我國流域面源污染總量負(fù)荷估算技術(shù)研究進(jìn)展淺析

倪天華 李文青 祁毅　刁維萍

摘 要：在點源污染得到進(jìn)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(wù)之一?？茖W(xué)有效地進(jìn)行流域面源污染負(fù)荷估算是面源污染防治的重點和難點之一。本文對現(xiàn)有面源污染負(fù)荷估算方法進(jìn)展進(jìn)行了簡要綜述，并對未來研究方向作了展望。

關(guān)鍵詞：流域西源 污染 總量負(fù)荷 估算 技術(shù) 研究進(jìn)展 淺析

中圖分類號：G64 文獻(xiàn)標(biāo)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(nèi)，農(nóng)業(yè)面源污染正在成為水體污染的主要原因，對農(nóng)業(yè)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(xiàn)代農(nóng)業(yè)和社會可持續(xù)發(fā)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(nóng)產(chǎn)品供給，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中大量施用農(nóng)藥、化肥，過量、超量施肥現(xiàn)象普遍存在，農(nóng)業(yè)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(huán)境污染中所占的比例越來越大，已成為世界范圍內(nèi)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(jù)美國、日本等發(fā)達(dá)國家研究結(jié)果顯示，即使點源污染得到全面有效控制后，江河水質(zhì)的達(dá)標(biāo)率仍僅為65%，湖泊的水質(zhì)達(dá)標(biāo)率為42%，海域水質(zhì)達(dá)標(biāo)率為78%。美國的面源污染量占到污染總量的2/3，其中農(nóng)業(yè)的貢獻(xiàn)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(xiàn)明顯的富營養(yǎng)化（國家環(huán)保總局，1999）。目前，我國農(nóng)村水環(huán)境質(zhì)量普遍很差，已嚴(yán)重影響到農(nóng)村居民的居住環(huán)境，甚至造成了地下水污染，農(nóng)業(yè)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(xiàn)狀

實施污染物總量控制是我國水環(huán)境保護(hù)的主要措施之一，近年來，關(guān)于點源污染物總量分配方法減排核算體系、污染源監(jiān)控技術(shù)等研究日益趨于成熟和完善（孟偉等，2008；楊占紅等，2010）。但發(fā)達(dá)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(dá)到理想的水質(zhì)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(jì)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(qū)取得了較好的成效（USEPA，1999）。由于面源污染一般具有動態(tài)性，污染源空間位置和排放量都難以進(jìn)行準(zhǔn)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(fù)雜性相對較高。

在水污染容量總量控制中，農(nóng)業(yè)面源污染總量減排的重要性日益凸顯。根據(jù)美國環(huán)保署（EPA）調(diào)查：美國江河中的有機(jī)污染有73%來自面源污染，92%的懸浮物和83%的細(xì)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(nóng)業(yè)徑流的面源污染（USEPA，2003）。粗略估算，目前水體污染物中來自農(nóng)業(yè)面源污染的大約占1/3。對于中國絕大多數(shù)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(xiàn)率總計超過70%，遠(yuǎn)高于來自工業(yè)生產(chǎn)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(nóng)業(yè)面源污染總量控制方面尚缺少足夠的研究基礎(chǔ)與有效的總量減排管理決策支撐手段。

3 面源污染負(fù)荷估算方法研究進(jìn)展

農(nóng)業(yè)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(fā)生時間的隨機(jī)性、發(fā)生方式的間歇性、機(jī)理過程的復(fù)雜性、排放途徑及排放量的不確定性、污染負(fù)荷的時空變異性、監(jiān)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(jiān)測，難以適用點源總量控制技術(shù)與管理模式。應(yīng)用數(shù)學(xué)模型對農(nóng)業(yè)面源污染進(jìn)行模擬和估算是面源污染總量控制的重要手段。國內(nèi)外學(xué)者已建立了多種農(nóng)業(yè)面源污染的評價模型，并對不同區(qū)域進(jìn)行了污染負(fù)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）?，F(xiàn)有的面源污染模型大部分是針對小區(qū)域的精細(xì)模擬，很難適用于大尺度區(qū)域的負(fù)荷估算。而輸出系數(shù)模型法避開了面源污染發(fā)生和發(fā)展的復(fù)雜過程，所需參數(shù)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(fù)荷的估算方面得到了一定的應(yīng)用。根據(jù)土地利用及覆蓋變化情況，Ierodiaconou等利用輸出系數(shù)模型估算了澳大利亞Glenelg-Hopkins地區(qū)的氮和磷負(fù)荷（Ierodiaconou et al.，2005）；龍?zhí)煊宓纫暂敵鱿禂?shù)法為基礎(chǔ)，建立了三峽庫區(qū)近年來上游流域面源污染物氮磷負(fù)荷的數(shù)學(xué)模型，對該流域輸入三峽庫區(qū)的氮磷面源污染負(fù)荷進(jìn)行了預(yù)測計算和分析（龍?zhí)煊宓龋?008）；莊詠濤利用輸出系數(shù)模型對渭河臨潼斷面以上流域的氮負(fù)荷進(jìn)行了估算，并對其時空分布進(jìn)行了模擬（莊詠濤，2008）；劉瑞民等則利用輸出系數(shù)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(guān)的研究成果，推進(jìn)了輸出系數(shù)模型在農(nóng)業(yè)面源污染負(fù)荷估算方面的應(yīng)用，同時也為缺乏輸出系數(shù)地區(qū)的農(nóng)業(yè)面源污染負(fù)荷的估算奠定了一定的基礎(chǔ)。但是，目前尚未見系統(tǒng)、可用的農(nóng)業(yè)面源總量估算與減排調(diào)控管理方法和手段。

4 面源污染負(fù)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(huán)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(qū)劃的邊界體系，以往按行政區(qū)劃為單元統(tǒng)計和估算污染物負(fù)荷的傳統(tǒng)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(tǒng)的行政區(qū)域單元統(tǒng)計資料基礎(chǔ)，研發(fā)流域任意空間范圍內(nèi)（包括子流域控制單元等）面源污染負(fù)荷智能化估算新技術(shù)，輔助決策者實現(xiàn)對任意流域控制單元面源污染負(fù)荷總量的快速有效估算，快速識別面源污染總量優(yōu)先控制區(qū)，并能預(yù)判未來不同目標(biāo)情景下的區(qū)域業(yè)面源污染負(fù)荷總量（或單項負(fù)荷規(guī)模）時空變化趨勢，是未來面源負(fù)荷估算方法發(fā)展的重要方向。

5 結(jié)語

面源污染防控的重要性和難度在我國環(huán)境保護(hù)工作中日益凸顯。傳統(tǒng)按行政單元進(jìn)行的面源污染總量負(fù)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(fù)荷快速估算技術(shù)，為流域面源污染總量減排及其動態(tài)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(xiàn)

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