（环境工程专业论文）辽河流域非点源氮磷污染负荷估算及特征研究.pdf

独创性声明 i iiii i i i ii i i ii ii l l l li i i i hii i ii ij y 2 2 5 2 0 8 6 本人声明，所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作及 取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外， 论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得 武汉理工大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一 同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说 明并表示了谢意。 签名：蒙乏前日期：如防，7 学位论文使用授权书 本人完全了解武汉理工大学有关保留、使用学位论文的规定，即： 学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版， 允许论文被查阅和借阅。本人授权武汉理工大学可以将本学位论文的 全部内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制 手段保存或汇编本学位论文。同时授权经武汉理工大学认可的国家有 关机构或论文数据库使用或收录本学位论文，并向社会公众提供信息 服务。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 研究生( 签名) 瓣穆导师( 签哆q 吼彬肛7 7 摘要 在水污染防治与规划中，点源污染一直是国家控制的重点内容，且随着防控 和治理技术的日渐成熟，控制成效显著。与点源污染相比，非点源污染常被忽视， 且由于非点源污染排放具有分散性、随机性和复杂性，控制难度相对较大。因此， 在点源污染得到有效控制的情况下，非点源污染问题逐渐凸显，成为水环境污染 难以彻底改善的重要影响因素。辽河流域，我国七大流域之一，近年来由于农田 化肥施用量逐年增加，畜禽养殖量稳定增长，农村生活垃圾和固体废弃物得不到 有效处置，再加上非点源污染未能引起足够重视，辽河流域的非点源污染问题逐 渐显现，严重制约着流域水环境的进一步改善。本研究以辽宁省辽河流域为研究 区域，以自然、社会经济数据和土地利用类型、土壤类型、d e m 等为数据源， 以a r c g i s 为数据分析平台，应用径流曲线方程s c s ( s o i lc o n s e r v a t i o ns e r v i c e ) 和通用土壤流失方程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 ) ，分别对辽河流域的溶 解态氮磷( 降雨径流产生) 污染负荷和吸附态氮磷( 土壤侵蚀产生) 污染负荷进 行估算，并分析污染物的分布规律和产生原因，最后从源头控制和过程削减两个 方面提出了相应的防治对策，为流域规划和水体污染控制提供参考性依据。主要 结果如下： ( 1 ) 辽河流域非点源污染总氮的污染负荷量为1 0 2 x 1 0 5t a ，其中溶解态氮 的污染负荷量1 0 1 1 0 5t a ，吸附态氮的污染负荷量为5 8 6 9 6t a ；非点源污染总磷 的污染负荷量为7 1 1 0 3t a ，其中溶解态磷的污染负荷量为7 o 1 0 3t a ，吸附态磷 的污染负荷量为1 2 1 0 8t a 。 ( 2 ) 就空问分布而言，铁岭、沈阳、鞍山、抚顺四个城市的氮磷污染物负 荷量最大，铁岭、沈阳和锦州的污染负荷强度最大。农田化肥施用过度、农村生 活污水随意排放，农村生活垃圾露天堆放以及畜禽的不规范养殖，是造成非点源 污染的主要原因。 ( 3 ) 就土地利用类型而言，耕地和森林的氮磷污染物负荷量最大，耕地、 裸露地和人工表面的氮磷污染负荷强度最大。过度施用化肥是耕地氮磷污染负荷 大的主要原因；植被覆盖度低是裸露地氮负荷大的主要原因；农村生活污染是人 工表面磷负荷大的主要原因。 ( 4 ) 基于辽河流域非点源污染特征及原因分析，有针对性地提出了源头控 制、过程削减等控制对策。在源头控制方面，建议适时适量施肥施药，鼓励施用 有机肥和使用生物农药，大力发展生态农业；提高环保意识，逐步建立和完善农 村污水处理设施建设，提高污水处理率；统筹城乡垃圾处理，形成“户分类、村 收集、镇转运、市处理”的科学垃圾处理模式，提高农村垃圾的资源化利用；提 高畜禽规模化养殖程度，加强养殖区的环境管理。在过程削减方面，建议通过建 设植被缓冲带( 林带或草地带) ，来减缓径流速度和降低径流量，达到降低污染 物的效果。 关键词：辽河流域，非点源，氮磷流失，负荷估算 a b s t r a c t i nt h ep r e v e n t i o n ，c o n t r o la n dp l a no fw a t e rp o l l u t i o n ，p o i n ts o u r c ep o l l u t i o ni s a l w a y st h ee m p h a s i so fc o n t r o li no u rc o u n t r y a st h ep r e v e n t i o n ，c o n t r o la n d m a n a g i n gt e c h n o l o g yi sm a t u r ed a ya f t e rd a y ，t h ec o n t r o le f f e c ti so b v i o u s h o w e v e r ， n o n p o i n ts o u r c e ( n p s ) p o l l u t i o ni so f t e ni g n o r e da n db e c a u s en p sd i s c h a r g ei s d i s p e r s i v e ，r a n d o ma n dc o m p l i c a t e d ，i ti sd i f f i c u l tt oc o n t r o lt h ep o l l u t i o n s oi nt h e c o n d i t i o no fp o i n ts o u r c ep o l l u t i o nc o n t r o le f f e c t i v e l y ，n p sp o l l u t i o na p p e a r e d o b v i o u s l ya n dh a sb e e nt h em a i np o l l u t i o n f a c t o rf o rt h ew a t e re n v i r o n m e n t i m p r o v e m e n t l i a or i v e rb a s i n ，o n eo ft h es e v e nr i v e rb a s i n ，i nw h i c h t h ed o s a g eo f c h e m i c a lf e r t i l i z e ro ff a r m l a n di si n c r e a s i n g ，t h ea m o u n to fl i v e s t o c ka n dr u r a ll i v i n g g a r b a g ei ss t e a d yg r o w i n g ，a n dr u r a ld o m e s t i cw a s t ea n ds o l i dw a s t ei sn o te f f e c t i v e d i s p o s a l i na d d i t i o n ，n p si sn o tp a i de n o u g ha r e n t i o n ，s on p sp r o b l e m o fl i a or i v e r b a s i nh a sa p p e a r e da n dr e s t r i c t e dt h ef u r t h e rp r o v e m e n to ft h ew a t e re n v i r o n m e n t i n t h i sp a p e r , t a k i n gl i a or i v e rb a s i no fl i a o n i n gp r o v i n c ea sr e s e a r c hr e g i o n ，n a t u r a l ， s o c i a la n de c o n o m i cd a t aa n dl a n du s i n gt y p e ，s o i lt y p ed a t aa n dd e ma sd a t as o u r c e ， a r c g i sa sd a t aa n a l y s i sp l o t f o r m ，w ec a l c u l a t et h ed i s s o l v e dn i t r o g e na n dp h o s p h o r u s ( r a i n f a l lr u n o f fp r o d u c e ) p o l l u t i o nl o a d i n ga n da d s o r p t i o nn i t r o g e na n dp h o s p h o r u s l o a d i n g ( s o i le r o s i o np r o d u c e ) o fl i a or i v e rb a s i nw i t hs c s ( s o i lc o n s e r v a t i o n s e r v i c e ) a n du s l e ( u n i v e r s a ls o i l l o s se q u a t i o n ) ，a n da n a l y s et h ed i s t r i b u t i o n r e g u l a r i t i e sa n dc a u s eo ft h ep o l l u t a n t f i n a l l y ，s o m ec o n t r o lc o u n t e r m e a s u r e sa r e s u g g e s t e di ns o u r c ec o n t r o la n dp r o c e s sc u ta s p e c t s ，w h i c hc a np r o v i d ei n f o r m a t i o n f o rb a s i np l a n n i n ga n dw a t e rp o l l u t i o nc o n t r 0 1 t h em a i nr e s u l t sa r ea sf o l l o w s ： ( 1 ) i nl i a or i v e rb a s i n ，t o t a ln i t r o g e nl o a d i n go fn p sp o l l u t i o ni s 101 5k i l o t o n ， i nw h i c h ，d i s s o l v e dn i t r o g e nl o a d i n gi s1 0 0 9k i l o - t o na n da d s o r p t i o nn i t r o g e nl o a d i n g i s5 8 6 9 6t o n ；t o t a lp h o s p h o r u sl o a d i n go fn p sp o l l u t i o ni s7 1k i l o t o n ，i nw h i c h ， d i s s o l v e dp h o s p h o r u sl o a d i n gi s7 0k i l o - t o na n da d s o r p t i o np h o s p h o r u sl o a d i n gi s 1 2 1 0 8t o n ( 2 ) i nt e r m so fs p a c ed i s t r i b u t i o n ，t h el a r g e s tc i t y o ft o t a ln i t r o g e na n d p h o s p h o r u sl o a d i n gi st i e l i n g ，s h e n y a n g ，a n s h a na n df u s h u n ；t h el a r g e s tc i t y o f p o l l u t i o nl o a d i n gi n t e n s i t yi st i e l i n g ，s h e n y a n ga n dj i n z h o u t o om u c hu s e o f f e r t i l i z e r s ，r u r a ld o m e s t i cs e w a g ed i s c h a r g ea tw i l l ，r u r a ll i v i n gg a r b a g eo p e ns t a c k i n g a n dn o n s t a n d a r dl i v e s t o c ki st h em a i nc a u s eo f n p sp o l l u t i o n ( 3 ) i nt e r m so fl a n dt y p e ，t h el a r g e s tt y p eo ft o t a l ：n i t r o g e na n d p h o s p h o r u s l o a d i n gi st h ef a r m l a n da n df o r e s t ，t h el a r g e s tt y p eo fp o l l u t i o nl o a d i n gi n t e n s i t yi s f a r m l a n d , o p e ng r o u n da n da r t i f i c i a ls u r f a c e 。t h eu s eo f f e r t i l i z e r si s t h ec a u s eo ft h e h i g h n i t r o g e na n dp h o s p h o r u sl o a d i n go ff a r m l a n d t h et o wv e g e t a t i o nc o v e r a g ei s v u l n e r a b l et or a i n f a l le r o s i o n t h ep h o s p h o r u s , l o a d i n go fa r t i f i c i a ls u r f a c ei s 圣l 适b w h i c hi sr e s u l tf r o mr u r a ll i f ed i s c h a r g e ( 4 ) b a s e do nt h ec h a r a c t e r i s t i ca n dr e a s o na n a l y s i so fn p sp o l l u t i o ni nl i a o r i v e rb a s i n w er a i s et h ec o n t r o ls u g g e s t i o no fs o u r c ec o n t r o la n dp r o c e s sc u t ht h e r e s p e c to fs o u r c ee o n t r o kw es u g g e s ta p p l y i n g ；f e r t i l i z a t i o na n di p e s t i c i d et i m e l ya n d w i t ha p p r o p r i a t ea m o u n t ，e n c o u r a g i n gt oa p p l yo r g a n i cf e r t i l i z e ra n db i o p e s t i c i d e ，a n d d e v e l o p i n ge c o t o g i c a ra g r i c u l t u r e ；e n h a n c i n g t h e e n v i r o n m e n t a la w a r e n e s s ， e s m k l i s h i n ga n di m p r o v i n gt h es e w a g et r e a t m e n tf a c i l i t i e sc o n s t r u c t i o nt oi m p r o v el h e r a t eo fs e w a g et r e a t m e n t ；c o o r d i n a t i n gt h eu r b a na n dr m a lg a r b a g ed i s p o s a la n d f o r m i n g ! h o u s e h o l dc l a s s i f i c a t i o n , v i l l a g ec o l l e c t i o n ，t o w n s h i pt r a n s f e ra n dc o u n t r y t r e a t m e n t g a r b a g e t 鬃e a t m e n tm o d e ，i m p r o v i n gt h ew a s t er e s o u r c eu t i l i z a t i o n ； b o o s t i n gt h es c a l el i v e s t o c ka n de r r h a n c i n bt h ee n v t r o n m e , n t a lm a n a g e m e n to f c u l t u r e z o n e f o rp r o c e s sc u t , w es u g g e s t “b t f i l d i n gb u f f e rz o n e ，s u c h 黜f o r e s tb e l t 锄d rg r o s s , t or e d u c et h es p e e da n df l o wo fr u n o f f , a n d h e na 曲i e v et h ea i m 醒，r e d u c i n s 毫酶 p o l l u t a n t k e yw o r d s ：l i a or i v e rb a s i n ，n p s ，n i t r o g e na n dp b 0 s p h o r u sl o s s ，l o a d i n ge s t i m 搬 v 目录 摘要i a b s t r a c t i i i 第一章绪论1 1 1 非点源污染概述1 1 1 1 非点源污染定义1 1 1 2 非点源污染特点l 1 1 3 非点源污染形式2 1 1 4 非点源污染危害3 1 2 研究目的与意义4 1 3 国内外非点源污染研究现状5 1 3 1 国外非点源污染研究现状5 1 3 2 国内非点源污染研究现状6 1 4 研究内容与技术路线8 1 4 1 研究必要性8 1 4 2 研究方法9 1 4 3 研究内容10 1 4 4 技术路线1 l 第二章辽河流域概况1 2 2 1 辽河流域概况1 2 2 2 自然环境概况15 2 2 1 地形、地貌一1 5 2 2 2 气候1 6 2 2 3 土壤1 6 2 2 4 植被l7 2 2 5 生物资源1 7 2 2 6 矿产资源1 7 2 2 7 水文与水资源概况18 2 3 社会经济概况1 9 2 3 1 行政区划与人口状况1 9 2 3 2 农业1 9 2 3 3 产业结构2 0 第三章基础数据的处理2 l 3 1 土地利用数据21 v 3 2 土壤类型数据2 2 3 3 数字高程数据( d e m ) 2 3 3 4 降雨数据2 4 第四章年径流量估算一s c s 模型2 7 4 1s c s 模型机理2 7 4 2 模型参数的确定2 9 4 2 1 降雨量p 2 9 4 2 2c n 值3 0 4 2 3t 值3 3 4 3 年径流量估算结果3 4 第五章土壤流失量估算一u s l e 模型3 6 5 1u s l e 模型机理3 6 5 2 模型参数的确定3 6 5 2 1 降雨侵蚀因子r 值3 6 5 2 2 土壤可蚀性因子k 值3 9 5 2 3 坡度坡长因子l s 值4 2 5 2 4 植被覆盖与管理因子c 值。5 0 5 2 5 水土保持因子p 值5 3 5 3 土壤侵蚀量估算结果5 5 第六章污染物输出估算5 7 6 1 溶解态氮磷污染负荷5 7 6 2 吸附态氮磷污染负荷6 l 6 3 估算结果及空间分布特征分析6 8 6 3 1 区域氮磷污染负荷分布特征6 9 6 3 2 氮磷污染负荷强度分布特征一7 l 6 4 原因分析及控制对策研究7 3 第七章结论与展望7 7 7 1 结论7 7 7 2 创新点7 8 7 3 不足之处与展望7 8 参考文献7 9 v 致谢8 3 攻读硕士学位期间发表论文8 4 武汉理工大学硕士学位论文 1 1 非点源污染概述 第一章绪论 随着社会和经济的快速发展，水环境污染问题已经发展成为一个普遍问题， 几乎每个国家都面临着不同程度的水污染问题。按照污染的发生类型，水环境污 染可以分为点源污染和非点源污染。其中，点源污染控制一直是国家进行水污染 防治与规划的重点内容，并取得了显著成效，而非点源污染则因未被足够重视而 成为水质难以彻底改善和恢复的重要因素 1 4 】。据美国、日本等国家报道，即使 点源污染得到了全面控制，但受非点源污染的影响，河流水质的达标率仍仅为 辱5 ，海域水质达标率为7 9 ，而湖泊水质受非点源污染韵影响更大，达标率 仅为4 2 t 5 1 。 1 1 1 非点源污染定义 非点源污染( n o n - p o i n ts o u r c ep o l l u t i o n ) ，简称n p s 污染，又称面源污染， 是指溶解性或固体污染物在大面积降水和径流冲刷作用下，从菲特定的地点随着 暴雨产生的地面径流汇入受纳水体1 ( 包括河流、湖泊、水库和海湾等) 而弓i 起的 水体污染【6 1 。溶解性或固体污染物主要包括农田土壤中的化肥和农药、畜禽排泄 物、城市垃圾、大气悬浮物、重金属以及其他有毒有害物质等。 1 。1 。2 非点澡污染特点 点源污染物韵产生主要来源于工厂企业的排污废水和城市居民生活污水，这 些废水通常有统一的收集管网，并通过圃定的排污口进行集中排放，而非点源的 排放贝i j 不同，非点源污染排放地点分散，分布范围广，发生位置难以识别和确定， 具有髓机性强、涉及范围广、潜伏周期长，成因复杂、监澳和控制难度大等特点。 ( 1 ) 随机性 从非点源污染的发生过程来看，非点源污染主要受地表径流过程和土壤侵蚀 过程影响。无论是地表径流( 农田地表径流、城市地表径流或其他径流) 过程， 还是土壤侵蚀过程，均与降雨有着密切关系，其污染物的产生规模和强度与降雨 量的大小和雨强直接相关。非点源污染的发生除了受降雨影响外，还受土地利用 方式、土壤类型、土壤结构、地形等因素的影响。降雨因素的随机性和其他影响 武汉理工大学硕士学位论文 因子的不确定性，使非点源污染具有较强的随机性。 ( 2 ) 广泛性 非点源污染的广泛性包含两方面的含义，一方面是污染发生地点的广泛性， 即流域内任何一块儿土地都有产生非点源污染的潜力，另一方面是指污染物质的 广泛性。随着经济的发展和人民生活水平的提高，人为产生的各类污染物质将逐 年增多，并广泛分布于地球表面，伴随着降雨一径流过程进入水体的污染物种类 和数量也将逐年增多，其对水环境产生的影响也将更加深远与广泛。 ( 3 ) 潜伏性和滞后性 非点源污染的滞后性是指污染物形成之后不一定立即对环境产生污染。农田 中施用化肥和农药后，并不会马上对水环境造成污染，一般只有进入雨期，污染 物才会伴随着地表径流进入水体。在降雨来临之前的这段时间，化肥和农药等污 染物在土地上累积，这一时期属于非点源污染的潜伏期。一旦有降雨发生，这些 污染物就会随地表径流一起进入到水体中。在无降水或灌溉发生时，因化肥和农 药的施用所造成的非点源污染则十分微弱。 城市中的非点源污染也同样具有这一特性。散落在城市空间的大气悬浮物、 城市垃圾等固体废物，在没有降水发生时，对水体的危害可忽略不计，但当有降 水发生时，地表径流会将这些污染物带入水体，形成严重的水体污染。因此，城 市中的垃圾和附着于建筑物表面的污染物等均是潜在的非点源污染源。 ( 4 ) 复杂性 非点源污染具有复杂性，表现在两个方面，一方面，影响非点源污染的因素 具有复杂性。农业非点源污染的影响因素包括农药和化肥的施用方式和施用量、 农作物类型和生长季节、牲畜养殖情况以及土壤性质和降水条件等；城市非点源 污染的影响因素包括城市绿化程度、城市清扫情况、降水强度等。另一方面，非 点源污染具有复杂性还表现在其发生与传输的机理十分复杂，涉及包括气象学、 土壤学、土壤侵蚀学、土壤化学、水文学、水力学等在内的多个学科的研究领域， 其复杂性远远超过了点源污染。 ( 5 ) 监测和控制难度大 由于非点源污染在发生过程中具有随机性、广泛性、潜伏性以及复杂性等特 点，这给非点源污染的监测和控制带来了很大的难度。 1 1 3 非点源污染形式 ( 1 ) 降雨径流 武汉理工大学硕士学位论文 降雨径流是非点源污染物输出的源动力。降雨径流产生的非点源污染主要指 溶解态的污染物质通过地表径流过程汇入受纳水体所引起的水体污染，径流形式 主要包括城镇地表径流、农1 田地表径流、林区地表径流和矿区地表径流等。 ( 2 ) 土壤侵蚀 土壤侵蚀是非点源污染物的迁移载体，是一种危害程度较严重的非点源污 染。伴随着土壤侵蚀，大量泥沙颗粒被冲入河道进入水体。在泥沙进入水体的同 时，也携带了大量的营养物质，从而造成了水体污染。仔前，世界上由于土壤侵 蚀而荒废豹土地达到4 3 亿公顿，仅美国每年就有超过r l o 亿吨的泥沙因发生水 土流失而进入水体。我国也存在着严重的土壤侵蚀现象，每年有超过5 0 亿吨的 表流失掉，携带各种营养物质进入水体的泥沙量达几百万吨。 1 1 4 非点源污染危害 伴髓地表径流过程进入江河、湖泊和水库等水体中的大量泥沙、营养物质和 有毒有害物质，可以引起河床淤积、水体中悬浮物浓度升高、水体富营养化等， 从而严重影响着水资源、水环境和流域水文特征。主要危害包括： ( 1 ) 河床抬升，水! 体生态功能降低 伴随着土壤侵蚀和地表径流。大量泥沙进入水体，导致河床淤积，降低了水 体韵容纳量和防洪与抗旱能力。我国很多河流、溃泊和水库因水土流失而遭受着 严重的水安全威胁。例如由于水土流失，已造成太湖、渝庭湖、青海湖租白洋淀 等水体面积和体积不断缩小，水体的防洪抗旱能力显著降低，严重威胁着水生生 物的生存环境：大盈江支流的浑水沟流域，由于常年遭受泥石流侵蚀，河床每年 以孓l ：, o c m 的速度抬升，经常引起中下游河道堤防决口，严重威胁着两岸农田及 各项水利设旌的安全；三峡水库由于受到嘉凌江流域和金沙江流域的大量来沙以 及城镇迁建、三峡库区移民和工矿企业搬迁等影响。也同样面临着水土流失韵严 峻挑战。 ( 2 ) 以营养型污染物污染水体环境 因施用过度没锈被作物吸收的化肥和农药，会佯随着地表径流进入水体，导 致水体污染，严重破坏水体生境。我国存在富营养化问题的湖泊占6 3 3 ，其中， 由农业非点源污染引起的占5 0 以上。全国很多水体的非点源污染已经比点源 污染严重，如巢湖、滇池、密云水库等。 ( 3 ) 以毒害型污染物污染水体环境 具有毒性的非点源污染物如农药、除草剂等进入水体后，会对水生生物以及 3 武汉理工大学硕士学位论文 人类产生直接或间接影响。其直接影响就是引起生物中毒，间接影响是这些有毒 有害物质进入地表水环境后，可在食物链的各个环节中富集，从而对水生生物进 而对人类产生毒害作用。 1 2 研究目的与意义 点源污染一直是水体污染防治的重点内容，近年来，随着点源污染控制成效 显著，非点源污染问题逐渐凸显。研究表明，非点源污染已经成为国内外地表水 和地下水污染的主要来源 7 - 8 】。美国环保署在提交给国会的报告中指出，非点源 污染是美国水质问题产生的主要原因之一，地表水中悬浮固体的9 2 、总氮的 7 9 、总磷的5 3 是由非点源污染造成的【9 。欧洲国家也同样面临着非点源污染 的问题。奥地利北部地区水体中过量的氮主要来自于非点源污染；丹麦2 7 0 条河 流中，由非点源污染引起的氮、磷污染所占比重分别为9 4 和5 2 1 l o ；荷兰水 环境污染总量中，6 0 的总氮和5 0 的总磷来源于非点源污染【i l j ；由波兰流向 波罗的海的全氮量达到了2 4 2 1 0 7 吨，其中有6 0 的全氮来自于农业非点源污 染；德国一流域也因过量施用化肥导致河流中磷浓度超过0 2 m g l 。 随着社会经济的飞速发展和城市污水处理设施的不断完善，我国工业污染源 和城市生活污水排放所引起的点源污染已得到了有效控制和减缓，点源污染对水 体污染的影响逐渐减弱。而由于我国对非点源污染的控制还不够重视，非点源污 染问题凸显，逐渐成为影响我国水体环境质量的重要因素。北京密云水库、天津 于桥水库、安徽巢湖、云南洱海和滇池、上海淀山湖、太湖等水域，非点源污染 均已超过点源污染【l0 1 ，严重威胁着人类的饮用水安全。密云水库的年污染中，由 非点源污染引起的氮磷负荷量分别占6 6 矛u8 6 ；巢湖总体污染负荷中来源于 非点源的总氮、总磷所占比重分别为7 4 和6 8 ：每年进入洱海的氮磷负荷量 分别为9 8 9 1 吨和1 0 8 1 吨，其中总氮的9 7 1 齐f i 总磷的9 2 5 是由非点源污染 引起的；滇池中占负荷量5 3 和4 2 的氮磷来自地表径流，导致滇池的富营养 化问题日益严重；太湖，我国的第二大淡水湖，中等富营养化水平的水体面积已 达总面积的9 7 。富营养化问题同样也成为了三峡库区最为严重的环境问题， 由于受水位壅升、回水顶托的影响，大部分三峡大坝的次级河流都不同程度的爆 发了水华现象。 辽河流域是我国重要的粮食生产基地，近年来农业生产中施用的化肥农药逐 年增加，再加上农村生活污水、垃圾以及畜禽粪便量的显著增长，辽河流域的非 点源污染问题日益凸显。对辽河流域非点源氮磷污染负荷进行估算并分析其污染 4 武汉理工大学硕士学位论文 分布特征和原因，有针对性地提出相应的控制对策，将有利于对非点源污染关键 区域进行识别，为流域的水环境规划及政策制定提供依据。 1 3 国内外非点源污染研究现状 1 3 国外非点源污染研究现状 美国是最早关注非点源污染治理的国家，也是世界上少数几个对点源和菲点 源污染进行全霉性系统控青i j 研究的国家之一。1 9 7 2 年，美国开始实施清洁水法 p l 9 2 5 0 0 ，首次将非点源污染纳入国家法规，并提出了“最大日负荷量( t m d t ) 计划” 1 2 1 。1 9 8 7 年，美国对清洁水法进行了修正，修正后的清洁水法修 正案要求各州对非点源进行识别，并制订一项行动计划，具体内容由环保局选 定并进行投资治理。清洁水法修正案的制定标志着非点源污染研究进入一个 新阶段。 非点源污染龅研究进程大致经历了四个阶段，主要包括2 0 世纪6 0 年代、7 0 年代中期、8 0 年代和9 0 年代至今。 2 0 世纪6 0 年代以来，英、日等一些发达国家也陆续开展非点源污染研究， 这些国家的研究重点放在分类特征的研究上。到弛年代初，人们开始意识到河 流、湖泊等水体的水质会受到土地利用方式的影响，于是学者们开始着重研究非 点源污染特征、影响因素等，此时的研究方法主要是通过统计和因果分析来构建 统计模型，并在模型的基础上建立菲点源污染与研究区土地利用类型或径流量问 的数学关系，这一时期的代表模型有美国h y d r oe o m p 公司为美国环保局! ( e 嫩) 研雠的。农药输移和径流模型”( p t r ) 和最初的“城市暴雨雨水管理模型抖 s w m m ) t ”】。s c - s 径流曲线模型和通用壤流失方程：( u s l e ) 也是在这一时期 提出来的，两模型在径流量和土壤侵蚀量估算方面发挥了巨大作用，为非点源污 染的进一步研究打下了良好韵基础。 7 0 。年代中后期，非点源污染问题开始受到全世界的普遍关注，成为了水环 境污染研究的焦点。由于之前提出的经验统诗模型没有考虑到溶质迁移盼枫制和 动力学特征，难以描述污染物迁移转化的机理和路径，在污染物迁移转化韵模拟 方面受到很大的限制。因此，在这个时期，非点源污染模型开始从简单的经验统 计模型提高到复杂的机理模型，从长期平均污染负荷输出或单场次暴雨分析上升 到连续的时问序列响应分析，并且针对非点源污染的管理开发研制了一系列的实 用模型。这一时期的代表模型主要有：农业化学品输运模型( a c t m o ) 、城市地 5 武汉理工大学硕士学位论文 表径流化学模型( s t o r m ) 以及统一迁移模型( u t m ) 。这些模型大多以水文 模型为基础，可以详细描述非点源污染物转化的机理和输出路径，模拟污染物在 连续时间内的污染负荷。尽管这些模型有着在这些方面的优势，但同时也具有一 些缺点，如这些模型对数据的要求较高，且只能适用于很小的集水面积。这与非 点源污染的广泛性不相适应，在大尺度范围推广的应用价值不大。 8 0 年代以来，模型的研究重点开始由集总模型向分布式模型发展，并开始 关注如何将已有模型应用到非点源的管理中去，强调模型的普遍适用性和实际应 用价值。这一时期的代表模型有化学污染物径流负荷和流失模型c r e a m 、用于 农业面源管理和政策制定的农业面源污染模型a g n p s 1 4 j 、农田尺度的水侵蚀预 测预报模型( w e p p ) 、区域非点源集水面环境响应模拟模型) _ ( a n s w e r s ) i t s 和大流 域内面源污染物负荷量s w r r b 和s w a t 模型等。这些模型能够精确地描述污染 物迁移转化的过程和机理，并与管理措施等相结合，模拟的尺度也得到提升，但 对环境问题的描述和空间分析能力有限，在模型的进一步应用中受到诸多限制。 进入9 0 年代，随着计算机技术的飞速发展和“3 s ”技术在非点源研究中的 广泛应用，这些技术开始与非点源污染模型相结合，对不同形态的非点源污染物 的迁移过程进行模拟，并对污染负荷量进行估算。如把传统的非点源污染模型与 各种人工智能工具相结合，开发出了非点源模型信息平台，为非点源污染研究和 防治提供有利工具 1 6 - 1 7 】，同时开发出了一些功能强大的适用于超大型流域污染负 荷模拟的模型，这些模型已经不再是单纯的数学运算模型，而是集空间信息处理、 数据库技术、数学计算、可视化表达等功能于一身的大型专业软件。其中比较 著名的有美国国家环保局开发的b a s i n s 和美国农业部农业研究所开发的 a g n p s 9 8 等。 1 3 2 国内非点源污染研究现状 我国的非点源污染研究起步较晚，始于2 0 世纪8 0 年代，以北京城市径流污 染研究最具代表性，主要从径流量与污染负荷的相关性、单位线、地表物质积累 规律等方面进行研究。之后又在农业非点源污染方面开展了一些研究，如在天津 于桥水库、太湖、滇池、巢湖、三峡库区等湖泊水库流域及沱江内江段、淮河淮 南段、黄河兰州段、渭河宝鸡段、辽河铁岭段进行了研究，对非点源污染的产生 过程有了较好的把握，为湖泊水库的水质规划和流域规划提供了有利依据。 白此，农业非点源污染负荷的经验统计模型迅速发展并得到了广泛应用，并 开始应用通用土壤流失方程( u s l e ) 对非点源污染危险区域进行识别。刘枫等 6 武汉理工大学硕士学位论文 人 1 8 1 应用u s l e 模型在天津于桥水库进行了流域非点源污染的量化识别方法研 究，发现流域地貌和植被是制约于桥水库流域农业非点源污染空间差异的两个关 键因素。蔡崇法和丁树文1 1 9 】应用u s l e 模型预溅了三峡水库的土壤侵蚀量，结果 表明侵蚀强烈的区域对土壤侵蚀量的贡献率更大。游松财和李文卿【2 u j 应用u s l e 模型，对江西省泰和县的土壤侵蚀量进行了计算。 此外，还有很多学者对非点源污染进行了研究。如王少平等忙l j 将流域试验、 g t s 技术与非点源污染模型三者相有机结合，探讨了苏州河流域的非点源污染负 荷及时空演变规律。陈西平等人【2 2 】通过对具有代表性的小区资料进行统计分析， 发现在降雨历时，降雨量，最大雨强三个参数中，降雨量与污染物输出量的相关 性最好。王晓燕等对密云水库不同土地利用类型韵农业非点源污染负荷量进行了 详细探讨【2 3 1 。 与此同时，我国在应用国外模型来研究国内非点源污染方面也取得了较大进 展，国内应用较多的模型主要是a g n p s 和s w a t 两种非点源污染模型。如赵谤9 、 张天柱等【2 4 】在g l s 技术的支持下，将a g n p s 模型应用于云南省捞鱼河小流域试 验区，并模拟评价了几种常用的土壤侵蚀控制措施的效果。黄金良，洪华生等1 2 5 i 在中国东南丘陵山区九龙江流域选取个土地利用方式不同的典型流域，借助 g i s 和相关资料确定模型参数，检验了连续分布式参数模型a n n a g n p s 模型的 适用性。结果显示，模型对地表径流量的模拟能力比对泥沙和营养盐的模拟要好， 对总磷和泥沙输出韵模拟结果具有较大的不确定性。胡远安、程声通等i z 6 j 结合非 点源模型s w a t 在芦溪小流域中的应用，对连续模拟非点源模型中水文模块的计 算结果进行讨论，并比较了该模型对长期径流量和短期径流量模拟的结果精确程 度。王中根，朱新军等【2 7 姒海河流域为研究背景，基于 s w a t 构建了海湄流域 分布式水文模型，并采用一系列水文气象资料对模型参数进行了优化，最后对模 拟结果进行了检验与分析。万超、张思聪【2 嚣】幂b 用s w a t 模型研究了潘家口水库 非点源污染负荷和产出的特征，并对不同水平年进行了非点源污染负荷的估算， 分析了施肥对非点源污染负荷的影响。杜鹏飞等【2 9 j 应甩a g n p s 模型，为北京