，因此本文以COD，TN，TP共3种物质作为评价污染物。采用《地表水环境质量标准》(GB3838—2002)中Ⅲ类水质标准，即COD:20 mg/L，TP:0.2 mg/L，TN:1 mg/L的标准，对研究区30个乡镇的COD，TP，TN这3种污染物进行评估，并从总等标污染负荷角度分析各乡镇主要入河污染源。

3.1 从污染源角度评估

农业面源污染指农业生产生活中，农田中的泥沙、农药及其他污染物在降水或径流过程中进入水体而形成的面源污染，这些污染物主要来源于农田施肥、农药、畜禽及水产养殖和农村居民生活[14]。因此，本文对射洪县境内的6种污染源，即农业面源、畜禽养殖、城镇生活污水、农村居民生活污染、工业污染和城镇地表径流6方面进行3种污染物的评估，其污染物入河量见表3。

表3 6种污染源的入河量 t

由表3可知3种污染物的入河量，但环境所能容纳的3种污染物的排放标准有所不同，为方便比较各污染物对水环境的污染情况，因此引入等标污染的概念分析研究区30个乡镇的各种污染源的污染负荷情况，分别计算30个研究乡镇的6种污染源污染负荷量，其污染程度见图1。

本文在分析了射洪县境内6种污染源的等标污染负荷分布情况的基础上，进一步研究各入河污染源对所在乡镇入河总等标污染负荷的贡献度，即污染负荷比，通过计算每种污染源的入河总等标污染负荷占所在镇入河总等标污染负荷的比值，得到该镇的主要污染源。具体情况见表4。

如表4所示，30个研究乡镇中，除太和镇以外，其他29个乡镇的主要污染源为农村居民生活污染，在6种污染源中所占比例都超过50%。而太和镇则是以工业污染占主导地位，所占比例高达63.3%。

3.2 从各污染物角度分析

研究区的污染物主要为COD，TN，TP，通过源强系数法和输出系数法计算出30个研究单元的各污染物入河量，并对乡镇污染物的入河量进行排序，具体数据见表5。

研究区30个乡镇中，COD入河总量贡献度较大的乡镇为太和镇，所占比例为15.7%；大于镇所占比例7.2%；沱牌镇所占比例6.3%。TN入河总量贡献度较大的乡镇为太和镇，所占比例17.0%；沱牌镇所占比例为5.8%；大于镇所占比例5.3%。TP入河总量贡献度较大的乡镇为大于镇，所占比例6.3%；沱牌镇所占比例6.0%；金华镇所占比例5.6%。其中大于镇和沱牌镇的3种污染物入河量在研究乡镇的入河量中都居前3位。

在清楚研究区各乡镇的主要污染源基础上，通过计算3种污染物的等标污染负荷总量，分析各乡镇的主要污染物。在此基础上，计算各污染物在总等标污染负荷中的等标污染负荷比，分析主要污染物。具体数据见表6。

图1 各污染源等标污染负荷

利用COD:20 mg/L，TP:0.2 mg/L，TN:1 mg/L的排放标准计算COD，TN，TP这3种污染物的等标负荷量及总等标污染负荷，结果如表5—6所示，该研究区30个乡镇的主要污染物皆为TN，太和镇、大于镇、金华镇、沱牌镇、太乙镇、仁和镇、青岗镇和洋溪镇的总等标污染负荷量为3位数。

表5 研究区各乡镇污染物入河量 t

表6 研究区各乡镇主要入河污染物 t

注：加黑数字表示总等标污染负荷超过100 t。

4 结 论

(1) 涪江流域射洪县境内的6种污染源的COD入河总量为3 458.4 t，前3位依次为太和镇、大于镇、沱牌镇。TN入河总量为1 443.9 t，前3位依次为太和镇、沱牌镇、大于镇。TP入河总量为123.0 t，前3位依次为大于镇、沱牌镇、金华镇；

(2) 利用等标污染负荷法得出研究区内太和镇的主要污染源为工业污染，其余乡镇的主要污染源均为农村居民生活污染；

(3) 研究区30个乡镇的主要污染物皆为TN，其次，30个乡镇中有8个乡镇的总等标污染负荷量超3位数，总等标污染负荷量最高达303.3 t。

参考文献：

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