（环境工程专业论文）径流小区营养物流失试验与丹江非点源污染初步分析.pdf

摘要 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 i y 2 12 7 8 2 3 论文题目：径流小区营养物流失试验与丹江非点源污染初步分析 学科名称：环境工程 研究生：郗林 导师姓名：李怀恩教授 李家科副教授 摘要 签名： 签名： 签名： 随着我国不断加大点源污染控制力度，非点源污染对水环境的影响日益突出。因此， 研究非点源污染负荷定量及其特征对水环境综合治理和流域水污染控制具有重要意义。本 文在2 0 1 0 年对丹汉江流域内的商南县与汉滨区径流小区实行自然降雨监测，在丹江干流 麻街与丹凤断面进行了3 场暴雨洪水水质水量同步监测，在非洪水期进行了4 场2 4 小时 连续过程的水质水量同步监测；同年在华县进行了坡面小区的径流模拟试验。利用以上试 验监测数据，结合2 0 0 3 2 0 0 5 年丹江流域丹风断面定期水质水量资料进行研究分析，取 得以下研究成果： ( 1 ) 在径流小区自然降雨试验中，坡长、坡度以及降雨量对小区的非点源污染浓度 均有影响。其中，随着小区长度的增加非点源污染物浓度增加；小区坡度的增大，c o d 、 总氮和总磷浓度均有不同程度的增大；同时非点源污染物浓度随着降雨量的增加呈增大趋 势。 ( 2 ) 对华县试验场中的三个径流小区进行人工放水坡面径流试验。结果表明，非点 源污染物浓度在1 0 m 处与1 5 m 处沿程呈增加趋势，而各小区断面非点源污染物浓度在时 段上呈减少趋势。同时本次试验也反映出由于植被对污染物会有一定的截留作用。对本次 试验c o d 、t n 和t p 与s s 进行线性分析，得到线性相关方程，均在o 9 以上，这一 性质与土壤有机质迁移规律相符合，说明使用径流来模拟暴雨径流，研究非点源污染物在 坡面径流上的污染特性是可行的。 ( 3 ) 利用现有资料，通过输出系数法，对商南县西河小流域进行非点源负荷计算， 得到西河小流域非点源污染物t n 的年负荷为7 1 3 5 t a 。 ( 4 ) 利用2 0 1 0 年丹江干流麻街和丹风断面暴雨同步水质监测数据，计算各次洪水的 污染物平均浓度，并与19 9 8 年5 月所得污染物平均浓度对比分析丹江干流暴雨径流污染 物特征；利用非洪水期2 4 小时连续过程的水质水量同步监测资料，计算各断面非洪水期 污染物平均浓度，对比分析丹江干流非洪水期污染物特征。 t 霪眸轾辫 西安理工大学硕士学位论文 ( 5 ) 利用计算所得的暴雨洪水期污染物平均浓度以及非洪水期污染物平均浓度，综 合2 0 0 3 2 0 0 5 年所测得的定期水质资料，计算麻街与丹凤断面以上的点源污染与非点源 污染物的平均浓度。其中麻街断面s s 与c o d 的非点源平均浓度为1 4 5 6 7 8 m g 1 与 7 8 7 m g 1 ，点源平均浓度为6 1 9 2 m g 1 和4 6 9 m g 1 ；丹凤断面中s s 、c o d 、n h 3 - n 、t p 的 非点源平均浓度分别为9 0 1 1 6 m g 1 、6 0 5 m g 1 、o 1 7 m g 1 和o 0 3 7 m g 1 ，点源平均浓度为 6 7 4 5 m g 1 。6 ：2 1 m g l 、o 2 0 m g l 和0 0 2 3 m g 1 。运用平均浓度法计算不同典型年中丹凤断面 的点源与非点源污染物负荷以及所占比重。结果显示，s s 、n h 3 一n 、c o d 和t p 的非点源 污染负荷量所占比例从枯水年的8 5 4 、2 9 9 、2 7 1 和4 1 3 ，增加到丰水年的8 9 4 、 3 8 1 、3 4 9 和5 0 4 。其中n h 3 n 、c o d 和t p 这三项污染物指标主要是由点源汇入 的。 关键词：丹汉江流域，径流小区，非点源污染负荷，平均浓度法； i i a b s t r a c t t i t l e ：n u t r i e n tl o s se x p e r i m e n to fr u n o f fp l o ta n d p r e l i m i n a r ya n a l y s i so nn o n - p o i n ts o u r c ep o l l u t i o ni n d a n j i a n gr i v e r m a j o r ： e n v i r o n m e n t a le n g i n e e r i n g n a m e ：x i l i n s u p e r v i s o r - p r o f h u a i e nl i a s s o c i a t ej i a k el i a b s t r a c t s i g n a t u r e ： 一 s i g n a t u r e ： s i g n a t u r e ： a si n c r e a s i n ge f f o r t st oc o n t r o lp o i n ts o u r c ep o l l u t i o ni nc h i n a ，n o r l p o i n ts o u r c ep o l l u t i o n h a v eb e c o m ei n c r e a s i n g l yi m p o r t a n to nt h ew a t e re n v i r o n m e n t s o ，r e s e a r c ho nq u a n t i t a t i v eo f n o n p o i n ts o u r c ep o l l u t i o nl o a da n df e a t u r ea r ei m p o r t a n tt om a n a g ew a t e re n v i r o n m e n ta n d c o n t r o lw a t e rp o l l u t i o n i nt h i sp a p e r , t h en a t u r a lr a i n f a l lt or u n o f fp o l l u t i o na b o u tr u n o f fp l o t s i nt h ec o u n t r yo fs h a n g n a ni ns h a n g l u oc i t ya n dh a n b i ni na n k a n gc i t yw e r em o n i t o r e d ，i n 2 010 ，m e a n w h i l e ，3r a i n s t o r m sa b o u tw a t e rq u a l i t ya n dq u a n t i t ya n d4c o n t i n u o u sn o n f l o o d 2 4 hr a i n s t o r m sa tm a j i ea n dd a n f e n gh y d r o l o g i c a ls t a t i o n sw e r er e a l - t i m em o n i t o r e d ；t h e r a i n f a l lt or u n o f f e x p e r i m e n t a b o u tr u n o f fp l o ti nh u a x i aw a ss i m u l a t e di n2 0 10 c o m p r e h e n s i v ea n a l y s i st h er e g u l a rd a t eo fw a t e rq u a l i t ya n dq u a n t i t ya td a n f e n gh y d r o l o g i c a l s t a t i o n si n2 0 0 3 - 2 0 0 5a n da b o v ep o i n t s ，a c h i e v et h ef o l l o w i n gm a i nr e s u l t s ： ( 1 ) i nt h er a i n f a l lt or u n o f fe x p e r i m e n ta b o u tr u n o f fp l o t ，t h en o n p o i n ts o u r c ep o l l u t i o ni s a f f e c t e db yt h es l o p el e n g t h ，t h es l o p ea n dt h er a i n f a l l w i t ht h ei n c r e a s i n go fp l o tl e n g t h ，t h e c o n c e n t r a t i o no fn o n - p o i n ts o u r c ep o l l u t i o ni si n c r e a s e d ；w i t ht h eg r o w i n go fs l o p ea r e a ，t h e c o n c e n t r a t i o no fc o d ，t o t a ln i t r o g e na n dt o t a lp h o s p h o r u sa r ei n c r e a s e d ；a tt h es a m et i m e ，a s t h eg r o w t ho fr a i n f a l l ，t h ec o n c e n t r a t i o no fn o n p o i n ts o u r c ep o l l u t a n t si si n c r e a s e d ( 2 ) w ed i de x p e r i m e n t a lo fa r t i f i c i a ld r a i n a g er u n o f fo nt h r e er u n o f fp l o t si ne x p e r i m e n t a l f i e l do fh u a x i a t h er e s u l t ss h o w e dt h a tt h ec o n c e n t r a t i o no fn o n p o i n ts o u r c ep o l l u t a n t si s i n c r e a s i n ga l o n gt h ew a y a tt h ep o i n to f10 ma n d15 m ，a n dr e d u c i n gi nt i m e a tt h es a m et i m e ， w ef i n dt h a tt h ev e g e t a t i o nw i l lh o l db a c kt h ep o l l u t a n t s a n a l y s i st h el i n e a rr e l a t i o n s h i p b e t w e e nt h ec o n c e n t r a t i o no fssa n dc o d ，t n ，t ri nt h i se x p e r i m e n t ，t h er e s u l to fr 2i sa b o v e 0 9 ，t h i sf e a t u r ec o n f o r mt h el a wo ft r a n s f e ri n s o i lo r g a n i cm a t t e r , w h i c hs h o w si ti sf e a s i b l e t h a tr e s e a r c ht h ec h a r a c t e r i s t i c so fn o n p o i n ts o u r c ep o l l u t a n t si nr u n o f f ( 3 ) u s i n gt ot h ee x i s t i n gd a t a ，w cc a l c u l a t et h en o n p o i n ts o u r c ep o l l u t a n t so fx i h er i v e rb a s i n 西安理工大学硕士学位论文 i nt h ec o u n t r yo fs h a n g n a nt h r o u g ht h ee x p o r tc o e f f i c i e n tm e t h o d ，t h er e s u l ts h o w st h a ti nt h e a n n u a lt n1 0 a di s71 35 t ai nx i h er i v e rb a s i n ( 4 ) a c c o r d i n gt ot h ed a t eo ft h er a i n s t o r ma b o u tw a t e rq u a l i t ya n dq u a n t i t ya tm a j i ea n d d a n f e n gh y d r o l o g i c a ls t a t i o n si n2 0 10 ，w ec a l c u l a t et h ea v e r a g ec o n c e n t r a t i o no fp o l l u t a n ti n t h ef l o o dp e r i o d ，a n da n a l y s i st h ef e a t u r eo fp o l l u t a n ta b o u tr a i n s t o r mi nc o m p a r i s o nw i t ht h e c o n c e n t r a t i o no fp o l l u t a ni nm a y2 010 a c c o r d i n gt ot h ed a t eo ft h ec o n t i n u o u sn o n f l o o d2 4 h r a i n s t o r m sa b o u t w a t e rq u a l i t ya n dq u a n t i t y , w ec a l c u l a t ea v e r a g ec o n c e n t r a t i o no fp o l l u t a n ti n t h en o n f l o o dp e r i o d ，a n da n a l y s i st h ef e a t u r eo fp o l l u t a n ti nt h en o n - f l o o dp e r i o d ( 5 ) a c c o r d i n gt ot h ea v e r a g en o n p o i n tp o l l u t a n t sc o n c e n t r a t i o ni nf o o l da n dn o n - f o o l d p e r i o d ，a n dt h er e g u l a rd a t eo fw a t e rq u a l i t ya n dq u a n t i t ya td a n f e n gh y d r o l o g i c a ls t a t i o n si n 2 0 0 3 - 2 0 0 5 ，w ec a l c u l a t et h ea v e r a g ec o n c e n t r a t i o no fn o n p o i n ta n dp o i n tp o l l u t i o n sw i t ht h e m e a nc o n c e n t r a t i o nm e t h o da tm a j i ea n dd a n f e n gh y d r o l o g i c a ls t a t i o n s a tm a j i eh y d r o l o g i c a l s t a t i o n s ，t h en o n - p o i n tp o l l u t i o n sm e a nc o n c e n t r a t i o no fs sa n dc o da r e14 5 6 7 8 m g la n d 7 8 7 m g 1 ，t h ep o i n tp o l l u t i o n sm e a nc o n c e n t r a t i o no fs sa n dc o d a r e6 1 9 2 m g 1a n d4 6 9 m g 1 ； a td a n f e n gh y d r o l o g i c a ls t a t i o n s ，t h en o n p o i n tp o l l u t i o n sm e a nc o n c e n t r a t i o no fs s ，c o d ， n h 3 - na n dt pa r e9 0 1 16 m g 1 ，6 0 5 m g 1 ，o 17 m g 1a n d0 0 3 7 m g 1 ，t h ep o i n tp o l l u t i o n sm e a n c o n c e n t r a t i o no fs s ，c o d ，n h 3 - na n dt pa r e6 7 4 5 m g 1 ，6 21m g 1 ，0 2 0 m g la n d0 0 2 3 m g 1 c a l c u l a t et h en o n - p o i n ts o u r c ep o l l u t i o nl o a da n dp o i n tp o l l u t i o n ，m e a n w h i l e ，c a l c u l a t et h e p r o p o r t i o nb e t w e e nn o n p o i n ts o u r c ep o l l u t i o nl o a di nt h et o t a ll o a di nt h ed i f f e r e n tt y p i c a l y e a r s t h er e s u l ts h o wt h a tt h en o n - p o i n tp o l l u t a n tl o a do fs s ，n h 3 - n ，c o da n dt pi nt h e p r o p o r t i o n a t es h a r eo f t o t a ll o a d f r o m8 5 4 、2 9 9 、2 7 1 a n d4 1 3 i nd r yy e a rg r o w t ht o 8 9 4 、3 8 1 、3 4 9 a n d5 0 4 i nw e ty e a r a st h er e s u l t ，n h 3 一n 、c o da n dt pi si m p o r t e d b yp o i n tp o l l u t i o n s k e y w o r d s ：d a n - h a n j i a n gr i v e rb a s i n ，r u n o f fp l o t s ，n o n p o i n ts o u r c ep o l l u t i o nl o a d ，m e a n c o n c e n t r a t i o nm e t h o d i i 目录 目录 1 绪论1 1 1 研究背景及意义l 1 2 研究区域概况2 1 3 国内外研究进展3 1 3 1 国外研究进展3 1 3 2 国内研究进展4 1 4 研究内容及技术路线6 1 4 1 研究内容6 1 4 2 研究技术路线6 2 径流小区非点源营养物流失试验设计9 2 1 试验区域概况9 2 1 1 商南县鹦鹉沟径流场概况9 2 1 2 安康市汉滨区径流场概况9 2 1 3 华县径流场概况1o 2 2 试验设施1 0 2 2 1 径流小区的设计与建设1 0 2 2 2 径流场设施及平面布置1 3 2 3 试验方案16 2 3 1 降雨径流试验1 6 2 3 2 人工放水坡面径流试验18 3 非点源营养物流失小区试验研究2 0 3 1 降雨径流试验方法2 0 3 2 降雨径流试验结果与分析2 0 3 2 1 不同坡长对径流小区营养物浓度的影响2 0 3 2 2 不同坡度对径流小区营养物浓度影响2 2 3 2 3 不同降雨量下非点源营养物的流失特征2 3 3 2 4 不同坡长下降雨量与径流量以及含沙率的关系2 6 3 2 5 不同坡度下降雨量与径流量以及侵蚀量的关系搬 3 3 人工放水坡面径流试验方法2 9 3 4 人工放水坡面径流试验结果及分析3 0 3 4 1 非点源污染物沿程变化特征3 0 3 4 2 非点源污染物之间的相关性研究3 3 3 4 3 非点源污染物时间变化特征3 5 3 5 本章小结3 8 西安理工大学硕士学位论文 4 流域非点源污染负荷量估算4 0 4 1 非点源负荷估算的一般方法4 0 4 2 西河小流域非点源污染物负荷总量估算4 1 4 2 1 研究区域概况4 1 4 2 2 输出系数法4 2 4 2 3 西河流域非点源污染总量估算4 2 4 3 丹江干流污染物特征分析4 5 4 3 1 研究区域概况4 5 4 3 2 平均浓度法4 6 4 3 3 暴雨径流污染物浓度特征分析4 7 4 3 4 非洪水期污染物浓度特征分析51 4 3 5 不同月份污染物浓度变化5 2 4 4 丹江干流非点源污染物负荷总量估算5 4 4 4 1 点源及非点源污染物平均浓度5 4 4 4 2 不同代表年的选取5 7 4 4 3 不同典型年的径流分割5 7 4 4 4 不同代表年点源与非点源污染物负荷5 8 4 4 5 非点源负荷合理性分析5 9 4 5 本章小结6 0 5 结论与建议6 2 5 1 结 仑6 2 5 2 不足之处6 3 5 3 建议6 4 至j 【谢6 5 参考文献6 6 附录7 0 1 绪论 1 绪论 1 1 研究背景及意义 随着社会和经济的迅速发展，水资源日益匮乏，水环境污染已成为全球性问题。近年 来，随着人们对环境问题的关注，非点源污染逐渐得到各国政府环境保护部门的高度重视。 非点源污染与点源污染相比较，其起源于多样、分散的地区，而且发生位置和地理边界难 以确定和识别，因此其非点源污染的潜伏周期较长、随机性较强，同时成因较为复杂，并 且防治比较困难。由于各国政府相当重视点源污染控制的，所以点源污染已有较好的治理 和控制；但是由于非点源污染涉及范围较为广大、控制难度比较大，现已是影响水体质量 的重要主要污染源。非点源污染是指大气、地面或土壤中的污染物质在降雨淋溶和冲刷下 随径流进入含水层、湖泊、河流、滨岸生态系统等引起的污染。非点源污染的产生由自 然过程引发，并在人类活动影响下得以强化，与流域降雨过程密切相关，受流域水文循环 过程的影响和支配，其中降雨径流过程是造成非点源污染的最主要的自然原因，人类的土 地利用活动是非点源污染的最根本原因。水环境非点源污染是指由非点污染源排放的污染 物形成的水体污染12 5 1 。狭义的非点源污染是与降水过程中伴随产生的地表径流污染。与 点源污染相比，非点源污染具有许多显著不同的特点，其主要特征概括有随机性、广泛性、 滞后性、模糊性、潜伏性以及研究和控制难度大1 4 , 5 1 。一方面，人类开垦土地、砍伐森林 使其成为农田、牧场、旅游区、工业区等，从而改变了地表的植被覆盖，加剧了水土流失， 对水体水质造成威胁；另一发面，农业活动大量施用化肥、农药等化学品，这些化学品中 只有很少的一部分被农作物吸收，其余大部分残留在土壤中，成为潜在的污染源。 研究指出，非点源污染占美国总污染量的2 3 ，其中7 5 s 左右是农业非点源， 。美国 与欧洲国家的情况相似，有研究表明，欧洲因农业活动而输入到北海河e l 的总氮、总磷分 别占全部入海量的6 0 弄u2 5 1 。 我国也存在较为严重的非点源污染。水库、海湾、湖泊等水体的富营养化日益突出， 如天津于桥水库、太湖、云南滇池等非点源污染产生的氮磷营养物负荷量占很大比重。我 国2 0 个湖泊的1 9 8 6 - - - 1 9 9 0 年调查数据，有占6 5 o 的1 3 个水库和湖泊处于富营养化状态； 其中占2 0 中营养化转向富营养化状态的共4 个；有3 个处于贫营养状态，仅占1 5 。 这与美国7 0 年代的湖泊水质富营养化情况接近1 。 、 目前，许多研究结果已经证实，非点源污染已成为世界范围内地表水与地下水污染的 主要来源。由于降雨径流、水土流失，大量泥沙进入水体，造成水体淤积，降低水体的生 态功能。来自肥料和农药的氮、磷、钾及其化合物以及各种重金属元素，因为溶解度低， 活动性差，因而在土壤和非饱和带中逐渐积累，威胁地下水。所谓的水体中非点源污染主 要是指由于降雨径流冲刷而携带的污染物，进入各种水体，同时引起湖泊、河流、水库、 含水层、滨岸及海湾生态系统等的污染叫。单纯控制点源并不能从根本上解决水环境污 1 西安理工大学硕士学位论文 染问题，所以必须从流域角度探讨流域开发与水环境安全的关系，对点源一非点源污染实 施系统管理和总量控制 1 1 1 3 1 。因此流域非点源污染则成为主要的非点源污染来源。所谓的 流域非点源污染是指在降雨径流的冲刷和淋溶作用下，污染物随地表径流而进入流域水体 所造成的污染。流域非点源污染的复杂性主要表现为污染负荷的时空变化的差异性、污染 防治的艰巨性、污染发生的随机性以及污染物来源的不确定性等“4 晴1 。由于流域非点源污 染具有上述特点，所以流域非点源污染负荷在不同地区、不同时期具有不同特征，对流域 非点源污染的研究应当从机理出发，查清其产生根源和迁移途径，从根本上把握污染物质 的迁移转化规律。由于流域内人口的不断增长和经济社会的飞速发展，以及不断提高的点 源污染防治水平，其流域非点源污染的危害和比重在不断增大。因此流域水安全复杂系统 的重要组成部分已成为流域非点源污染 1 5 1 7 1 。 丹汉江流域是我国南水北调的主要水源区，加强丹汉江流域水土流失与非点源污染机 理及调控机制的研究，对于改善流域生态环境；加强流域非点源污染治理；实现流域可持 续发展和保证“一江清水送北京”具有重要的现实意义。本项目的顺利研究的开展有利 于： 1 使生态建设工程更有效遏制生态退化、减少水土流失，为国家南水北调水源区建设 和渭河流域综合治理提供可靠的生态保障； 2 完善与提升水土流失治理与环境保护协调发展模式的科学性，有助于解决流域非点 源污染控制有关的关键技术问题，并将生态环境治理与加速农民脱贫致富，促进区域特色 经济发展，推进新农村建设有机联系起来； 3 明晰丹汉江域综合治理策略，有效发挥水土保持综合治理工程作用，以满足防止丹 汉江及渭河流域水土流失、确保流域生态安全和水质安全的重大需求，满足生态治理工程 目标与生态经济和谐发展的需求。 因此，研究丹江口水源保护区非点源污染的形成机制及分布规律，对改善库区周边及 上游地区的生态环境，保护好丹江口库区的优良水质和南水北调中线工程的i l i o n 实施有重 要意义。 1 2 研究区域概况 丹汉江流域是我国南水北调的重要水源区。该流域属于秦巴土石山区，因此山高坡陡， 并且土薄石厚，同时降雨量大而且集中。占长江流域面积4 的汉江上游地区，但输入长 江的泥沙一年达1 2 亿吨，是长江总输沙量的1 2 。这是由于秦巴山区耕作粗放、土地脊 薄，与此同时化肥与农药的施用量不断增加。据分析调查，陕西地区的平均坡耕地每亩每 年流失1 5 c m 表土，大约1 2 吨土壤。从而导致土地肥力不断降低，因此农民不断将化肥 使用量增加，最终造成恶性循环。非点源污染一部分是由于水土流失产生的大量泥沙携带 _ ) 1 绪论 和吸附农药以及化肥排入河流；随着当地养殖、畜牧业的迅速发展，导致的畜禽粪便处理 率低并且随意排放性强，最终有机质、氮、磷等富营养物质大量的排入河流，从而导致了 水体水质和环境的污染 1 8 1 。据调查，近年来随着人类活动的增加，由水土流失等引起的 非点源污染是丹江口水库水体污染的重要来源之一。据陕西省水环境中心2 0 0 5 年水质监 测结果分析，丹江、汉江超过i i i 类标准的河长已达到1 0 5 ，有2 8 1 的评价河长不能达 到国家对丹江口水库水质i i 类标准的要求。 1 3 国内外研究进展 1 3 1 国外研究进展 图卜1丹汉江流域水系图 f i g 1 1d a n - h a n j i a n gr i v e rs y s t e m 国外的非点源污染研究起步比较早。早期的研究的基础是土地利用对河流水质产生影 响的认识，并对影响因子、降水径流污染特征、长期平均污染负荷输出和单场暴雨等方面 进行了研究，具体的研究方法是依据统计分析和因果分析建立统计模型，从而建立流域土 地利用或径流量之间与污染负荷的统计关系。研究非点源污染来源和扩散的有效手段是利 用数学模型模拟城市径流非点源污染的形成。 国外发达国家在7 0 年代初期开始全面认识和研究非点源污染，但当时进行的非点源 污染研究仅是在非点源污染特征、影响因素、单场暴雨和长期平均污染负荷输出等方面的 初步研究。同期建立的通用土壤流失方程( u s l e ) ，被广泛的应用于农业非点源污染研究“， 这为今后全面研究非点源污染打下了良好的基础。1 9 7 2 年美国水污染控制法修正案 的制定标志着非点源污染研究的重大转折0 1 。这项法案极大促进了非点源污染研究的进 3 西安理工大学硕士学位论文 展，同年美国选择了近千个典型的非点源污染小流域，在全国范围内进行了富营养化调查， 并建立了一种利用流域来估算水体富营养化水平的定量化方法。7 0 年代中期非点源研究 有了很大进展。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空间分布。同时有关污染物的迁移和转化规律也有初步 进展，许多数学模型相继问世。主要的非点源数学模型有：s t o r m 、a c t m o 、l a n d r i j n 等等。 这些模型大都以水文数学模型为基础，适用于小尺度的流域范围，大范围推广的应用价值 不大。在非点源污染管理方面，这一个时期逐步形成和使用了最佳管理措施( b m p s ) 2 1 , 2 2 。 8 0 年代以来，在非点源污染的基础方面，人们主要的研究涉及类型也更多样、地域 更广，与此同时污染迁移机理和因素分析更加深入。非点源污染模型研究向实用方向发展， 重点放在如何把己有模型广泛应用于非点源污染控制和管理，并注重经济效益的分析，这 一时期提出的代表性模型有。a n s w e r s 、c r e a m s 、a g n p s 、e u r o s e m 、w e p p 等 2 3 1 0 这些模型 能精确的描述，但模型的空间分析能力有限，不能在流域尺度上精确描述土壤侵蚀的空间 变化。 进入9 0 年代，随着计算机技术的发展和进步，很多功能超大的流域模型被开发出来， 这些模型己经不再是单纯的数学运算程序，而是具有空间信息处理、数据库技术、数学计 算、可视化表达等功能的大型专业软件，从而使该模型的应用领域更加广泛，提高了模型 的精确度。遥感技术、g i s 、c a d 与非点源污染模型相结合，被广泛应用与非点源污染预 测和非点源污染影响评价上1 2 4 1 。利用g i s 与非点源污染模型的集成对研究区域进行降雨 一径流、土壤侵蚀、溶质迁移的连续模拟，估算污染负荷，确定关键的污染集水区，并与 控制管理措施结合，成为g i s 应用的中心，也是今后非点源污染的重要研究内容。如t i m 和j o l l y 利用a r c i n f o 和a g n p s 模型集成，估算了在i o w a 某流域内分别利用植被过滤带、 等高缓冲带及两种管理措施相结合的方案，为最佳农业管理措施的实施及小流域非点源 n 、p 污染排放估算及控制对策研究提供依据。在流域尺度上，使用土壤流失方程和g i s 技术，是国外非点源污染控制规划中经常采用的手段之一“5 2 ，这种方法实际上一个空间 信息与属性信息的交叉系统，用于评估在不同土地利用措施下非点源污染的危害。近年来 模拟进入地下水的污染物的迁移、转化过程成为非点源污染的研究重点，地下水的反补给 也被列为地表水源的重要非点源1 。美国水土保持局在对过去非点源污染模型的应用经验 进行总结的基础上，修改了通用土壤流失模型，1 9 9 5 年发布了坡面版和流域版的w e p p ， 大大促进了非点源污染的研究1 2 7 1 。 1 3 2 国内研究进展 我国的非点源污染研究起步较晚。在2 0 世纪8 0 年代初期以来，我国逐步开始非点源 污染的研究，但只是对区域径流和非点源污染的污染负荷定量计算模型和宏观特征进行初 步的研究。在9 0 年代中，我国在农业以及城区非点源污染、生物污染和大气沉降方面都 4 1 绪论 有相当的进展 2 8 3 2 o 但是由于缺少长系列的水质与水文监测资料，非点源污染研究工作很 难深入研究。 李怀恩、沈晋等以我国实际为出发点，建立了一个完整的流域非点源污染模型系统， 在该系统中提出了非点源污染物迁移以及流域汇流逆高斯分布瞬时单位线模型，同时也提 出了流域产污过程模型 2 2 1 0 此模型不但考虑了污染物迁移机理和水动力学，而且又便于 应用与求解。在渭河流域典型地区，西安开展黑河引水工程水源保护研究研究，围绕 水源区土地利用结构的调整和优化，分别对林地、耕地、荒地和河道两岸敏感区提出了污 染控制对策和规划要求，并对水源区的人口及采矿、旅游、交通等特殊污染问题也提出了 相应的对策建议，在此基础上提出了黑河引水工程水源保护区划分方案与污染防治对策。 王永胜、周海红等应用生态学的原理和方法，对关中部分灌区农田非点源污染及影响进行 了初步研究，提出了农田生态环境系统的污染防治对策。赵剑强对西安市南二环路面径流 排水水质和西临高速公路路面径流进行了监测，提出了描述路面地表径流排污过程的污染 物浓度预测计算模式，比较分析了地表径流污染控制的几种技术方法，并提出了控制路面 地表径流污染的措施。胥彦玲等按照行政区将黑河流域划分为9 个单元，通过专家评判模 式估算个行政单元的土壤侵蚀量，并提出了减少关键区域土壤侵蚀性非点源污染的一些措 施。张强、李怀恩等预测了黑河流域磷污染负荷量，取得了较好的结果，在国内就流域营 养物输出连续模拟做了有益尝试。胥彦玲黑河流域径流过程、土壤侵蚀量进行模拟，并且 在a r c v i e w 下实现了流域非点源污染负荷的空间分布以及子流域总负荷的输出，最终模 拟了流域出口断面总磷、总氮的输出l 圳。 在丹江口水库上游典型地区的研究有：史淑娟n 4 1 以陕西水源区的生态补偿量计算为 核心，开展了受水区与水源区之间的补偿量分担比例、建立南水北调中线陕西水源区生态 补偿机制、多元化水源区补偿途径探讨等方面的研究；张春玲。州通过对该地区典型流域 的非点源污染特征进行了分析，得出月江口水库的水质主要受汉江、丹江流域的影响的结 论，并提出了控制对策；廉兆玲l 州定性分析了由水土流失、农业生产、城市生活造成的 非点源污染；赵文耀、胡家庆7 1 初步分析了丹江n 水源区面源污染的成因及管理上存在 的问题，进而提出加强流域内非点源污染的一些相关治理措施。 总的来讲，我国非点源污染研究还主要侧重于对河流、湖泊、水库等地表水的污染研 究，而对地下水的污染研究相对较少。同时对非点源污染研究还没有得到足够的重视，与 此同时污染物总量控制规划与非点源污染研究脱节。研究手段分散并且有些孤立，其主要 集中在人工模拟试验研究与野外试验l m 川，非点源污染控制对策也十分薄弱，虽然内容己 涉及模型与g i s 结合技术、模型介绍及非点源污染负荷评价等“2 1 45 1 ，但由于参与人员较 少，而且研究存在孤立性和阶段性并未形成体系，也没有延展到政策、管理的研究。 5 西安理工大学硕士学位论文 1 4 研究内容及技术路线 1 4 1 研究内容 ( 1 ) 不同条件下径流小区的非点源污染研究 设立不同坡度和不同长度坡面径流小区。在充分调查的基础上，对不同坡度、不同坡 长的坡面径流小区进行流失特性的研究。针对同一地点不同植被状况、不同土壤类型和不 同土地利用类型，设置不同种植方式、不同土地利用类型等不同处理方法的径流小区，分 别进行汛期和非汛期的对比观测。从而研究小区坡面非点源污染物流失特性。 ( 2 ) 水土流失与非点源污染关系 通过对径流和侵蚀泥沙中非点源污染物的监测，分析降雨径流、污染物迁移的过程和 规律，以及坡面产流、泥沙对污染物的吸附解吸机理，探讨降雨一径流一侵蚀一水污染负 荷之间的关系。 ( 3 ) 丹江干流污染物特征分析 根据丹汉江干流典型监测断面主要污染物监测结果及水文、水质监测资料等，分析丹 汉江干流典型断面洪水期及非洪水期污染物特征。 ( 4 ) 流域干流非点源污染负荷量估算 监测丹江干流麻街、丹风水文站水质流量资料，同时在干流实行暴雨同步水质监测， 利用平均浓度法得到丹江干流麻街与丹凤断面点源与非点源平均浓度，并计算丹凤断面各 典型年的非点源污染物负荷以及其在总污染物负荷中的比重。 1 4 2 研究技术路线 1 资料的搜集与整理 掌握丹汉江流域非点源污染的基本概况，需要对流域进行普查，调查相关的社会经济、 土壤、植被及水系水质等情况，收集流域社会经济情况的变化资料，了解当地居民的耕种 习惯、种植结构、化肥农药等使用情况，并查阅国内外现有的与本论文有关的成果和文献。 2 丹汉江干流断面监测 通过对丹汉江干流水质进行洪水过程中的流量与水质变化同步监测。每个断面拟监测 暴雨洪水过程，每场洪水测流取样尽可能控制洪水涨落过程，即至少取样五次以上，且分 别位于洪水过程的起涨段、峰顶段和退水段，其中起涨段采2 3 次样，峰顶段采1 2 次样， 退水段采2 3 次样。为便于对比，在上述断面适当开展非洪水期( 平时) 2 4 h