車爾臣河流域面源污染負荷量分析

蘇海波

(新疆水利水電勘測設(shè)計研究院，新疆 烏魯木齊 830000)

車爾臣河是沿昆侖山北麓最大的一條河流，是臺特瑪湖重要水系之一，對維護塔里木河盆地東南綠洲有著重要意義。車爾臣河流域地處沙漠邊緣，中游綠洲平原區(qū)被沙漠包圍，整個流域內(nèi)植被稀疏，土壤發(fā)育程度較低，荒漠化、沙化和鹽堿化特征明顯。流域地理區(qū)位優(yōu)越，是絲綢之路經(jīng)濟帶及中巴經(jīng)濟走廊的重要通道。近年來，隨著流域內(nèi)人類社會經(jīng)濟發(fā)展、人工放牧加劇、人工綠洲與耕地發(fā)展的擴增，在區(qū)域大風、沙塵暴、東北風的作用下，促使沙漠向西南推進直逼綠洲，在一定程度上擠占了荒漠-綠洲過渡帶的空間，而荒漠-綠洲過渡帶是干旱區(qū)綠洲的自然生態(tài)防護屏障，它的萎縮將會降低整個區(qū)域的自然生態(tài)系統(tǒng)防護功能，并危及區(qū)域生態(tài)安全。流域內(nèi)面源污染主要來源于農(nóng)村居民生活污水和廢棄物、農(nóng)村畜禽糞便、分散式禽畜養(yǎng)殖，農(nóng)業(yè)化肥等，脆弱的生態(tài)環(huán)境屏障導致流域農(nóng)村水環(huán)境面臨嚴峻挑戰(zhàn)，防治流域面源污染將對保護流域脆弱的生態(tài)屏障具有積極意義。

面源污染特點是擴散范圍廣、源頭較難處理，常見的計算方法有：輸出系數(shù)模型、源強系數(shù)法、排污系數(shù)法等標污染負荷計算法；依據(jù)ARCGIS結(jié)合DEM數(shù)據(jù)進行計算分析的模型有SWAT、HSPF、AGNPS、SWMM、BASINS等。劉邵偉等采用問卷調(diào)查搜集數(shù)據(jù)結(jié)合等標污染負荷計算法對流域面源污染進行分析。石金昊等依據(jù)SWAT模型模擬不同土地利用類型下的面源污染。劉武等基于SWAT模型預(yù)測2020—2050年流域面源污染月度、年度負荷量以及空間分布特征。本文利用現(xiàn)狀流域污染負荷數(shù)據(jù)，采用產(chǎn)污系數(shù)法、排污系數(shù)法、流失系數(shù)法、入河系數(shù)法計算流域面源污染，分析流域面源污染影響最大的因素，并對規(guī)劃年面源污染負荷入河量進行預(yù)測，這對未來流域污染物入河控制具有積極作用，對改善區(qū)域水質(zhì)水環(huán)境空間環(huán)境具有指導意義。

1 研究區(qū)概況

車爾臣河流域地處中緯度歐亞大陸中心，屬極端干旱區(qū)，位于新疆巴州且末縣和若羌縣境內(nèi)，總面積4.74萬km2。流域總的地勢為南高北低，南起昆侖山和阿爾金山山脈，北部深入塔克拉瑪干大沙漠與尉犁縣，西臨喀拉米蘭河流域，東至江尕薩依河流域，東北部在若羌縣境內(nèi)與塔里木河流域相連，歸宿于臺特瑪湖。流域河流水系主要由車爾臣河及其它小河及間接性的山洪溝組成，車爾臣河是流域內(nèi)最大河流，河全長813km，為典型的冰雪消融型河流，年徑流量的87%來自冰川和永久性積雪，徑流量年際變化相對平穩(wěn)，年內(nèi)分布不均勻，全年近半數(shù)徑流量產(chǎn)自于夏季。流域晝夜溫差大，日平均溫差30.5℃。年降水較為稀少，多年平均降水量25.7mm。2019年流域農(nóng)業(yè)用水(含漁業(yè)、牲畜)占用水總量的98.5%，生活、工業(yè)等其他行業(yè)用水占比僅為1.5%，農(nóng)業(yè)用水帶來的產(chǎn)值僅占29%，而工業(yè)、生活等用水帶來的產(chǎn)值為71%，流域用水結(jié)構(gòu)嚴重失衡。雖然流域在近20年尤其是近10年水資源處于豐水期，生態(tài)環(huán)境惡化的趨勢尚不明顯，但2019流域地表水供水量3.3億m3，地表水、地下水均超出三條紅線控制指標，如果不改變現(xiàn)狀的開發(fā)格局與用水規(guī)模，將進一步加劇流域水生態(tài)環(huán)境脆弱性，生態(tài)環(huán)境進一步惡化的風險性也會日益增加。

2 研究方法

車爾臣河流域地處內(nèi)陸干旱地區(qū)，降雨少、蒸發(fā)量大，城鎮(zhèn)降雨徑流產(chǎn)生的面源污染有限，面源污染主要來自農(nóng)、牧區(qū)的化肥農(nóng)藥施用、農(nóng)村生活污水、生活垃圾及分散式畜禽養(yǎng)殖。面源污染物入河量估算內(nèi)容包括面源源強和流失量(或排放量)調(diào)查、入河量估算兩部分。一般采用產(chǎn)污系數(shù)估算面源污染物源強，排放系數(shù)估算污染物排放量，流失系數(shù)估算污染物流失量。在污染物流失量的基礎(chǔ)上，采用入河系數(shù)計算污染物入河量。

2.1 農(nóng)村生活污水污染負荷估算

農(nóng)村生活污水中，污染物排放濃度取COD∶50g/(人·d)、NH3-N∶3.2g/(人·d)、TN∶6.4g/(人·d)、TP∶1.3g/(人·d)。依據(jù)《新疆地表水資源研究》農(nóng)村生活污水流失量的按產(chǎn)生量的12%進行估算，流失系數(shù)取12%，農(nóng)村生活污水入河量的入河系數(shù)取值在0～10%。

2.2 農(nóng)村生活垃圾污染負荷估算

農(nóng)村生活垃圾中，農(nóng)村生活垃圾和固體廢棄物產(chǎn)生量(t)按照污染物含量估算，取值在0.02%～0.25%。其中COD∶0.252%、NH3-N∶0.021%、TN∶0.21%、TP∶0.22%。農(nóng)村生活垃圾和固體廢棄物流失量按照產(chǎn)生量的流失損失估算，流失系數(shù)取13%。農(nóng)村生活垃圾和固體廢棄物入河量的入河系數(shù)取值為0～10%。

2.3 化肥施用及污染負荷量

化肥施用量含氮肥、磷肥和復(fù)合肥，不含鉀肥。化肥流失量中，化肥有效成分中COD、TN分別按氮肥的80%、20%計，NH3-N按TN的10%計，TP按磷肥的15%計?；嗜牒恿堪凑栈柿魇Я窟M行估算，流失系數(shù)取值為15%～25%。

2.4 分散式禽畜養(yǎng)殖污染估算

畜禽糞便污染物含量按照畜禽種類的排泄量及污染物含量參數(shù)表進行估算，見表1。分散式禽畜污染物流失量，按產(chǎn)生量的12%估算，畜禽糞便污染物入河量按照污染物流失量進行估算，入河系數(shù)取值為0～10%。

表1 分散式禽畜養(yǎng)殖污染物排泄量及污染物含量參數(shù)表

3 結(jié)果分析

3.1 污染負荷量估算

2019年，車爾臣河流域農(nóng)村總?cè)丝跒?.6萬人，禽畜養(yǎng)殖總量共計為60.16萬頭(只、羽)，化肥施用量(不含鉀肥)共計為1.31萬t(按折純法計)。依據(jù)2019年農(nóng)村人口、牲畜數(shù)量、化肥數(shù)量數(shù)據(jù)，結(jié)合計算得出農(nóng)村生活污水排放量和流失量、農(nóng)村生活垃圾產(chǎn)生量和入河量、化肥施用量和入河量。不同水平年牲畜數(shù)量表，見表2。流域2019年面源污染負荷入河量匯總表，見表3。

表2 不同水平年牲畜數(shù)量表 單位：頭(只、羽)

表3 車爾臣河流域2019年面源污染負荷入河量匯總表 單位：t/a

由表3可知，按排污系數(shù)60%計，現(xiàn)狀流域農(nóng)村生活污水排放量為102.5萬m3。農(nóng)村生活垃圾產(chǎn)生量按1.0kg/(人·d)計，則，現(xiàn)狀流域農(nóng)村生活垃圾產(chǎn)生量為1.67萬t/a?；视行С煞种?，TN、TP含量分別為0.85萬、0.32萬t。流域農(nóng)村生活用水量共計為170.8萬m3。從污染負荷來源分析，化肥施用是流域主要的面源污染源，其產(chǎn)生的污染負荷占到流域污染負荷的90%以上。化肥施用對車爾臣河流域的污染，主要表現(xiàn)有：化肥的大量使用，特別是氮肥用量過高，使部分化肥隨降雨、灌溉和地表徑流進入河、湖、庫，污染水體，造成水體富營養(yǎng)化。

規(guī)劃2025年，車爾臣河流域農(nóng)村總?cè)丝跒?.0萬人，農(nóng)村生活用水量共計為164.6萬m3。化肥施用量(不含鉀肥)共計為1.04萬t(按折純法計)。禽畜養(yǎng)殖總量共計為70.59萬頭(只、羽)，車爾臣河流域2025面源污染負荷入河量匯總表，見表4。

表4 車爾臣河流域2025面源污染負荷入河量匯總表 單位：t/a

規(guī)劃2035年，車爾臣河流域農(nóng)村總?cè)丝跒?.0萬人，農(nóng)村生活用水量共計為164.6萬m3?；适┯昧?不含鉀肥)共計為1.04萬t(按折純法計)。禽畜養(yǎng)殖總量共計為70.59萬頭(只、羽)，車爾臣河流域2035面源污染負荷入河量匯總表，見表5。

表5 車爾臣河流域2035面源污染負荷入河量匯總表 單位：t/a

3.2 規(guī)劃水平年面源污染負荷變化分析

將規(guī)劃水平年2025年面源污染負荷入河量與2019年對比，并將規(guī)劃水平年2035年面源污染負荷入河量與2019年對比，計算減少幅度，結(jié)果見表6—7。

由表6可知，規(guī)劃2025年車爾臣河流域面源污染負荷入河量較現(xiàn)狀年有所減少，面源污染負荷COD、NH3-N、TN、TP較現(xiàn)狀年減少量分別為325.4、8.5、51.2、14.8 t/a，減幅分別為20.5%、23.4%、 24.0%、26.1 %。其主要原因為規(guī)劃2025年流域農(nóng)業(yè)灌溉面積較現(xiàn)狀灌溉面積減少了約14萬畝，同時，化肥施用方式更加科學合理，化肥施用量大幅減少。從污染負荷來源分析，污染源負荷減少量排序為：化肥施用>農(nóng)村生活污水>農(nóng)村生活垃圾，化肥施用是流域主要的面源污染源，其產(chǎn)生的污染負荷占到流域污染負荷的88%以上。分散式禽畜養(yǎng)殖污染負荷量增加，其原因為流域規(guī)劃2025年較2019年新增分散式禽畜養(yǎng)殖總量11.5萬頭(只、羽)。

表6 車爾臣河流域規(guī)劃2025年面源污染變化量分析表

由表7可知，規(guī)劃2035年車爾臣河流域面源污染負荷入河量較現(xiàn)狀年有所減少。規(guī)劃2035年，流域面源污染負荷COD、NH3-N、TN、TP較現(xiàn)狀年減少量分別為350.6、9.9、58.9、17.6t/a，減幅分別為22.4%、28.2%、28.6%、32.6 %。與規(guī)劃2025年相比，規(guī)劃2035年流域面源污染負荷COD、NH3-N、TN、TP都略有減少，降幅不大。但分散式禽畜養(yǎng)殖污染負荷量增加，其原因為規(guī)劃2035年較2025年新增分散式禽畜養(yǎng)殖總量15.5萬頭(只、羽)。從污染負荷來源分析，污染源負荷量排序，化肥施用是流域主要的面源污染源，其產(chǎn)生的污染負荷占流域污染負荷的86%以上。

表7 車爾臣河流域規(guī)劃2035年面源污染變化量分析表

3.3 面源污染控制措施

車爾臣河流域面源污染負荷入河量主要為進入水體的氮磷負荷，依據(jù)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中對化肥和農(nóng)藥施用及流失的相關(guān)要求，從資源化利用角度出發(fā)，對流域農(nóng)村生活污水和垃圾、禽畜糞便的治理提出相關(guān)建議。

(1)從源頭控制面源污染是解決車爾臣河流域農(nóng)業(yè)農(nóng)村面源問題最有效解方法之一。根據(jù)流域面源污染污染源情況，采取的“減源”措施主要包括倡導家庭節(jié)水、農(nóng)業(yè)固廢處置及資源化從而減少農(nóng)田化肥和農(nóng)藥的施用。

(2)根據(jù)流域水環(huán)境質(zhì)量目標控制要求，按照土地承載能力和養(yǎng)殖類型，實施畜禽養(yǎng)殖廢棄物處理利用工程。個體養(yǎng)殖以自然村為單元建設(shè)清潔養(yǎng)殖小區(qū)，實現(xiàn)糞便資源化利用；依據(jù)人畜分離原則，對產(chǎn)生的垃圾、廢棄物進行定期清理和處理；將牲畜糞便進行深度處理回收利用生產(chǎn)有機肥，減少農(nóng)村牲畜養(yǎng)殖對生態(tài)環(huán)境的污染；配套建設(shè)牲畜糞便、固體廢棄物等廢棄物處理利用工程。

(3)通過開展科技宣傳、技術(shù)培訓等形式多樣的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)技術(shù)和實用技術(shù)培訓，全面普及農(nóng)業(yè)產(chǎn)品的科學、合理使用知識，使廣大農(nóng)民能夠樹立學科學、用科學的意識。對接受過義務(wù)教育、具有一定文化知識的農(nóng)民，進行系統(tǒng)、重點的培訓，使之熟練掌握某個作物的生產(chǎn)技術(shù)知識和操作規(guī)程，成為生產(chǎn)技術(shù)骨干。

4 結(jié)論

本文利用農(nóng)村生活用水、牲畜、化肥等數(shù)據(jù)計算2019年車爾臣河流域面源污染，并對2025、2030年面源污染量進行預(yù)測。

(1)從污染負荷流失量來源分析，2019、2025、2035年化肥施用均為流域主要的面源污染源，其產(chǎn)生的污染負荷占流域污染負荷比分別為90%、88%、86%。

(2)從污染負荷入河量分析，規(guī)劃2025年較現(xiàn)狀2019年、規(guī)劃2035年較2025年污染負荷入河量均有減少，其主要原因為農(nóng)業(yè)耕地面積較少，化肥施用量減少。

(3)采取的面源污染防治措施主要有：利用“減源”措施防治農(nóng)業(yè)化肥污染；對養(yǎng)殖、固體廢棄物等配套建設(shè)廢棄物處理利用工程；對農(nóng)民普及農(nóng)產(chǎn)品科學使用方法等。

(4)通過對現(xiàn)狀年及規(guī)劃年車爾臣河面源污染負荷流失量、面源污染負荷入河量計算，為識別流域主要面源污染源，有效防控農(nóng)業(yè)、生活等因素造成的面源污染負荷風險，保障流域生態(tài)環(huán)境起到重要作用。