（环境科学专业论文）中小型水库流域农业非点源控制研究——以东莞市厚街镇横岗水库为例.pdf

染物排放量为：c o d c r 8 6 3 2 8 t a ，总氮1 4 9 9 5 t a ，总磷8 3 3 t ，a 。 2 根据箱式扩散模型计算求得横岗水库污染物的环境容量为c o d c r l 5 5 7 1 1 妇；总氮8 7 5 3 t a ，总磷1 0 6 5 t a 。总环境容量的2 0 作为预留环境容量，8 0 作 为可用环境容量。将可用环境容量在径流面源和非径流面源之间进行分配，具体 为非径流面源( 工业源、生活源、养殖源) 环境容量为c o d c r l 4 0 2 3 t a ，总氮 3 6 0 4 妇，总磷5 7 7 t a ；径流面源环境容量为c o d c ，1 1 0 5 4 6 t a ，总氮3 3 9 8 t a ，总 磷2 7 5 t a 。 3 采用线性规划模型对横岗水库的各种用地类型进行规划的具体计算结果 为：林地3 1 3 。3 0 h a 、园地2 1 0 7 。2 0 h a 、一般耕地0 0 0 h a 、农田保护区6 5 6 。2 0 h a 、 未利用土地0 0 0 h a 、草地0 0 0 h a 、湿地2 6 5 9 0 h a 、工业园4 7 8 6 h a 、工矿用地 3 6 5 8 0 h a 、居民用地1 7 4 8 2 h a 、道路1 0 3 3 0 h a ；总价值为1 4 2 1 7 4 2 万元a 。 4 农业非点源需采取多种方式进行管理。主要内容为减少化肥施用量，增 加有机肥的旌用量；采用多种方式利用养殖废物和废水；对养殖废水采用稳定塘 系统进行无害化处理；合理使用农药，采取生物防治的办法治理病虫害；大力发 展高效生态农业和立体生态农业模式。 关键词：水库流域、富营养化、农业非点源、线性规划 l l t h er e s e a r c ho fa g r i c u l t u r a ln o n p o i n ts o u r c ec o n t r o li n m i d d l e - s m a l lr e s e r v o i rw a t e r s h e d - - - - - t a k e nh e n g - g a n gr e s e r v o i ri n h o u j i et o w nd o n g g u a n c i t ya sa ne x a m p l e a b s t r a c t s i n c e2 0 t hc e n t u r y7 0 s ，t h ep o l l u t i o no fe a c hl a k ea n dt h ek e yw a t e r si no u r c o u n t r ya p p e a r e do b v i o u s l y , e s p e c i a l l ye u t r o p h i c a t i o no fw a t e rh a sb e e nd e t e r i o r a t e ds h a r p l y t h ew a t e rq u a l i t yo fk e yl a k e sh a sd e s c e n tc o n t i n u o u s l y , t a i h u c a o h u t h et w oo ff i v ek e yb i g l a k e sh a sa l r e a d yb e e ne u t r o p h i c ，t h ec o n c e n t r a t i o nt - p , t - nw a sw o r s et h a ns t a n d a r do fs u r f a c e w a t e rq u a l i t yv h o n gz e - h u ，d o n gt i n g - h u ，p o y a g - h u a n ds e v e r a lk e yr i v e r ss u c ha s h u a i h e ，h a r t - s h u i ，z h o - j i a n g ，g ez h o ub ar e s e i v o j r , e t ca l lf a c et h ee u t r o p h i c a t i o nt h r e a t e n t h e i n v e s t i g a t i o no f1 3 0l a k e si no u rc o u n t r yh a ss h o w n ：i n t e n s i v ee u t r o p h i cl a k e st o o ka c c o u n to f 4 6 5 m o d e r a t ee u t r c l p h i cl a k e st o o ka c c o u n to f 4 5 a c c o r d i n g t h e i n v e s t i g a t i o n i nt a i - h u ，c a o h u ，d i a n c h iw a t e r s h e d b y e n v i r o n m e n tp r o t e c t i o na g e n c yo fc h i n a ，t h ec o n t r i b u t i o no fi n d u s t r i a lw a s t e w a t e rt o c o n c e n t r a t i o no ft - na n dt _ pw a so n l y1 0 1 6 w h i l et h ew a s t ew a t e ro fl i v i n ga n d l o s so fn i t r o g e n ，p h o s p h o ro fa g r i c u l t u r ew e r et h em a i nr e a s o n so fe u t r o p h i c a t i o n ； a g r i c u l t u r a ln o n p o i n ts o u r c ew a sa c c o u n tf o r4 5 o ft h et - np o l l u t i o ns o u r c eo f d i a n c h ia n da c c o u n tf o r2 7 o ft - np o l l u t i o ns o u r c e r e s e a r c ht a k e nb ys o i l r e s e a r c hi n s t i t u t eo fa g r i c u l t u r es c i e n c ea c a d e m yo fc h i n ar e v e a l e d ：t h ef a r m ，b i r d a n da n i m a lc u l t i v a t i o na n dl i v i n gp o l l u t i o nf r o mc o n j o i n tp l a c e sb e t w e e nv i l l a g e sa n d t o w n sw e r et h ek e yr e a s o n st oc a u s ew a t e r s h e dw a t e re u t r o p h i c a t i o n ，t h ec o n t r i b u t i o no f t h e me x c e e d e dt h el i v i n ga n di n d u s t r i a lp o l l u t i o ns o u r c ef r o mu r b a na r e a 1 1 1 ec o n t r o l o fa 鲥c u l t u r a ln o n - p o i n ts o u r c ep o l l u t i o nh a sb e e no n eo ft h ek e ya p p r o a c h e st o r e s o l v ew a t e re u t r o p h i c a t i o no fl a k e si no u rc o u n t r y h e n g g a n gr e s e r v o i ri nd o n g - g u a nc i t yh o u - j i et o w ni st h es p a r ew a t e rs o u r c eo fd r i n k i n g w a t e ro fh o u - j i et o w n p r e s e n t l y , t h ew a t e rq u a l i t yo fi ti sw o r s et h a ns u r f a c ew a t e rq u a l i t y s t a n d a r di i ，a n dh a sb e e ne u t r o p h i c a t i o n a c c o r d i n gt h ei n v e s t i g a t i o no fh e n g - g a n gr e s e r v o i r w a t e r s h e d ，t h em a i np o l l u t i o ns o u r c e sa r et h ei n d u s t r i a lw a s t e rw a t e r , l i v i n gs e w a g e ，b i r da n d a n i m a lr a i s i n gw a s t ew a t e r , s u r f a c el n n o f f , l i v i n gs e w a g e ，r a i s i n gw a s t ew a t e rw a s t ew a t e ra n d s u r f a c er u n o f fa r ec o m p a r a t i v eh i g h e r i t h i sp a p e ra u t h o rh a ss t u d i e dt h ec o n t r o lm e t h o d so ft h e a g r i c u l t u r a ln o n - p o i n tp o l l u t i o ns o u r c eo fh e n g - g a n gr e s e r v o i rw a t e r s h e df o i mf a r ml a n d s c a p e m a n a g e m e n ta n da g r i c u l t u r a ln o n - p o i n tp o l l u t i o ns o u r c ec o n t r 0 1 t h em a i na c h i e v e m e n t so ft h e r e s e a r c ha r ea sf o u o w s ： 1 t h em a i na g r i c u l t u r en o n - p o i n tp o l l u t i o ns o u r c e so fh e n g - g a n gr e s e r v o i rw a t e r s h e da r e ； i i i l i v i n gp o l l u t i o ns o u r c e ，r a i s i n gp o h u t i o n s o u r c ea n ds u r f a c er u n o f fp o l l u t i o ns o u r c e g r o s s p o l l u t a n t so fa g r i c u l t u r a ln o n p o i n ts o u r c ea r e ：c o d e r ：2 2 6 2 9 9 t a ，t _ n ：5 0 2 6 1 t a ，t - p ：6 5 4 2 t a t h ep o r t i o no fr a i s i n gp o l l u t i o ns o u r c ei sh i g h e s t ，r u n o f fp o l l u t i o ns o u r c et a k es e c o n dp l a c e ，a n d l i v i n gp o l l u t i o ns o u r c ei sl o w e s t p o l l u t a n t sf r o mr a i s i n gs o u r c ea r e ：c o d c , ：1 1 1 4 7 0 t a ，t - n ： 3 2 6 9 7 ，t - p ：5 3 。2 7 t a ；p o l l u t a n t sf r o mr u n o f f s o u r c ea r e ：c o d e f ：8 6 3 2 8 ，t - n ：1 4 9 9 5 , t - p ：8 ，3 3 f f a 2 a c c o r d i n gt h er e s u l tt h a tc a l c u l a t e db yt r u n kd i f f u s i n gm o d e l ，t h ee n v k o n m e n t a lc a p a c i t y o fh e n g g a n gr e s e r v o i ra r ec o d e r1 5 5 7 1 l f f a ，t - n8 7 5 3 f f a ，t - p1 0 6 5 f f a n e2 0 o ft o t a li s u s e da so b l i g a t e de n v i r o n m e n t a lc a p a c i t y , 8 0 o ft o t a li sr e g a r da su s a b l ee n v i r o n m e n t a lc a p a c i t y t h eu s a b l ee n v k o n m e n t a lc a p a c i t yi sd i s t r i b u t e db e t w e e nr u n o f fp o l l u t i o ns o u r c ea n dn o n r u n o f f p o l l u t i o ns o u r c e t h ee n v i r o n m e n t a lc a p a c i t yo fn o n r u n o f fp o l l u t i o ns o u r c ei sc o d e r1 4 0 ，2 3 a ， t - n3 6 0 4 妇，t - p5 7 7 ；t h ee n v i r o n m e n t a lc a p a c i t yo fr u n o f fp o l l u t i o ns o u r c ei sc o d o1 1 0 5 4 6 t a ， t - n3 3 9 8 t a t - p2 7 5 妇 3 t h er e s u l to fl i n e a rp r o g r a mm o d e lu s e df o rl a n dm a n a g e m e n to fh e n g - g a n gr e s e r v o i r w a t e r s h e di sf o r e s ta r e a3 1 3 3 0h a ，g a r d e nl a n da r e a2 1 0 7 2 0 h a ，p l a n t a t i o na l e ao 0 0 h a , c r o p l a n d 6 5 6 2 0 h a a n - u s e dl a n da r e a0 o o h a ，g r a s sl a n da r e a0 0 0 h a ，w e t l a n da r e a2 6 5 9 0 h a ，i n d u s t r yp a r k a r e a4 7 8 6 h a ，i n d u s t r yl a n da r e a3 6 5 8 0 h a ，i n h a b i t a n tl a n da r e a1 7 4 8 2 h a ，r o a d w a yl a n d a r e a l 0 3 3 0 h a ；t o t a lv a l u eo fw h o l ew a t e r s h e d1 4 2 ，1 7 4 ，2 0 0r m b a 4 t b ea g r i c u l t u r a ln o n - p o i n tp o l l u t i o ns o u r c e dn e e dt ob ec o n t r o l l e db ym u l t i p l em e t h o d s t h em a i nm e t h o d sa r ed e c r e a s i n gt h en s eo fi n o r g a n i cf e r t i l i z e r , i n c r e a s i n gt h eo r g a n i cf e r t i l i z e r , u t i l i z i n gt h er a i s i n gs e w a g eb ym u l t i - w a y s , u s i n gt h em u l t i - p o n d ss y s t e mt ot r e a tr a i s i n gs e w a g e ， u s i n gp e s t i c i d ea p p r o p r i a t e l y , u s i n g t h eb i o l o g i cm e t h o dt oc o n t r o li l l n e s sa n dp e s td i s a s t e ro f a g r i c u l t u r e ，d e v e l o pe f f i c i e n te c o l o g y a g r i c u l t u r em o d ea n dt r i d i m e n s i o n a le c o l o g ya g r i c u l t u r e m o d e k e y w o r d s ：r e s e r v o i rw a t e r s h e d ，e u t r o p h i c a t i o n ，n o n - p o i n ta g r i c u l t u r a ls o u r c e ，l i n e a rp m g r a m 1 绪论 1 1 前言 我国湖泊水质污染严重，大部分湖泊水质为类、类或劣于类，其中最 主要的问题是富营养化。据2 0 0 1 年我国环境污染状况公报显示：我国七大水系 监测的7 5 2 个重点断面中，i 一类水质占2 9 5 ，i v 类水质占1 7 7 ，v 类和劣 v 类水质占5 2 8 。另外对我国1 3 0 余个湖泊调查资料显示，富营养化湖泊占调 查总数的4 6 5 ，中营养化湖泊占调查总数的4 5 【l 】。 国家重点治理的“三湖“隋况为：太湖i i 、类水质断面占1 2 ，1 v 类水质断 面占1 2 ，v 类和劣v 类水质断面占2 4 ：云南滇池平均水质劣于v 类，处于富 营养化状态，巢湖东平湖处于水质平均为i 类，西半湖水质为v 类，东西半湖水 质处于富营养化状态1 2 i 。 表卜1中国重要水域的水质等级变化嘲 t a b l e1 - 1t h ew a “：rq u a l i t yt r a n s f o r m a t i o no fk e yw a t e r si nc h i n a 从上述表格可以看出我国最重要的内陆湖泊的水质变化，可以看出我国的湖 泊水质恶化趋势明显，且污染情况十分严重；污染源控制和湖泊的治理迫在眉睫。 随着我国工业生产的发展，工业“三废”的污染治理已引起了人们的重视，但 农业污染对环境的影响却没有引起足够重视，治理措施也相对滞后，使其成为潜 在的威胁。农业非点源污染是指人们从事农业生产活动时通过使用农药、化肥、 粪便及农田水土流失而产生的污染1 4 1 。农业非点源污染对我国内陆湖泊的最大影 响是造成水体富营养化。 目前，许多发达国家已经证实农业非点源是导致水体富营养化的主要原因之 一。据有关研究；美国的非点源污染占污染总量的2 3 ，其中农业面源的贡献率 为7 5 左右【5 】；丹麦2 7 0 条河流9 4 氮负荷、5 2 磷负荷是由非点源污染所引起 的【6 j ；荷兰农业非点源中总氮、总磷分别占水环境污染总量的6 0 和4 0 左右【7 】。 在我国农业非点源对水库富营养化的贡献逐步增加，现在已经成为内陆湖泊的首 要污染源。研究结果表明，在中国水体污染严重的流域，农田、农村畜禽养殖和 城乡结合部的生活排污是造成水体氮、磷富营养化的主要原因，其贡献率大大超 过来自城市生活污水的点源污染和工业的点源污染。 根据国家环保总局组织的在太湖、巢湖、滇池、三峡库区等流域的调查，工 业废水对总氮、总磷的贡献率仅占1 0 一1 6 ，而生活污水和农田的氮、磷流失 是水体富营养化的主要原因吼据调查2 0 0 2 年滇池总氮污染源中，工业污染所 占比重为2 ，生活源所占比重为5 3 ，农业非点源所占比重为4 5 ；总磷污染 源中，工业污染所占比重为4 ，生活源所占比重为6 9 ，农业非点源所占比重 为2 7 2 1 。 中国农业科学院土壤肥料研究所的研究结果显示：在中国水体污染严重的流 域，农田、农村畜禽养殖和城乡结合部地带的生活排污是造成流域水体氮、磷富 营养化的主要原因，其贡献大大超过来自城市地区的生活点源污染和工业点源污 染【3 j 。对中国重要流域如滇池、五大湖泊、三峡库区的分析结果显示，随着这些 水域农田氮、磷肥料用量和畜禽养殖业的大幅度增加，氮、磷富营养化程度逐步 升级。 1 2 农业非点源污染概况 非点源污染是指在较大范围内，在降雨径流的冲刷作用下，大气、地面和土 壤中污染物以分散的、微量的形式进入地表以及地下水体，并在水体富集，从而 导致水环境污染。非点源分为城市非点源和农业非点源【训。农业非点源包括化肥、 农药、家畜粪便、生活污水、农田水土流失、水产养殖、大气干湿沉降、林区地 表径流等造成的水体污染。 2 非点源发生的机理较为复杂，与非点源相比。主要有以下特征m 1 2 1 ： ( 1 ) 发生时间具有随机性，主要由于降雨、植被类型、气候、地质地貌分布 的随机性引起的，使非点源发生也具有一定的随机性。 ( 2 ) 发生方式具有问歇性，由于干湿沉降以及降雨的问歇性影响，使得污染 物的监测、控制和处理具有一定难度。 ( 3 ) 发生时机具有潜伏性和滞后性，污染物形成和污染发生不同步，农业化 学用品和污染物在土壤中的积累在降雨之前已经形成。 ( 4 ) 发生机理复杂性污染发生的机理涉及到多个学科研究领域，包括气象 学、水文学、水力学、土壤学、土壤侵蚀学和土壤化学等。 1 3 国内外农业非点源污染研究进展 非点源的研究始于上世纪6 0 年代，7 0 年代后世界各地逐渐开始重视。近期 取得了很大进展。 1 3 1 农业非点源污染发生的机理研究 从农业非点源形成的动态过程进行研究，主要包括降雨径流的形成过程、土 壤的侵蚀过程、地表溶质溶出过程和土壤溶质渗漏过程的研究。 降雨径流的形成过程与非点源关系密切。一次降雨过程中，并非流域内所有 地区均能形成地表径流而产生非点源污染。许多学者从水文学、水动力学角度出 发，研究暴雨形成的径流的动力产汇特性，重点是对产流条件的空间差异进行研 究。具有代表性的有美国水土保持局5 0 年代提出的s c s 法。随后，根据s c s 法建立了c r e a m 、a g n p s 和s w a t 等模型，l u t z 对s c s 法进行了改进，考虑 了包括基流因子的前期土壤水分状况，使其能够较好的模拟水文参数【1 3 , 1 4 】。我国 学者根据实际情况，对以上模型进行了应用，并提出了具有我国特色的产流计算 方法，其中具有代表性的模型有蓄满产流模型、超渗产流以及综合产流等理论。 土壤侵蚀过程研究是农业非点源发生机理另一个重要的内容。美国6 0 年代 推出了用于坡地侵蚀模拟估算长期平均土壤流失的美国通用土壤流失方程 u s l e ( u n i v e r s a ls o i ll o s se q u a t i o n ) 1 1 5 】。该方法考虑了降雨因子、土壤侵蚀因子、 地形因子、作物因子和管理因子等，该法被不断修改后其形成r u s l e ，在模拟 精度和范围上有所提剐1 6 】。在8 0 年代后期，由于土壤侵蚀。沉降过程研究得到 3 发展，形成了w e p p ( w a t e re r o s i o np r e d i c t i o np r o j e c t ) ，该法属于基于物理过程 的模型。我国对土壤侵蚀研究提出了较为通用的经验型区域性土壤侵蚀模型。 地表溶质溶出过程研究内容为农业非点源污染物氮磷元素在农田中的径流 流失量、流失机理和规律以及对水体的影响。主要包括：氮磷流失与农田耕作状 况的关系；氮磷流失与作物生长的季节关系：氮磷流失与降雨的关系；氮磷流失 与土地利用的关系；氮磷流失形态与地表径流的关系；土壤污染物的含量与径流 中氮磷浓度关系；氮磷流失与地表坡度和施肥量的关系等。我国研究主要为：植 被覆盖度对氮磷流失的影响；土地利用对氮磷流失的影响；旌肥过程对氮磷流失 形态的影响；气象因子对氮磷流失的影响 1 7 - 2 0 】。土壤溶质的渗漏过程研究主要为 非点源污染物以溶解态形式，向下层土壤迁移的过程氮磷淋失量的估算、影响氮 磷淋失的因素研究等。主要包括：土壤质地对硝态氮的淋失影响；降雨和灌溉对 硝态氮的淋失影响：氮肥的使用对硝态氮的淋失影响；种植制度对硝态氮淋失的 影响等。 1 3 2 农业非点源模型研究 农业非点源模型主要分为：经验模型、机理模型【删。经验模型表现为流域地 形特征与污染物输出之间经验的相关关系，有土地利用相关模型和流量相关经验 模型。经验模型主要有以下几类： ( 1 ) 与土地利用类型相关模型 土地利用类型一般被认为与非点源污染物产生量关系最为密切，针对不同土 地上的产污特征，许多学者经过研究总结出各种土地利用类型上单位面积的年污 染物产生负荷。其流域污染负荷计算公式为【加】： w = a i p i w 为流域的非点源污染负荷( k g a ) ，a i 为该流域的某一土地利用利用类型 的面积( h a ) ，p i 为该土地利用类型的单位面积产物系数( k g ( h a + a ) ) 。这种方法 能够简单的估算出非点源的年平均负荷，可用于流域的规划之中，但是该方法的 不同用地类型的产污系数具有明显的地域型，不同的水文、气象、土壤和地形条 件下，产污系数相差很大。因此，在计算某个地区的非点源负荷时，需要利用当 地的产污系数。 4 产污系数法无法预测单次暴雨的污染负荷，其作用相对有限。经过改经后， 形成径流产污预测方法，其计算公式如下1 2 1 】： w = a i r i l c i 其中l 为降雨量，r i 为某一土地利用类型的产流率，c i 为某一土地利用类 型上产生径流中某污染物的平均浓度。 ( 2 ) 流量相关经验模型 这种模型通过对流域径流量与污染负荷的观测数据进行线性回归分析，获得 两者之间的统计关系，对污染物进行估算。其计算公式如下： w = c q ； 其中c 为回归系数，或单次暴雨径流的污染物平均浓度。该方法与土地利 用相关模型有所不同，流量相关经验模型是通过确定径流量与污染负荷之间的关 系，来确定流域的污染负荷。由于径流量不能表征某一流域的状态，因此，该法 不具有预测功能，可移植性差胆1 。 经验模型只能对污染负荷提供长时间系列的平均估算，预测功能有限。模型 中包含地域特征较多，因此其可转移性差。由于经验模型忽略了季节性变化，因 此不能用于模拟短期的非点源负荷。经验模型应用简便，对数据要求较低，便于 推广。但是其模型不能揭示非点源污染发生的机理，因此，其在管理和控制方面 的作用有限。 机理模型表现为采用一种简化的方法模拟自然过程，可定量描述整个非点源 发生过程。这种模型可以定量描述非点源发生的连续过程，并有效的兼顾了简单 的经验模型与复杂的纯物理模型之间的优点，可以在广阔的地理范围内评估营养 物质的来源及影响，同时能够评价非点源污染负荷不同季节和不同年际之间的变 化，以及长期的水质趋势预测等；并能描述实际土地利用类型的变化所产生的影 响。 近期开发关于污染负荷预测的模型较多田1 ：如农业管理系统的化学污染物径 流负荷和流失模型c r e a m s 2 4 , 2 5 l ( c h e m i c a l s ， r u n o f f ，a n de r o s i o nf r o m a g r i c u l t u r em a n a g e m e n ts y s t e m l 、农业管理系统对地下水影响效应模型 g l e a m s ( g r o u n d w a t e rl o a d i n ge f f e c to f a g r i c u l t u r em a n a g e m e n ts y s t e m ) 2 6 1 、流域 非点源环境响应模型a n s w e r s ( a r e a ln o n p o i n ts o u r c ew a t e r s h e de n v i r o n m e n t 5 r e s p o n s es i m u l a t i o n ) 1 2 7 1 、农业非点源污染模型a g n p s ( a g r i c u l t u r en o n p o i n t s o u r c e ) 2 s l 、农田尺度侵蚀模型w e p p ( w a t e re r o s i o np r e d i c t i o np r o j e c t ) t 2 9 1 、非点源 负荷模型s w r r b ( s i m u l a t o rf o rw a t e rr e s o u r c ei nr u r a lb a s i n s ) 、水土流失评估模 型s w a t ( s o i la n dw a t e r a s s e s s m e n tt 0 0 1 ) p 0 ，其中应用较为广泛的主要有a g n p s 模型。 农业面源预测的计算机模型主要为a g n p s 模型是由美国农业部( u s d a ) q - 壤保持局( s o i lc o n s e r v a t i o ns e r v i c e ) 和明尼苏达州污染控制局( m i n n e s o t ap o l l u t i o n c o n t r o la g e n c y ) 共同开发的、适宜于估算集水面积2 0 0 k i n 2 以下流域地表径流水 质的计算机模型【3 1 m 1 。该模型是面向事件的分布式模型，由水质子模型、产沙子 模型和径流子模型3 大模块组成【3 3 】。使用时需将待研究的流域划分为单元网格， 网格内各点的水文条件要尽可能相同。如果某一网格内情况较复杂，还可将此网 格进一步划分为子网格。 模型所需的输入参数分为2 类，第1 类是在流域范围内无变化的降雨量、降 雨侵蚀力指数、降雨含氮量等：第2 类是在各个单元格之间可能会发生变化的径 流曲线数、土地坡度、坡长、覆盖和作物管理因子、地表曼宁系数、土壤可蚀性 因子、侵蚀控制措施因子等参数。a g n p s 模型将流域离散化为在土地利用、水 文、土壤等相对一致的网格来解决空间的异质性，流域产生的污染物质以递推的 方式流经每一个网格，最后流出流域出口【3 3 1 。模拟过程是以网格为单元进行的， 因此，模型要求输入每个网格的所有参数。 a g n p s 在世界许多地区都得到了验证，实践证明a g n p s 具有较强的适用 性。a g n p s 5 0 版是一个面向降雨事件的模型，该模型经验证后可适宜于我国流 域连续监测资料极少，资料缺乏的实际情况。根据厦门大学洪华生研究，在福建 省九龙江流域对2 0 0 2 年9 月1 1 日和2 0 0 2 年9 月1 3 日两场降雨事件的模拟中， 除可溶性磷的检验结果误差较大外，其它参数的模拟值与实测值基本符合，其中 总氮、总磷的模拟误差均在7 以下1 。a g n p s 在水库、流域、湖泊的面源污 染防治上已得到广泛的应用。如y o u n g 等在1 9 8 9 年使用a g n p s 模型比较了不 同农业管理措施对防治农业面源污染的作用及效益。p r a t o 和s h i t 3 5 】在1 9 9 0 年使 用a g n p s 研究了不同的水土保持方法对减少土壤潜在侵蚀量的作用。t i m 等在 1 9 9 2 年【3 6 , 3 7 1 ，r o d e 等在1 9 9 5 年【3 8 1 使用a g n p s 模型模拟了几类事件，比较土地 利用和耕地措施，及它们对农业非点源污染的影响。g r u n w a l d l 3 9 】等在1 9 9 7 年用 6 a g n p s 模型比较了不同水土保持的管理措施的效益。 这些研究为农业面源污染管理控制的“最佳措施”选择及制定奠定了基础， 或进行了补充完善。该模型在农业面源污染危险区域的识别、水源防护区范围的 绘制、地表水监测网的设计和水资源规划等方面也得到广泛的应用，并取得了重 大的成绩。可以说该模型在污染防治、削减及控制中已发挥了重要的作用。同时， 该模型也在实际应用中不断的得到完善和补充。利用a g n p s 对我国农业面源负 荷模拟具有一定的可靠性。 1 3 3 农业非点源控制和管理研究 在管理和控制方面，国外以“最佳管理模式”( b e s tm a n a g e m e n tp r a c t i c e s ， b m p s ) 最具代表性。美国将“最佳管理模式”定义为：“任何能够减少或预防水 污染源的方法、措施或操作程序，包括工程、非工程措施的操作和维护程序” 4 0 l 。 其内容为一个州或指定的区域的规划部门分析问题所在，审查各种措旌方案，并 经公众评议，认为是能防止或减少非点源污染发生、水质能达到一定标准的一种 或几种措施。最佳管理模式提倡利用生物、非生物工程措施消减非点源污染，并 在工程措施设计标准、效果评价和经济效益分析等方面取得一定的发展。最佳管 理模式强调在非点源治理过程中，政府协调参与、农民从污染产生者转变为环保 者、政府提供技术和经济支持。欧洲开展“养分最佳管理措施”、“养分自愿管理 计划”等平衡农田的氮磷：同时还出台了相应的管理法规，鼓励和刺激农民减少 化肥养分的投入，减少农业生态系统养分流失等。这些计划的实施对农业非点源 的预防和控制起到了明显的效果。 总体上，非点源控制表现为：污染源的控制和污染物的迁移转化过程中的截 流两个方面。污染源控制方面，减少化肥和农药的使用，同时规划化肥、农药的 施用量和施用时间；大力发展生态农业；增加农药、化肥的税收等。在美国为了 鼓励农民采用最佳管理模式，实施的政策主要有，降低农产品的税收，增加对化 肥和农药的税收，设立专项基金，引导农民科学种田等。在科学管理和监测方面 建立了非点源污染监测管理机构，随时监测研究非点源的起源、特点和变化等。 汇的控制方面，主要有推广“最佳农业生产模式”，因地制宜选择轮作、套种、 免耕草地过滤带、综合病虫害防治、家畜粪便合理施用等；另外通过农业景观设 计来控制非点源污染是另外一个重要的手段。农业景观设计主要包括植被缓冲带 的设计、沟渠设计、湿地景观设计等。研究发现农田的沟渠形成的人工网络可以 促进水分、养分在农业景观中的迁移，农田溪沟可以有效控制地表径流，防止土 壤侵蚀，保护农田养分，改善河流的水文特征等；在大片的农业景观中，设置合 适面积的湿地，可以有效的控制农业非点源的形成，有研究表明水塘系统可以对 氮、磷等营养物质具有较强的去除作用【4 1 书】。实践表明，农业景观中的湿地可以 有效的截留地表和地下径流中的固体颗粒物、氮磷等其他化学污染物。 我国非点源管理和控制方面研究较少，主要为水土保持措旌，景观空问格局 分布对非点源污染物形成的影响，不同土地利用结构与水质关系，不同土地利用 类型结构对非点源的影响，“源”和“汇”的景观空间分布格局对非点源污染的 影响1 4 “6 1 。另外，制定了一些国家和地方的法规条例，同时开展了湿地对农业径 流氮磷的净化效果，以及养分管理计划和管理措施等。 1 4 论文选题研究背景及思路 1 4 1 研究背景 横岗水库位于东莞市厚街镇。水库流域地层为第四系砂砾层和砂岩组成，岩 性为细、中粗( 或斑状) 黑云母花岗岩为主，主要地貌类型为冲积平原，土壤 主要为腐殖质土。流域气候属亚热带海洋性季风气候，濒临珠江口，受海洋调节 作用，四季温暖湿润，阳光水分充沛，夏季炎热是台风和洪水季节。冬季以偏北 风为主，夏季以偏南风为主，全年主导风向多为东南风，次主导风向为东风。 横岗水库是一座中型水库，正常库容为2 1 2 x1 0 7 m 3 ，正常水位为2 2 m ，平 均水深为4 9 8 1 m 。每年平均入库流量为2 6 0 1 1 0 7 m 3 ，年出流量平均值为2 2 3 6 1 0 7 m 3 ，循环一次需要时间约为3 4 6 天。 水库于1 9 5 8 年6 月2 6 日动工兴建，主要拦截大岭山小沙河河水。其水域面 积4 2 5 6 x 1 0 2 ，流域面积为4 4 6 1 5 x 1 0 6 m 2 ，总库容为3 2 8 1 0 7 m 3 ，正常水位 为2 2 o o m ，相应库容为2 1 2 xl o t t 0 3 。设计灌溉虎门、厚街两镇3 6 万亩农田， 一直以来是一座以灌溉为主，同时兼顾防洪、供水的中型水库。 横岗水库周边成土母质多为花岗石，土壤主要是原生矿物风化而成的赤红 壤。由于地区经济迅速发展，土地资源得到相当大程度的开发。东面以及北面地 带为高程约一百余米的丘陵。区内植物主要为亚热带、热带树种。天然植被已经 8 被破坏殆尽，现状主要为绿化树种，也有一些残存的次生林，类型主要以马尾松 和桉树为主，主要分布于东部低山和丘陵地带。近年来开展的生态公益林的林分 改造和镇区绿化等将会使其植被的分布更趋于多样性。而主要的人工植被包括各 种类型的果园、绿化植物和各种农作物等，农作物主要有水稻、蔬菜、荔枝、龙 眼、橙柑桔等。 横岗水库是厚街镇是厚街镇的重要后备水源，但是由于周边生活、工业以 及农业养殖和农业径流等污染，目前加州阳光、湖景庄园、海逸豪庭等多家房地 产公司正在周边进行房地产开发，水库的纳污量目前已经远远超过水库的环境容 量。水质调查分析表明，横岗水库的c o d m 。、b o d s 、总氮、总磷和大肠杆菌指 数超标，其中总氮和总磷超标情况严重。多年水质变化趋势表明，水体的氮磷指 标进一步恶化，水质总体上劣于地表水类水。 为了保护该饮用后备水源，防止水库水质进一步恶化，必须对水库的污染 源进行控制。通过现状调查，农业非点源污染物的输入所占比例很高。其中c o d c 。 养殖源占4 6 o 、透水性径流面源占3 8 2 ：总氮养殖源占8 2 2 、透水性径流 面源占5 3 ；总磷养殖源占8 6 1 ，透水性面源占4 4 。农业非点源相对于点 源治理，难度相对较大，需要从管理和治理工程两个方面入手。因此要保证水库 水质的好转，污染物的排放量必须控制在水库的环境容量之内。 因此，本文拟从景观控制方案和水库流域的用地规划两个方面进行研究，以 保证不影响经济发展的前提下，控制农业非点源污染，保护水库水质：并为管理 和决策部门提供农业非点源的污染防治对策。 1 4 2 研究思路 本文研究目的是结合厚街镇横岗水库水文条件、气候条件等，提出对于对农 业非点源的合理控制对策以及流域范围内的合理用地规划。 具体思路如下：( 1 ) 从生活源、工业源、养殖源、径流面源等四个方面调查 清楚横岗水库的主要污染物的总的输入量；( 2 ) 调查横岗水库水质状况、富营养 化状况以及水库底质状况，判断水库的主要水质超标项目，确定终点关注的污染 物；( 3 ) 根据水库的水文状况，计算重点污染物的环境容量，确定总量控制目标， 并将目标分配至点源和非点源，确定非点源的总量控制目标；( 4 ) 根据非点源主 要污染物的总量控制目标，确定非点源污染相应的控制措施( 如沟渠、水塘、岸 边植物带以及前置湿地等) ，以及水库周边的用地类型目标，并提出相应的管理 措施，将控制措施与管理措施相结合，通过管理措施加强整体控制效果。( 5 ) 对 非点源控制方案以及用地类型规划进行可行性分析，最后得出结论。具体技术路 线见图1 - 1 。 水质现状 l 农业非点源预测 环境容量 图1 - 1 研究路线图 1 0 釜 2 研究区域概况 2 1 自然环境 2 1 1 地理位置 东莞市位于广州和深圳之间，地处珠江三角洲东南部，东邻惠州，西与番禺 隔海相望，北依广州，南连深圳，邻近香港，位于惠港澳经济金三角的中间，地 理位置得天独厚。 厚街镇位于东江下游南 支流东岸，广深经济走廊中 段，北接莞城，南连