（环境科学专业论文）鹤山桃源河小流域非点污染特征及其控制对策.pdf

t h en o n p o i n ts o u r c ep o l l u t i o ni nt a o y u a nr i v e rw a t e r sa n di t s c o n t r o l s t r a t e g i e s a b s t r a c t m a j o r ：e n v i r o n m e n t a ls c i e n c e n a m e ：z h a n gj i n s u p e r v i s o r ：w uq u n h e s i n c ep o l l u t a n t sf r o mp o i n ts o u r c e sa r eb e i n gc o n t r o l l e de f f e c t i v e l y , p o l l u t a n t s f r o mn o n - p o i n ts o u r c e sc o n t a i n e di ns u r f a c er u n o f f sa r eb e c o m i n gam o r ei m p o r t a n t p o l l u t a n ts o u r c eo fw a t e rb o d i e s i nr e c e n ty e a r s ，w i t hm o r ea n dm o r ee m p h a s e sb e i n g p u to nt h em o d e l i n g ，m a n a g e m e n ta n dc o n t r o lo fn o n - p o i n ts o u r c e s ，t h es t u d yo f n o n p o i n ts o u r c ep o l l u t i o no nt h es c a l eo fr i v e rb a s i n ，l a k e ，a n dr e g i o nh a sb e c o m ea h o ts p o to fr e s e a r c ho nb o t ht h en a t i o n a la n di n t e r n a t i o n a ll e v e l t h i sp a p e rf o c u s e do n t a o y u a nr i v e rw a t e r s ，h e s h a nc i t y , g u a n g d o n gp r o v i n c e ，a n ds t u d i e dt h et r a n s f e r r i n g p r o c e s so fn o n p o i n ts o u r c ep o l l u t a n t sf r o mt h es u r f a c et ot h ew a t e ro ft a o y u a nr i v e t i n f o r m a t i o n a n a l y s i s ，o n s i t e i n v e s t i g a t i o na n ds a m p l i n gm e t h o d sw e r e e m p l o y e di n t h i ss t u d yi no r d e rt oh a v eaf u l lu n d e r s t a n d i n go fp o l l u t i o np r o d u c t i o n w i t h i nt h es t u d i e dr e g i o n c o n t i n u o u sa n ds i m u l t a n e o u so b s e r v a t i o no fi nt h ec o u r s e o fw h o l ep r e c i p i t a t i o n r u n o f fa n dw a t e rq u a l i t yw e r et a k e na ta l li n l e t so ft a o y u a n r i v e ri ns e p t e m b e r , 2 0 0 2 ，o b s e r v a t i o n a lp a r a m e t e r si n c l u d e dc o d m n ，n h 3 - n n o h - n ， n 0 3 一n ，t o t a lp h o s p h o r o u s ，a n dc o d e r b a s e do nt h ea n a l y s i so ff l o w i n gr a t e p o l l u t a n t sc o n c e n t r a t i o n sa n dt r a n s f e r r e dq u a n t i t y , t h eo u t p u to fp o l l u t a n t sd e r i v e d f r o mn o n - p o i n ts o u r c e su n d e rt h er a i n s t o r mc o n d i t i o nw i t sd e t e r m i n e d c o d c ra n d n h 3 一nw e r es e l e c t e da st h er e p r e s e n t a t i v ep a r a m e t e r sf o rs t u d y b a s e do ns t a t i s t i c sa n ds y s t e ma n a l y t i c a lm e t h o d s ，t h i sp a p i e rt r e a t e dt h e n o n - p o i n ts o u r c ep o l l u t a n t sp r o d u c t i o nf r o mt h eg r o u n da n dt h e i ri n p u tt ot h er i v e ra s as y s t e m r e l a t i o nb e t w e e nt h ei n p u tq u a n t i t ya n do u t p u tq u a n t i t yw a se s t a b l i s h e da n d t h ea r r i v a lr a t ew a sc a l c u l a t e d c o r r e l a t i o nb e t w e e nt h ea r r i v a lr a t ea n dl a n du s et y p e s w a sf o u n d u s i n gu n i t a r yl i n e a lr e g r e s s i o na n a l y s i s ，t h ec o d oa n dn h 3 一na r r i v a lr a t e a n da r e ao fl a n du s et y p e sw e r ef o u n dt ob ei ng o o dc o r r e l a t i o n t h ea r r i v a lr a t eo f c o d c ，a n dn h 3 - ns h o w e do p p o s i t ec h a r a c t e r i s t i c s i nt h ee n d ，t h i sp a p e ra l s op u tf o r w a r ds t r a t e g i e sa n dm e a s u r e st oi m p r o v et h e e n v i r o n m e n t a lq u a l i t yi n c l u d i n gt h es o u r c ea n dc o l l e c t i o n t h en o v e l t yo ft h i sp a p e rw a st h a ti t s s y s t e m a t i cs t u d yt h er e l a t i o no fi n p u ta n d o u t p u to nn o n - p o i n ts o u r c ep o l l u t a n t si nt h es t u d i e dr e g i o no fp e a r lr i v e rd e l t a o n t h eb a s i so fa s c e r t a i nt h ec o n t r i b u t i o no fn o n - p o i n ts o u r c e su n d e rr a i n s t o r mc o n d i t i o n ， a n df i n do u tt h eo u t p u tq u a n t i t yo fn o n p o i n ts o u r c e su n d e rr a i n s t o r mc o n d i t i o n t h i s p a p e ru s e ds t a t i s t i c sa n ds y s t e ma n a l y t i c a lm e t h o d st ol o o kf o rc o r r e l a t i o nb e t w e e n t h e a r r i v a lr a t ea n dl a n du s et y p e s a c c o r d i n g l y , i n p u th a sb e e nr e l a t e dr a t i o n a l l yw i t h o u t p u to nn o n - p o i n ts o u r c ep o l l u t a n t s k e yw o r d s ：r i v e rb a s i n ，n o n p o i n ts o u r c ep o l l u t i o n ，a r r i v a lr a t e 月l j 舌 随着社会进步，经济发展、人口膨胀，人类对水的需求量日益增加，加之全 球可被人类利用的淡水资源不到总淡水量的1 ，水危机已经成为全人类面临的 重大环境问题。 承资源危机不仅表现在水量的匮乏，也反应在水质的恶化上。随着对点源污 染逐步得到有效控制，非点源污染成为影响水质的主要污染类型之一。根据国外 有关研究发现：即使是点源污染全面控制之后，江河的水质达标率仅为6 5 ， 湖泊的水质达标率为4 2 ，海域水质达标率为7 8 【l 】a 可见，非点源污染控制 的重要性。 从二十世纪六十年代起，非点源污染问题逐渐成为国外特别是发达国家研究 的重点，而二十世纪八十年代初的北京城市径流污染的研究和全国湖泊、水库富 营养化调查及河流水质规划研究，也标志着我国非点源污染研究正式起步。非点 源污染问题的研究与治理工作逐渐受到我国相关部门以及研究人员的重视。 本论文尝试对小流域非点源污染特征进行分析，希望能为我国的非点源污染 研究做出一些有益的探索。 这里要说明的是：虽然本人是2 0 0 3 年9 月正式进入研究生阶段学习，但是 在大四阶段就已开始跟随导师做本科毕业论文，并参与到教研组的项目研究工作 中。且本论文是在2 0 0 3 届毕业的水污染与水环境管理硕士学位论文研究的基础 上，应用尚未整理的现场观测结果，经本人进行数据分析、统计和整理，用以进 一步探讨桃源河流域的非点源污染特性。 全文共分为以下几个部分： 第一部分为绪论，简单介绍了非点源污染的国内外研究动态，交代了本文的 研究背景、目的、框架等。 第二部分简单介绍了研究区域的环境及社会经济状况，并从代表性、典型性、 数据可得性、便利性等几方面论证了选址的科学性，简单说明当地水资源及土地 开发利用现状。 第三部分主要为点源现状调查分析，包括工业生产过程中的点源污染和居民 日常生活中产生的生活污水两部分。 第四部分为非点源污染特性研究，包括农业退水中夹带的污染物质，畜牧、 水产养殖业造成的非点源污染，以及地表径流冲刷地面造成的非点源污染。 第五部分介绍了雨洪观测的情况，首先在非降雨时期对河流进行监测，以确 定平时河流的基本情况，并选择暴雨时期进行了连续2 4 小时连续监测，来寻找 降雨过程中河流的水量、污染物通量的变化情况，从而确定桃源河流域非点源污 染物输出量。 第六部分根据非点源的输入量、输出量的变化情况，寻找研究区域菲点源的 流失特征。 第七部分针对研究区域的实际情况，从“源”和“汇”两个方面提出了非 点源污染控制对策。 第1 章绪论 1 1 非点源污染的相关概念 1 1 1 非点源污染的定义 非点源污染主要是指大气、地面或土壤中的溶解态或固态的污染物质在降雨 淋溶和径流冲刷作用下，随径流进入含水层、湖泊、河流、滨岸生态系统等而引 发的一系列污染【2 】。非点源污染按照区域可分为：海洋非点源污染、地下水非点 源污染、地表水非点源污染1 3 j 。本文所涉及的是地表水非点源污染，多是由降雨 产生的径流冲刷地表，并夹带污染物质、泥沙等经过一系列复杂的迁移和转化过 程最终进入水体中。 1 1 2 非点源污染物的来源 非点源污染涉及面广，污染物质来源途径多，概括起来主要包括以下几个方 面： ( 1 ) 水土流失 水土流失所造成的是规模最大、危害程度最严重的非点源污染，水土流失过 程不但破坏了土壤表层的有机质，而且夹带泥沙，以及有机物、金属、磷酸盐等 污染物进入水体，形成非点源污染。据估计，在过去的1 0 0 年里，全世界每年约 有3 5 亿吨的沉积物进入河道，其中7 5 来自农田和林地，损失n 、p 、k 分别 为2 6 0 万吨，1 7 0 万吨，3 2 5 0 万吨【4 】。值得注意的是，这些养分一旦进入水体将 会引发水体富营养化等一系列环境问题。 ( 2 ) 农村产污 是指来自农村的污染物质，主要包括： 农用化肥。合理施用化肥对提高农作物单位面积产量和提高土壤肥力起着 极为重要的作用，正因如此化肥的生产量和使用量逐年增加。就我国来讲，1 9 9 9 年使用的化肥为4 1 2 4 万吨( 折纯) ，比1 9 7 8 年增长了3 6 2 3 ，但是实际上化肥 的利用率较低，综合各地实验结果，我国每年农田养分被植物利用的部分很少， 氮肥的利用率仅为3 0 3 5 ，磷肥为1 0 2 0 ，钾肥3 5 5 0 1 5j 。而末被 利用的化肥养分则通过各种途径，如径流、淋溶、反硝化、吸附和侵蚀等进入环 境，从而对大气，土壤，水体造成了危害。 农药。使用农药可以有效控制病虫害，但是根据有关的调查资料显示：当 使用喷射方法施用粉剂农药时，仅有1 0 左右的药剂附着在农作物上，而液体 农药的附着率为2 0 ，其中1 4 直接作用于目标害虫，其余的4 0 6 0 降落在地表，并最终随着地表径流或在地面渗漏而进入水体中1 6 ，对环境造成影 响。2 0 0 1 年签署的关于持久性有机污染物的斯德哥尔摩公约中，决定禁止 3 或限制使用的1 2 种持久性有机污染物，其中有8 种是广泛应用于农业生产中的 有机氯杀虫剂。 禽畜养殖。禽畜粪便中含有丰富的有机物和n 、p 、k 营养物质，可以改 良土壤性质、提高土壤肥力，增加农作物产量。但是近年来我国农村养殖业发展 迅速，逐步从家庭式养殖到工厂化养殖，规模逐渐扩大，由于缺少环保意识，单 纯出于经济、省事考虑，绝大部分的养殖场禽畜粪便未经任何处理直接排入水体 中，粪便中丰富的养分则成为污染物质，引起水体富营养化等一系列环境问题。 灌溉排水及污水灌溉。除降雨量较为丰富地区外，农业都需要灌溉供水， 但是长期灌溉会使累积在土壤中的盐类和营养物质发生淋溶现象，造成土壤肥力 下降、酸碱化，而地下水含盐量上升。农业污水灌溉是利用土壤对污染物的自然 净化作用和农作物对营养元素的吸收作用来净化污水，虽然污水中的营养元素可 以为农作物吸收，但是如果施用量过大或施用时间不当，许多污水未经过农作物 和土壤的完全自净而直接进入水体，同样会导致地表水及地下水等水体污染。 垃圾、污水。在我国绝大部分的农村中，日常生活中产生的固体废弃物、 生活污水等是没有任何处理过程的，直接堆放、排放，其中含有丰富的n 、p 、 有机物等，直接或间接地进入附近河流中，从丽污染水体。 ( 3 ) 城市地表径流 城市交通、生产、生活过程中产生的污染物质堆积在路面，在降雨过程中， 雨水及其所形成的径流，流经城镇地面时夹带污染物质最终进入水体中。 ( 4 ) 工地、矿区 建筑工地和矿山的开发严重的破坏了原有土壤的结构和植被面貌，使得土壤 表层裸露，导致水土流失增加，同时在降雨条件下，散落在工地和矿区地表的泥 沙、盐类、酸类物质和残留矿渣等污染物，会随着地表径流进入水体，形成非点 源污染。 ( 5 ) 林地和草场 林地和草场植被覆盖率较高，在地表径流的冲刷下泥沙的流失率较低，通常 使地表的植物残枝、落叶以及形成的腐殖质随地表径流进入水体，在一定程度上 也可以形成非点源污染。 ( 6 ) 荒地、裸地 植被覆盖率较低的荒山丘陵和废弃地，及基本没有植物覆盖的裸露地，主要 的污染物质来自水土流失的泥沙，在降水过程中，伴随地表径流最终进入水体中。 ( 7 ) 大气沉降 大气中的悬浮物质经过干沉降直接降落在土壤或水面，或随同降水过程降落 在土壤或水体表面。 4 1 1 3 非点源污染的特点 非点源产污特征与降雨情况、径流变化、土地利用类型、时问等因素有着直 接的联系，因此具有随机性大、来源复杂、分布广、潜伏性强、机理不确定性、 发生相对滞后、研究控制难度大等特点。 ( 1 ) 随机性 非点源污染物都是在降雨的过程中随地表径流迁移，最终进入水体中。因此 非点源污染的形成与许多因素，如降雨条件、流域的土地利用类型、下垫面性质、 农作物类型、气候、地质地貌等密切相关【7 8 】。由于降雨过程( 包括降雨量、降 雨时间、降雨强度等) 的随机性，并且其他影响因子的不确定性，决定了非点源 污染的形成过程具有较大的随机性。 ( 2 ) 滞后性 非点源污染物浓度与径流流量有大体相同的变化趋势1 8 j 。以农业非点源为 例，化肥、农药施用造成的污染，在很大程度上与降雨量和径流量有密切的关系， 同时也与化肥、农药的施用量有关。有研究表明，施用化肥后，若遇到降雨造成 的非点源污染将会十分严重【”，另有研究显示，化肥、农药在农田存在的时间长 短也将决定非点源污染形成的滞后性的长短【“。因此可以说，一次化肥或农药的 使用所造成的非点源污染是长期的。 ( 3 ) 广泛性 随着经济的发展，科学的进步，越来越多的人工合成物质被生产，由于自身 的难降解性，经过一系列的挥发、沉降过程遍及地球表层，随着径流进入水体的 污染物遍地可见，其所产生的生态环境影响更是深远而广泛。 ( 4 ) 潜伏性 造成非点源污染的物质在无降水情况下大都散布在地表，对水体的危害十分 有限，但一旦降水，将随着地表径流进入水体，形成严重的非点源污染。 ( 5 ) 不确定性 影响非点源污染的因子较多，由于缺乏明确固定的污染源，在判断污染物的 来源时存在一定的难度。而且时间不同，污染程度也不同，相对同地区而言， 通常年内初雨及初期径流污染物浓度相对较高，主要是由于经历了一段旱季，大 量污染物质在地表积聚，年内初次降雨时，地表径流中的污染物质浓度明显高于 后期降雨。同样，非点源污染地区的土地利用类型、下垫面性质、地形地貌等都 影响着污染程度。 ( 6 ) 研究及控制难度大 由于非点源污染具有随机性、滞后性、广泛性、潜伏性、不确定性的特点， 决定了其研究以及控制工作的难度较大。 1 2 国内外非点源污染的研究动态 1 2 1 国外研究动态 有关非点源污染的研究在发达国家，特别是在美国、日本有着悠久的历史， 并且非常活跃。 早在二十世纪三十年代，美国开始了非点源污染与暴雨事件之间关系的研 究，日本则展开了水体富营养化影响因子等方面的探讨。 二十世纪六十年代以来，美国、日本等一些发达国家开始农业非点源污染研 究，主要是非点源污染的分类特征、影响因素、单场暴雨和长期平均污染负荷输 出等方面的初步认识研究。早期的非点源污染模型研究产生，美国对湖泊富营养 化的大规模研究始于六十年代末七十年代初的湖泊富营养化与土地利用调查。 进入二十世纪七十年代中期，非点源污染问题受到各国普遍关注和重视，研 究也有很大的发展，影响因素和宏观特征研究由相关因素分析和时空分异分析转 向与非点源污染控制密切相关的主控因子和源区( 危险区域) 空间分析1 2 】。有关 非点源污染物的迁移【1 3 】和转化研究也有初步进展，进入了降雨径流的污染物 迁移转化过程的研究。同时一系列的模型应运而生。非点源污染的管理和控制方 面的研究开始兴起。美国针对湖库的非点源情况，对湖泊的水体富营养化进行研 究。 二十世纪八十年代至二十世纪九十年代初期，非点源污染问题得到迸一步的 重视，同时以非点源污染为主题的国际会议开始出现。非点源污染基础研究地域 范围广、类型多样( 新增生物源) 、因素分析和污染物( 特别是农药) 迁移机理研究 更加深入。如何把已有的非点源污染模型合理的应用到非点源污染的管理中去， 同时开发新的实用的模型，成为这一时期的研究重点。同时，应用于非点源的管 理控制方面的美国“最佳管理措施”发展更加成熟。并全面开展了由非点源引起 的水体酸化、富营养化的研究。 二十世纪九十年代以来，非点源污染的研究更加活跃，与非点源污染控制 相关的影响因子研究层出不穷。微生物的迁移成为非点源污染物迁移、转化研究 的新生长点。地下水的反补给【“】也被列为地表水的重要非点源。在模型方面，随 着计算机技术的飞速发展和3 s 技术在流域研究中的广泛应用，一些功能强大的 模型被开发出来，同时对现有的模型进行了深入改造完善。管理控制方面得到进 一步完善，非点源引起的水体酸化、富营养化等方面研究不断深入。用于估算水 体酸沉降临界负荷的酸化模型研究在欧美广泛开展【1 5 】，并大范围用于水体的酸化 敏感性评价中。非点源污染物毒理学研究逐渐成为热点佯j 。 结合本文研究特点，下面主要简单介绍非点源模型以及管理两方面的研究进 展情况。 ( 1 ) 非点源污染模型化研究 非点源污染模型的发展大体上可以分为三个阶段。 第一阶段，二十世纪七十年代至二十世纪八十年代，该阶段在污染源调查， 非点源特性分析，非点源污染对水质的影响分析等方面取得了很大的成果，模型 研究在此基础上得以发展。其中最早期的模型有农药输移和径流模型( p r t ) 城 市暴雨水管理模型( s w m m ) 1 1 6 1 。以及7 0 年代中后期的城市地表径流数学模型 ( s t o r m ) 、农业化学品运输模型( a c t m o ) 、统一运输模型( u t m ) ( l a n d r u n ) 、农业管理系统中的化学污染物径流负荷和流失模型( c r e a m s ) 等【1 7 】。并且，在这一阶段还逐步形成并投入使用了由美国环保局于1 9 7 6 年发布 的最佳管理措施b m p s ( b e s tm a n a g e m e n tp r a c t i c e ) 。同时提供了大量的实用非点 源模型，并详细介绍了应用模型分析法评价和预测管理措施的实施效果【1 8 】。 第二阶段，从二十世纪八十年代至二十世纪九十年代初。该阶段研究的主要 问题是如何把已有的非点源污染模型合理的应用到非点源污染的管理中去，同时 开发新的实用的模型，以及非点源污染的控制及管理措施的研究与广泛实旌等方 面。该阶段的代表模型有：用于农业非点源管理和政策制定的农业非点源污染模 型( a g n p s l l 9 1 ) 、农田小区模型( c n p s l l 8 1 ) 、流域非点源污染模拟模型 ( a n s w e r s l 2 0 】) 、大流域内非点源污染物负荷量模型( s w r r b 【2 1 1 ) 、中小流域 非点源模型( a g n p 2 2 】) 和用于模拟农业活动对地下水影响的模型( c l e a m s 2 3 1 ) 等。同时，最佳管理措施( b m p s ) 发展更加成熟，美国环保局、农业部水土保 持局和各州政府都建立起了相应的实施细则和办法，模型分析技术被大量应用于 评价b m p s 的效果【j j 。 第三阶段，从二十世纪九十年代初至今，非点源污染的研究得到更多重视， 并且随着计算机技术的飞速发展和3 s 技术在流域研究中的广泛应用，一些功能 强大的模型被开发出来，同时对现有的模型进行了进一步的改造完善。著名的模 型有s w a t 模型、l a o d 模型、美国国家环保局开发的b a s i n s 等【2 “。 ( 2 ) 非点源污染管理的研究与实践 纵观非点源污染研究、治理过程，理论研究与管理实践相互联系是必然的， 主要表现在三个方面；行政法律手段、经济手段、技术手段。 行政法律手段是指各国政府的相关部门结合研究进展，积极立法。早在二十 世纪三十年代，美国就提出了非点源污染与洪水密切相关，并且在讨论非点源污 染控制法令之前，首先引进一系列“防洪法”，其中第一个法令是在1 9 3 6 年制定， 1 9 3 8 年、1 9 4 4 年、1 9 6 0 年、1 9 7 0 年都进行了修订【2 5 】。1 9 7 2 年的清洁水法 首次将非点源污染纳入国家法规，并提出了著名的“最大曰负荷量( t m d l ) 计 划”，继联邦水污染控制法之后，安全饮用水法及修正案、海岸带管理 法及修正案、食品安全法、总统水质动议法、联邦环境杀虫剂控制法规、 洪水控制法及修正寨、农业农村发展法案、露天采矿管理及开发法案、 联邦土地政策及管理法案等都有明确针对各类非点源污染的条款和规定 7 【2 6 稍】。美国的“最佳管理措施( b m p s ) ”可是说是非点源污染的管理和控制方 面的代表，它起源于上个世纪七十年代，八十年代成型，即政府通过政策、税收 鼓励、引导农民科学种硐，发展生态农业，美国国家环保局、农业部水土保持局 及各州级政府相应机构都有相应的“最佳管理措施”实施的细则和办法1 2 。 除使用法律强制手段外，各国还使用经济和技术手段，进行非点源污染控制 管理。其中经济手段主要包括污染收费、排污交易、产品收税、信贷补贴、成本 分担等几个方面弘。 在欧洲，政府制定的法律法规及强制执行的政策具有代表性的有【3 雏3 1 】：芬 兰1 9 6 2 年通过的水法案防止地表水与地下水的污染，1 9 9 2 年农林业部和环 境部批准的农村环境计划，并实行杀虫剂登记和控制收费。丹麦为降低营养物质 的损失，促进生物多样性而制定的水行动计划、杀虫剂行动计划等：从源和汇的 角度进行控制的技术有畜禽废物资源化、化肥农药管理、人工沉积塘以及水体生 态修复工程等；另外，利用经济手段削减非点源也日益受到重视。奥地利从1 9 8 6 年开始征收化肥税，对化肥使用量有明显的影响。德国于1 9 9 6 年开始实行德 国肥料条例，规定了不同土地类型有机肥的最大用量，并限制了施肥时间。荷 兰有一系列立法来限制污染区内存栏牲畜数量的增加和厩肥的施用，对农田养分 流失量也有明确的规定，如果流失量超标，则必须缴纳一定的费用，且收费标准 随着养分流失量的增加而增加。法国农业部和环境部要求在硝酸盐污染区严格执 行平衡施肥，为减少肥料流失，还针对不同作物制定了详细的肥料禁用时间。 美国政府还设立了一些针对性比较强的项目，涉及到非点源污染的具体管理 【矧。例如：农业方面，农业部设立的农业保护项目，用专款支持农场主采用水土 保持措施减少非点源污染；湿地保护项目，拨专款鼓励把已用作农田的湿地还原； 资源保护项目，用于支持地方政府实施农村规划，发展与环境保护有关的项目： 水土保持方面，美国水土保持局( 现自然资源保护局) 提供技术指导，帮助地方 政府控制土壤侵蚀，改善水质，减少污染，保护自然资源；联邦高速公路管理局 设有专款支持高速公路两旁的水土保持、绿化、湿地保护等环境项目。 1 2 2 国内研究动态 相对发达国家，我国非点源污染问题的研究起步较晚。二十世纪六十年代， 伴随着化学地理学的发展，我国开展了化学侵蚀与化学径流研究f 3 2 碰j 。尽管化 学侵蚀与化学径流研究主要是分析与河流、湖泊等水体矿化度有关的盐类物质， 和今天的非点源污染研究有一定的区别，但二者均重点研究了物质的径流输移及 其对水质的影响，它可以说是我国非点源污染研究的先导。 我国真正意义上的非点源污染研究始于二十世纪八十年代初的北京城市径 流污染研究，之后相继在大中城市开展城市非点源污染研究1 3 “。而农村非点源污 染研究始于二十世纪八十年代初的河流、湖泊、水库富营养化调查和河流水质规 划研究，较好地把握了非点源污染负荷发生状况，为湖泊、河流的水质规划与流 域规划提供了可靠的依据，也为非点源污染研究积累了有益的经验1 3 7 1 。从1 9 8 0 1 9 9 0 年，我国的非点源污染研究仅是农业非点源和城区径流污染的宏观特征与污 染负荷定量计算模型的初步研究i “。基于受纳水体水质分析，计算汇水区农业非 点源污染输出量的经验统计模型，这一时期发展较快并广泛应用【3 8 l3 9 1 。城区径 流污染负荷模拟模型主要从径流量与污染负荷相关【“、单位线1 4 ”、地表物质累 积规律【42 j 三个角度进行研究。通用土壤流失方程首次在我国用于非点源污染的危 险区域识别研究1 4 。研究开展初期，非点源污染的研究主要采用野外实地考察、 监测，和人工分析相结合的方法，使得数据可靠性较差，同时又浪费人力、物力、 财力：从二十世纪八十年代中期到二十世纪九十年代初，遥感技术、人工模拟试 验技术用于非点源污染研究领域【，在数据的获得及背景资源处理等方面取得了 极大的进步，节省了人力、物力、财力。 进入二十世纪九十年代，我国的非点源污染研究更加活跃。农药、化肥污染 的宏观特征、影响因素研究和黑箱经验统计模式继续在农业非点源污染研究中占 重要席位【2 j 。分雨强计算城区径流污染负荷【4 5 】为城市径流污染负荷定量计算提供 了新方法。城市地表扬累计规律的研究【4 ”、非点源污染负荷与受纳水体水质模型 连接工作【3 7 】【4 7 1 删等都有了突破性进展。3 s 技术被引入水环境非点源污染的研究 中，其分层处理数据的功能极大地方便了非点源污染的模拟、预测和管理决策， 现用于水环境模型库管理、土地利用方式对非点源污染的影响方面的研究【4 9 1 1 5 0 l 。 鉴于我国非点源污染监测资料的短缺，李怀恩等提出了一种简便易用的流域非点 源污染负荷估算方法平均浓度法【5 1 1 。 我国水环境非点源污染防治工作开展不多，只进行了初步的探索。目前为止， 国家还未有关于非点源污染控制的强制性规定。但是近十年来，我国已经出台了 1 7 部地方性的农业环境保护法规和规章，各地政府根据当地不同情况还及时制 定一系列相关的农业决定决策1 5 。 目前我国的非点源污染控制与管理措施上主要表现在以下几个方面：开展水 土保持工作；对城市非点源污染的控制而言，保持街面清洁，减少污染物累积是 最基本的途径；农村非点源污染防治方面，主要围绕着生态农业建设、污染防治 技术和污染防治管理三个方面进行的【5 2 1 。生态农业建设主要是指合理的施用化 肥、合理的农田耕作方式及合理的农田灌溉方法等【5 3 ，5 4 1 ，值得一提的是尹澄清 等提出的“多塘法”【 l ，为湖泊非点源污染的防治提供了一条费用低，见效快， 简便易行的途径。缓冲带对水土保持工作起着积极作用，通常根据植被类型、分 布位置及主要作用可以分成缓冲湿地、缓冲林带、缓冲草地带三种类型悼“。 由非点源污染引起的水体富营养化的研究及水体的生态修复技术在我国研 究得相对较多1 5 7 】。但是水体酸化过程、影响因素、酸化敏感性评价和酸化模型研 究方面大部分为介绍、引荐别国经验，成就较小【5 8 1 。水体的酸化治理技术在我国 9 几乎处于空白。 非点源毒性污染物、富营养化和酸化对水生生物和人体健康的危害研究在我 国比较薄弱。 近年来，国内许多学者致力于将现有某种模型应用于某一流域、湖泊、区域 的非点源污染研究中，其中有相当的部分是应用统计模型，而非机理模型。 1 2 3 小流域非点源污染研究现状 鉴于本论文的研究需要，下面对我国流域非点源污染研究情况做简单介绍。 根据资料表明，现已开展非点源污染评估的地方有：四川邛海、四川清平水库、 天津于桥水库、官厅水库、密云水库、潘家口水库、东江、汉江、丹江、赣江、 黑河、 宝象河、杭嘉湖、巢湖、关中渭河、太湖、滇池、大理州洱海、抚仙湖、武汉东 湖、珠海正坑等流域、地区1 5 1 15 9 咱”。具体研究主要表现在以下几个方面： ( 1 ) 套用经验模型，修正相关系数 胡远安等7 6 l 将s w a t 立用于袁水上游小流域( 赣江支流) 非点源污染研究 中，以流域实验为主，类型源实验为辅，即选取典型流域，在河流上布设断面， 进行降雨后水质、水量同步监测，同时根据区域的土地利用类型针对性选取类型 源，收集一次降雨径流的混合水样，分析径流水质与下垫面之间的关系，结 果发现该模型估算值与实测值相差不多，并发现s w 甜1 能有效地模拟长时间序列 的水文过程。施为光f 刊【7 7 】将u s l e 模型应用于i 四) 1 1 邛海、清平水库流域，并讨论 模型的适应性及修正相关系数。郝芳华【7 8 将s w a t 模型修正后应用于官厅水库， 研究表明流域非点源污染负荷与降水量成正相关，随着降水量的增大，污染负荷 随之增加。 非点源污染模型多为经验型或带有局地特点，通常只能应用于试验地区或某 一相似区域，但不能用于其他地区，推广性较差。 ( 2 ) 土地利用类型与非点源关系 主要是采用小区地表径流监测的方法，得到不同土地利用类型下易流失的 水溶性和颗粒性营养物质的平均浓度，分析营养物质在不同土地利用类型下的流 失特点。王晓燕等【6 5 】在密云水库，阎伍玖等1 7 4 1 在巢湖分别进行了试验研究。 该方法的优点是得到不同土地利用类型下，营养物质的流失特征。但是并 没有将非点源污染物的输入、输出过程与降雨情况作相应的联系。 ( 3 ) 降雨过程中非点源污染物浓度与降水径流的关系 王继增等【79 】在珠海正坑小流域研究了次降雨事件中径流流量及其非点源污 染物浓度随降雨径流过程的变化情况，发现污染物的浓度变化曲线与流量变 化曲线在形式上基本一致。陈克亮等【鲫l 对川中丘陵区小流域地表水一地下水中氮 素各种形态的监测分析，结果表明，该小流域非点源污染的季节变化与流域降水 1 0 的季节变化基本一致，非点源污染主要集中在降雨丰富的时段。刘长礼等f 8 2 】在丹 江上游对暴雨洪水过程进行监测，并绘制了洪水及主要污染物随时间变化过程 线，认为污染物浓度变化情况与降雨径流过程及土地利用类型等因素有着直接的 关系。李定强等【8 1 】分析了广东省东江中游的杨子坑小流域主要非点源污染物n 、 p 随降雨径流过程的动态变化规律，建立了降雨量一一径流量、径流量一一污染 物负荷输出量之间的数学统计模型，并用该模型对流域的非点源污染负荷总量进 行了计算，得出了流域非点源污染物流失规律。 该方法研究了在降雨过程中非点源污染物浓度变化与降雨量径流量的 关系，但是这只能定性的说明非点源污染物浓度的变化规律，并没有考虑非点源 污染物的输入源，没有与土地利用类型、土壤类型、下垫面性质、及各种社会经 济自然因素有效的联系起来。 1 2 4 国内外研究存在的问题 综合分析国内外研究现状，地表水环境非点源污染的研究还存在一定的问 题，有待加强研究。 ( 1 ) 模型存在一定问题 目前国外的非点源污染模型中研究型的多、应用型的少，经验型的多、机理 型的少。机理型的要求资料多，率定困难。经验型具有局地特点，难以大范围推 广应用，例如美国水土保持局的u s l e 和r u s l e 不能推广应用于伊拉克北部， 若要推广有关的系数还需加以修改【8 3 】。同时，非点源专业g i s 、专家系统及非点 源污染模型软件的开发应用研究才刚刚起步。我国的非点源污染模型也多为经验 型或带有局地特点，推广性不高。 ( 2 ) 管理控制相对薄弱，流域管理不完善 国外对于非点源污染的管理和控制措施研究进行的较多，但存在损一保一的 现象。例如，保护耕作制降低了地表径流中的杀虫剂的浓度和负荷，却使地下水 中的浓度明显增加【洲。非点源污染的管理和控制措施的推广常因成本、利润等诸 多因素而频频受阻，达不到预期效果。我国非点源污染管理和控制措施零散，不 能形成完整的体系。我国目前的污染控制重点仍主要放在点源上，非点源污染没 有得到应有的重视，相关的法规条例也十分有限。 就我国来讲，按行政区域划分的各个省、市、县等相交的界线处的流域在管 理上出现真空地带。若需要投人力、物力来管理是互相推诿，当有一定的经济利 益存在时又开始争使用权，因此我国应尽快完善流域管理制度，使之合理化。 ( 3 ) 非点源污染监测技术不高 虽然国内外已经有了较为成熟的长期连续自动监测系统，来对降雨径流 污染过程进行研究，但是由于耗资相对较大，且需要的技术水平相对较高， 不能被广泛采用。一般来说，陆地上监测点位代表性的不完全和监测技术上的困 1 1 难造成了污染因子转移规律研究上的困难，非点源污染监测由于起源于分散的多 样区域，且地理边界与发生位置难以识别与确定，而测试技术上尚未有更成熟快 速的测试方法【2 ”。 另外，对非点源污染源研究尚不完全【”j ：露天采矿的灰尘和垃圾的积聚，由 大肠杆菌和杆菌总数引起的污染负荷较重区域非点源污染，植物的残余物、腐败 物引起的非点源污染等方面尚未有深入研究报导。对大气干沉降，水体富营养化、 酸化的研究较少，还未得到足够的重视。 1 3 本文的研究思路 1 3 1 目的意义 在点源得到有效控制后，非点源污染显得日趋严重，并且可能对水体造成严 重的污染。 研究流域非点源污染问题就是运用系统分析的方法，以流域内非点源产生 量、输出量，及土地利用类型为基础，使用科学的手段，分析流失规律、特点， 为流域非点源污染防治工作提供一定的科学依据，以达到防治非点源污染，减缓 水环境质量的恶化，保证水资源可持续利用，促进流域可持续发展的目的。 本文的意义就在于通过对小流域非点源产污特征的分析，寻找出污染物在随 降雨径流进入水体过程中的流失规律，以期能为非点源污染的防治工作做出一些 有益的探索。 1 3 2 基本观点 本文研究的基本观点为： ( 1 ) 流域面积内的污染物质最终进入该流域所在的河流内 每一条河流都有其自己的集水范围，在此范围内的所有地表径流都将最终汇 入该河流里。也就是说，在集水范围内的所有污染物质都将进入该河流内。而集 水范围的确定主要是根据河流本身分布以及所在地区地形特点来决定的。 ( 2 ) 污染物在地表随降雨径流运动存在一个流失过程 降雨径流在流向水体的过程中，不断的夹带地面的污染物，而污染物本身除 了发生一定的物理、化学、生物反应外，也会有一部分残留在地表。也就是说产 生的污染物总量并不等于输出到地表水的量，而存在一个流失过程。 ( 3 ) 污染物在水体中存在一个迁移转化过程 污染物进入水体后，其迁移转化是一种物理的、化学的及生物的联合过程， 这些过程不仅与污染物本身的特性有关，也与外界的许多条件有着密切的联系。 总的来说，除了保守性物质外，水体中的任何污染物其总质量都是不断交少的， 在中间过程不存在输入源的情况下，一个流域上下游监测断面所监测到的同一污 染物浓度必定不同。 1 3 3 技术路线 本文采用的技术路线如下图所示：图1 1 图1 1 全文技术路线 1 3 4 主要内容 本文在珠江三角洲地区选取了一个具有代表性的流域范围。进行非点源污染 的研究。根据当地多年常规水质监测资料可以看出，氮氮，c o d 一直是研究区 域主要的污染物，因此本文以该两个因子为研究对象。通过瓷料谰研、现场踏勘、 走访调查、资料分析等多种方法相结合，进行污染源的瑰状调查，在已知桃源河 平时污染物输送量的情况下。在其干流及支流的各汇永口分别布设了三个断面， 暴雨期间进行连续2 4 小时监测以寻找污染物的输出勰律，期望发现该流域非 点源污染的特征，同时就实际情况提出一些控制对策，以期减少非点源污染给水 体带来的危害。 1 3 5 创新点 纵观国内对流域非点源污染的研究现状，往往集中在对非点源污染物浓度随 径流变化过程的研究。 本文的创新之处在于系统研究了广东省鹤山市桃源河流域非点源污染物污 染的输入输出关系。在摸清单次暴雨非点源的输入量的基础上，采用降雨径流过 程以及污染物浓度过程连续同步观测方法，实测流域对单次暴雨非点源污染物的 输出量。再应用统计及系统理论方法，分析非点源污染物的流达率及其与流域内 各土地利用类型之间的关系。从而把研究流域内非点源污染物的输入、输出情况 有机地联系起来。 1 4 第2 章研究区域的环境及社会经济状况 本研究的范围为桃源河小流域的整个汇水区域，在行政区划上主要包括桃源 镇的全部地区，以及雅瑶镇、沙坪镇、龙口镇、鹤城镇的- - , j , 部分地区，基于现 有资料的可得性，以及桃源河小流域经济特点的相似性，本论文以桃源镇为研究 区域，下面简单介绍下选择此处为研究区域的原因，以及桃源镇的环境和社会经 济状况。 2 1 研究区域的选择原则 本文主要是为了研究珠江三角洲地区小流域非点源污染的产污特征，选择桃 源河小流域作为研究区域，主要是本着代表性、数据可得性、便利性等几方面原 则考虑的。 2 1 1 代表性原则 鹤山市位于广东省南部珠江三角洲腹地，与南海、顺德隔江相望，比邻广州、 佛山、江门等大中城市。桃源镇属于鹤山市管辖，鹤山市是所属江门的县级市。 由于研究区域内与非点源污染负荷有关的因素与西江流域的绝大多数区域 相近或一致，包括气候气象、地形地貌、土地利用、土壤、耕作习惯、管理措旋、 农村居民生活卫生习惯等。因此从自然环境条件来讲选择此处具有一定的代表 性。 从区域经济发展情况来看，鹤山市现管辖1 2 个镇，根据鹤山市统