（环境科学专业论文）平原海岛地区非点源污染负荷估算及水环境效应研究——以上海崇明岛为例.pdf

a b s t r a c t a b s t r a c t t h ea g r i c u l t u r ei n d u s t r i a l i z a t i o np a t t e r nh a sb e e nd e v e l o p e di nt h ec o a s t a lp l a i ni s l a n d , s i n c e i s o l a t e df r o mt h eo u t s i d ew o r df o ri n c o n v e n i e n tt r a n s p o r t a t i o n t h u s ，n o n - p o i n tp o n 砸0 nw i l lb ea l o n g - t e r mp r o b l e m c o n s i d e r i n gt h es c a l ew a t e rr e s o l l r c ei nc o a s t a lp l a i ni s l a n d , t h en o n - p o i n t p o l l u t a n t sd i s c h a r g es h o u l db es t r i c t l yc o n t r o l l e ds oa st om a i n t a i nw a t e rs a f e t y t h es t u d yo f n o n - p o i n tp o l l u t a n t sd i s c h a r g ea n dt h er e l e v a n te f f e c to nw a t e rq u a l i t yi sh e l p f u lt oi d e n t i f yt h e k e yn o n - p o i n tp o l l u t i o ns o u r c e sa n dp r e s e n tt h eo p t i m a lm e a s u r e st oc o n t r o ln o n - p o i n tp o l l u t i o n h o w e v e r , s u c hs t u d yi nc h i n ai sw e a k s oi t i su s e f u li nt h ep e r s p e c t i v e so fb o t ht h e o r ya n d p r a c t i c e f i r s t l y , r e l e t i v es t u d yw a sr e v i e w e do nn o n - p o i n tp o l l u t i o n t h et h e o r i e so fn o n - p o i n t p o l l u t i o nw e r ei n v e s t i g a t e df r o mt h ea s p e c t so fc o n c e p t , t y p e s ，i n f l u e n c ef a c t o r s ，a n ds oo n f u r t h e r m o r e ，t h em e t h o d st oe s t i m a t et h ee f f e c to fn o n - p o i n tp o l l u t a n t so nw a t e rq u a l i t yw e r e s u m m a r i z e do nt h eb a s i so ft h ed a t as u p p o r t , r u n o f fc o n f l u e n c ec o m p u t a t i o na n dt h es i m u l a t i o no f n o n - p o i n tp o l l u t a n t si nw a t e r c o u r s e s ， a c c o r d i n gt ot h ec h a r a c t e r i s t i c so fr u n o f fc o n f l u e n c ei nc o a s t a lp l a i ni s l a n d , t h em e t h o do f n o n - j ) o i n tp o l l u t a n t se s t i m a t i o ni nf i v e r , w h i c hw a si n t e g r a t e db yr u n o f fy i e l da n dc o n c e n t r a t i o n m o d e la n dn o n - p o i n tp o l l u t a n t se s t i m a t i o na n dd i s t r i b u t e i o ni n t or i v e r , w a sa d v a n c e db a s e do n s c sm o d e l , p l o a dm o d e la n dt r i a n g u l a rr u n o f fc o n f l u e n c e t h e n , t h ea b o v em e t h o dw a s i n t e g r a t e dw i t hr i v e rn e t w o r km o d e lw i t ha r t i f i c i a l l yc o n t r o l l e dh y d r a u l i cs t r u c t u r e st oa n a l y z e i n f l u e n c eo f n o n - p o i n tp o l l u t a n t st ow a t e rq u a l i t y c h o n g m i n gi s l a n di st h et h i r dl a r g e s ti s l a n di nc h i n aa n di sa l s ot h el a r g e s ta l l u v i a li s l a n di n t h ew o r l d b a s e do nt h ea e r or e m o t e s e n s i n gd a t a , t h ea g r i c u l t u r a ll a n dc o v e r s6 9 1p e r c e n to ft h e t o t a la r e a w i t hc h o n g m i n gi s l a n da st h es t u d yd o m a i n , t h eq u a n t i t a t i v ei n f l u e n c eo fn o n - p o i n t p o l l u t a n t so nr i v e rw a t e rq u a l i t yw a ss i m u l a t e d ；b a s e do ns c e n a r i oa n a l y s i s ，t h ep r e c i p i t a t i o n s e f f e c to nn o n - p o i n tp o l l u t a n t sa n dt h er i v e rw a t e rq u a l i t y , a n dt h ec o r r e s p o n d i n gn o n - p o i n t p o l l u t i o nc o n t r o lm e a s u r e s e f f e c tw e r ec a r e f u l l ya n a l y z e d t h es t u d yc o n c l u s i o n sw e r ec o n c l u d e d a sf o l l o w s ：t h er u n o f fv o l u m ea n dr u n o f fc o e f f i c i e n ti n c r e a s ew i t ht h er i s i n go fp r e c i p i t a t i o n v o l u m e ，a n dt h ee m p i r i c a lr e l a t i o n s h i pw a se s t a b l i s h e dt od e p i c tt h i sk i n do ft r e n d ；t h eu n i t p o l l u t a n tc o n c e n 俐o ni n c r e m e n ti n ，a t e r c o u r s cr i s e si nt h eb e g i n n i n gp e r i o da n dt h e nd e c r e a s e s d u et ot h ed i l u t i o no fr u n o f f ；t h em a i nc o n t r i b u t i o no fn o n - p o i n tp o l l u t a n t sa mf r o mt h e a g r i c u l t u r a ll a n d , n a t u r a lv i l l a g e sl a n da n da q u i c u l t u r a ll a n d , i na d d i t i o n , t h ea r e aw i t hd e n s e c o m m e r c i a ll a n da n dn e wv i l l a g e sa l s oc a u s es e r i o u sp o l l u t i o nt ow a t e r c o u r s e s ，a sar e s u l t , t h e p r i o rn o n - p o i n tp o l l u t i o nc o n t r o la r e aw a si d e n t i f i e d ；f o rt h en o n - p o i n tp o h 砸o nc o n t r o lm e a s u r e s ， t h ew a t e ra n ds o i lc o n s e r v a t i o no fa g r i c u l t u r a ll a n d , t h ed e c r e a s i n gi m p e r v i o u sl a n di nr e s i d e n t i a l a r e aa n dt h ei n c r e a s i n gt h ev e g e t a t i o nc o v e t i n gi no p e na r e aa r er a n k e df r o mh i g ht ol o w ；f i n a l l y , a b s t 融杞t t h eo p t i m i z e dw a t e rd i v e r s i o ns c h e m ew a sp r o b e d , i ti sb e h e v e dt h a tt h ew a t e rd i v e r s i o no ft h r e e d a y si n v o l v i n gp r e c i p i t a t i o np e r i o di s t h es u i t a b l et i m eo fd e b a t i n gn o n - p o i n tp o h u f i o ni n w a t e r c o u r s e so nc o n d i t i o no fs t o r m , a sar e s l l l tt h ed i a g r a mo fw a m rq u a l i t ya m e l i o r a t i o nw i t h w a t e rd i v e r s i o no fd i f f e r e n td a y sw a sd e p i c t e d w i t ha b o v ea n a l y s i s ，t h em a i nm e a s u r e st oc o n t r o l n o n - p o i n tp o l l u t i o ni nc o a s t a lp l a i n - i s l a n dw e r ep r e s e n t e d t h ec 鹊es t u d yp r o v e st h ee s t a b l i s h e dn o n - p o i n tp o l l u t i o nm o d e la n df i v e rn e t w o r km o d e li s a p p l i c a b l et on o n - p o i n tp o l l u t i o ns t u d yi nc o a s t a lp l a i ni s l a n d , w h i c hi sg r e a t l yh e l p 硒t oa d v a n c e n o n - p o i n tp o l l u t i o nc o n t r o lm e a s u r e s k e yw o r d s ：c o a s t a lp l a i ni s l a n d ；n o n - p o m tp o l l u t i o n ；p o l l u t a n _ t sl o a d ；w a t e rq u a l i t ym o d e l ； c h o n g n f i n gi s l a n d h i 图名目录 图名目录 图1 1 国内外非点源污染研究发展进程和趋势4 图l - 2 美国i l l i n o i sr i v e r 流域农业非点源研究中，流域模型h s p f ( 上) 一湖泊三维 水环境数学模型e f d c ( 下) 的耦合模式6 图1 - 3 论文技术路线8 图2 1 土地利用类型遥感影像解译1 2 图2 - 2 降雨径流形成过程示意图1 6 图2 - 3 流域汇流过程框图：16 图2 - 4 坡地汇流过程示意图1 7 图2 5 河网包围区域的原始数字等高模型( d e m ) 1 9 图2 - 6 基于最大距离落权差值的水流汇水方向1 9 图2 - 7 每一栅格单元上的累积汇水面积1 9 图2 8 多流向算法计算示意图2 0 图2 - 9a p i 水文模型框图2l 图2 1 0 新安江模型流程图2 2 图3 1 平原海岛地区产汇流特征2 9 图3 - 2 单位网格内径流量的空间分配3 3 图3 3 河网河道交汇示意图3 5 图3 - 4 闸门概化示意图3 8 图4 1 研究区域位置图4 2 图4 - 2 崇明土地利用类型图4 5 图4 3 单位网格降雨径流量4 7 图4 - 4 单位河长河道汇流量4 7 图4 5s e s 模型法和径流系数法计算所得的单位网格降雨径流量4 8 图4 - 62 0 0 5 崇明河道单位河长及单位网格非点源负荷情况5 0 图4 7 单位网格非点源负荷和非点源污染严重的河道( 前2 0 位) 5 l 图4 8 崇明河网概化及河网沿线水闸分布图5 3 图4 - 9 崇明点源分布图5 4 图4 1 0 现有水文监测站点示意图5 5 图4 1 1 水动力模型率定结果5 6 图4 - 1 2 水质模型率定结果 图4 - 1 3 大雨幕景下崇明非点源污染重点控制区域6 0 图4 - 1 4 暴雨幕景下崇明非点源污染重点控制区域：6 2 图4 - 1 5 大暴雨时崇明非点源污染重点控制区域6 3 v i 图名目录 图4 1 6 径流深、径流系数与降雨量的关系“ 图4 1 7 各幕景下的非点源污染负荷情况6 5 图4 - 1 8 各幕景下浓度增量变化情况6 5 图4 1 9 水资源调度措施的效果，。6 8 图4 2 0 不同调水天数下河道浓度增量情况6 8 v 表名目录 表名目录 表1 - 1 非点源污染排放的定量研究4 表2 一l 地表水环境非点源污染与点源污染的主要特征比较1 l 表2 - 2 基于水文响应研究的土地利用土地覆被分类系统1 3 表2 3s c s 土壤水文组划分标准1 4 表3 1 不同降雨量的幕景设定4 0 表4 1 实证研究的研究方法和数据来源4 l 表4 2 崇明不同水平年年均降水量，：4 2 表4 3 前期土壤湿度条件等级划分条件4 4 表4 - 4 崇明土地利用情况表4 5 表4 5 屺s 提供的c n 值换算表。4 6 表4 - 6 适合崇明岛的c n 值表( s c s 水文土壤组：c ) 4 6 表4 7 崇明河网沿线闸门分布说明5 3 表4 8 水动力模型率定结果分析5 7 表4 - 9 小雨时崇明非点源污染负荷及河道浓度增量5 8 表4 1 0 中雨时崇明非点源污染负荷及河道浓度增量5 9 表4 1 1 大雨时崇明非点源污染负荷及河道浓度增量5 9 表4 1 2 单位河长非点源输入最大的河道( 前2 0 位) ：6 0 表4 1 3 暴雨时崇明非点源污染负荷及污染浓度增量6 l 表4 1 4 非点源污染负荷输入量最大的河道( 前2 0 位) 6 l 表4 1 5 大暴雨时崇明非点源污染负荷及污染浓度增量6 2 表4 1 6 非点源污染负荷输入量最大的河道( 前2 0 位) 6 3 表4 1 7 水土保持措施对非点源控制的效果。6 6 表4 18 居住区不透水面积处理方式及c n 值变化情况。6 6 表4 1 9 降低居住区不透水面积队非点源控制的效果6 6 表4 2 0 绿地、草坪的植被覆盖率及c n 值变化情况6 7 表4 - 2 1 提高开放空间的植被覆盖率对非点源控制的效果6 7 表4 2 2 水资源调度模式及其效果6 7 表4 - 2 3 综合措施对非点源控制的效果6 9 v m 学位论文独创性声明 本人所呈交的学位论文是我在导师的指导下进行的研究2 - 作及取 得的研究成果。据我所知，除文中已经注明引用的内容外，本论文不包 含其他个人已经发表或撰写过的研究成果对本文的研究做出重要贡献 的个人和集体，均已在文中作了明确说明并表示谢意。 作者签名：宣主是蒸e t 期：竺生作者签名：) j 主叁丝 期：竺丝 学位论文授权使用声明 本人完全了解华东师范大学有关保留、使用学位论文的规定，学校 有权保留学位论文并向国家主管部门或其指定机构送交论文的电子版 和纸质版。有权将学位论文用于非赢利目的的少量复制并允许论文进入 学校图书馆被查阅有权将学位论文的内容编入有关数据库进行检索。 有权将学位论文的标题和摘要汇编出版。保密的学位论文在解密后适用 本规定。 学位论文作者签名： 日期： 拯炙蒸 伊工，名 导师鼢骷砻 日期：迎翌星： 辱束钎苑太学2 0 0 8 届硕士学位论文平原海岛地区非点源负荷估算及水环境效应研究一以上海崇明岛为饲 1概述 1 1 研究背景与意义 平原海岛地区多为河口冲积平原岛屿地区，长期以来，由于与外界相对隔离，形成了以 农业占主导的产业模式。近年来，虽然基础设施建设的加快使得平原海岛与外界距离拉近， 产业得到快速发展；但是随着生态建设理念的推动，这种以农业为主导的产业模式不会随着 产业的发展而得以削弱，而是得到维持和保护，因此对于平原海岛地区，农业非点源污染将 会是一个长期的问题。此外，平原海岛地区淡水资源匮乏，主要依靠从河口地区引水到岛内 河道中，满足生产和生活所需，因此对岛内河流水环境质量保护有着很高的要求，须严格控 制污染排放，研究非点源污染对河网水环境的影响有助于识别非点源污染的关键源区和非点 源污染控制优化措施，而我国目前这方面的研究还较为薄弱。有鉴于此，研究平原海岛地区 农业非点源污染排放对水环境质量影响具有重要的理论意义和实践指导意义。 非点源污染与降雨径流密切相关，研究非点源污染排放对水环境的影响必然涉及降雨产 流、坡地汇流和河网汇流问题。平原海岛地区处于流域下游，地势低平，无明显汇水区，河 道比降平坦，河网水流受到潮水和洪水双重作用，水动力条件复杂，河道没有固定流向，因 此平原海岛地区产汇流过程非常复杂。另一方面，因为平原地区产汇流规律的特殊性，实测 资料缺乏，计算结果难以直接检验。这些理论、技术上的困难使得平原海岛地区农业非点源 污染排放对水环境质量影响研究成为非点源污染研究中的难点。 上海市崇明岛是典型的平原海岛地区。崇明岛是我国的第三大岛，也是世界上最大的河 口冲积平原岛屿地区。根据航空遥感调查资料，崇明三岛土地利用中以农业用地为主，耕地 面积8 1 6 4 k i n 2 ，占总面积的6 9 1 ；岛内水域面积占1 3 1 1 。7 0 的农业用地和1 3 的水 域面积构成了生态岛建设的优势条件。根据崇明三岛总体规划( 2 0 0 5 - 2 0 2 0 ) 中的“控制 建设用地规模、留足生态空间”的指导原则，规划远期( 2 0 2 0 年) 崇明岛农用地占总面积 占7 2 1 ，水域占总面积1 0 4 ，这种生态农业、林溪间杂的生态环境特征会长期得到维持 和保护。在水环境保护方面，根据 崇明三岛总体规划( 2 0 0 5 - 2 0 2 0 ) ，近期( 2 0 1 0 年) 和 远期( 2 0 2 0 年) 崇明水系水环境质量应达到类水标准，水环境质量要求高。在这一背景 下，农业非点源污染排放对水环境的影响无疑成为关注的问题。 基于以上分析，以崇明岛为研究样区，探讨平原海岛地区农业非点源污染排放对水环境 质量影响有着重要的理论和现实意义。 1 2 非点源污染研究进展 1 。2 1 国外相关研究 人们对非点源污染的认识和警觉旱在2 0 世纪4 0 年代末就开始，地理科学工作者对于非 幸束铞箍太学2 0 0 8 届硕士学位论文平原海岛地区非点源负荷估算及水环境效应研究一一以上海崇明岛为例 点源污染的重要表现形式土壤侵蚀就已有所认识，并且作为化学地理研究的重要内容， 到2 0 世纪6 0 年代，非点源污染问题首先受到西方许多国家的重视，一些国际性组织开始着 手调查非点源引起的水质问题，但真正对非点源污染进行研究是从2 0 世纪7 0 年代开始的。 2 0 世纪7 0 年代初期是非点源污染研究起步阶段。侧重对非点源污染的调查和原因分析， 在理论和方法上均已取得长足进步，促进了水环境污染的控制与管理。初期主要是计算污染 负荷量，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进行初步 研究。 2 0 世纪7 0 年代中后期是非点源污染研究发展阶段。开始使用数学模型进行定量评价农 业污染水质现状，并对生产条件的改变对水质的影响程度进行预测，非点源污染研究有很大 发展，由相关因素分析和时空差异分析转向与非点源污染控制密切相关的主控因子( h e l t i n g ， 1 9 7 8 ) 和源区( 危险区域) 空间分析( c h e s t e r s ，1 9 7 8 ) 。对截留、填洼、下渗等降雨一径流 及污染物迁移转化研究( v e r h o f f , 1 9 7 8 ) 也有初步进展。7 0 年到后期提出了管理措施方面 最为典型的“最佳管理措施”( b e s tm a n g m e n tp r a c t i c e s ，b m p s ) 。 2 0 世纪8 0 年代是非点源污染研究深入阶段。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，在非点源污 染的负荷计算、控制措施效果评价、营养元素在土壤、地表的迁移规律研究和非点源的管理、 政策制定方面提出了一些非点源污染扩散与负荷的模型，如著名的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 ) ( k n i s e l ，1 9 8 2 ) 、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 ) ( y o u n g ，1 9 8 9 ) 、农田尺度的水侵蚀预测预报模型( w e p p ) ( l a n e ，l j 1 9 8 9 ) 、流域非点源污染模拟模型( a n s w e r s ) ( b e a s l e y ，1 9 8 2 ) 。非点源污 染模型在建立新的应用型模型的基础上，重点加强了3 s ( r s 、g p s 、g i s ) 在非点源污染定 量负荷计算、管理和规划中的应用研究。以陆地卫星数据库( j a c k s o n ，1 9 8 1 ) 、航空摄影 ( t h o m a s ，1 9 8 6 ) 、g i s ( s p o o n e r ，1 9 8 8 ) 和陆地资源信息系统( l o g a n ，1 9 8 2 ) 为代表的 3 s 技术与非点源污染模型结合广泛用于非点源污染预测、管理措施改变对农业非点源污染 的影响评价。这一时期g i s 研究与应用的突出成果是专业g i s 软件开发并用于潜在非点源 污染的三维图形输出( g i l l i l a n d ，1 9 8 7 ) 。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。 2 0 世纪9 0 年代以来，非点源污染研究更加活跃。非点源污染的研究注重新技术应用、 研究范围的扩展。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( v a n e k ，1 9 9 1 ) 也被列为地表水源的重要非点源。美国水土保持局在对过去非点源污 染模型十多年的应用经验进行总结( d a n i e l ，1 9 9 3 ) 的基础上对几大模型的预测能力进行了 客观的评价。城市地表径流大肠杆菌数学模型( a u e r ，1 9 9 3 ) 、杀虫剂模型( o b r a d o r ，1 9 9 3 ) 、 融雪径流侵蚀指数( h a y h o e ，1 9 9 5 ) 等相继建立。与非点源污染负荷估算相关的流域开发、 非点源污染管理模型和非点源污染风险评价( l o w a n e e ，1 9 9 5 ) 成为本时期应用模型研究的 2 擎束郾苑天謦2 0 0 8 届硕士学位论文平原海岛地区非点源负荷估算及水环境效应研究一一以上海崇明岛为例 最新突破点。g r a s s g i s 、a r c i n f o 与w e e p 、a g n p s 、u s l e 结合进一步用于非点源污 染危险区域识别( l i n e ，1 9 9 2 ) 、显示多种非点源污染输出结果、绘制水源防护区范围( x i a n g ， 1 9 9 3 ) 和设计地表水监测网等众多方面。计算机软件的开发混合专家系统( r e c k n a g e l ， 1 9 9 4 ) 、多语种非点源污染模型软件( y o d c r ，1 9 9 5 ) 的出现为非点源污染的研究、削减和控 制提供了前所未有的方便。 1 2 2 国内相关研究 从保护环境的角度研究地表径流的历史在我国并不长，仅是7 0 年代末以来的事。但是， 土壤肥力径流损失的研究却有较长的历史。2 0 世纪6 0 年代，伴随化学地理学的发展，我国 开展了化学侵蚀与化学径流的研究，主要分析与河流、湖泊等水体矿化度有关的盐类( 刘培 桐等，1 9 6 2 ，1 9 6 4 ，1 9 6 5 ) 。这些研究的特点与今天的非点源污染研究有许多相似之处，可 以认为是我国水环境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从2 0 世纪8 0 年代开展的我国湖泊富营养化调查研究 开始。之后，在北京、广州、沈阳、上海、杭州、苏州、南京等城市开展了非点源污染研究 ( 夏青，1 9 8 2 ) 。其中，北京城市径流污染研究为具有代表性，主要从径流量与污染负荷的 相关性( 吴林祖，1 9 8 7 ) 、利用单位线推求洪水汇流过程线( 温灼和等，1 9 8 6 ) 、地表物质累 积规律( 夏青，1 9 8 2 ) 三个方面开展研究，所涉及的研究领域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探讨。当时主要研究方法有：类型源实验法、 径流实验场法、受纳水体水质监测法、通用模型计算法等。利用元素示踪技术遥感、人工降 雨模拟、地理信息系统等技术在非点源污染宏观控制方面的研究正在受到重视。 2 0 世纪9 0 年代以来，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型继续在农业非点源污染研究中占重要席位。分雨强计算城 区径流污染负荷( 施为光，1 9 9 3 ) 为城市径流污染负荷定量计算提供了新方法。将农业、城 市非点源污染负荷模型与3 s 技术结合( 陈西平，1 9 9 3 ) 成为农业、城市非点源污染研究的 新生长点。另外，在油田开发区石油污染( 黛运实，1 9 9 3 ) 、生物污染、大气沉降( 周国梅 等，1 9 9 6 ) 等方面开展了一些工作，提出了针对我国的非点源污染控制与管理措施。 1 2 3 存在问题与展望 国外非点源污染研究已从一开始的起源、机理等纯理论研究发展到现在以非点源污染控 制为主要目的的应用性研究，相对而言，我国非点源污染研究起步较晚，尽管近几年发展较 快，尤其在对非点源污染宏观特征把握、经验统计负荷估算模型应用方面已有较多的尝试； 但是目前的研究成果还不足以为非点源污染治理决策的制订提供有效的理论依据和操作性 的指导意见。 我国在进一步完善非点源污染理论研究的基础上，今后将侧重于非点源污染控制的相关 研究。模拟非点源污染在河道中的定量分配，并与水质模型对接，分析非点源污染对水质的 影响程度，识别非点源污染控制关键源区及非点源控制优化措施是我国非点源污染研究的新 3 幸囊茚篦天謦2 0 0 8 届硕士学位论文平原海岛地区非点源负荷倍算及水环境效应研究一一以上海崇明岛为例 生长点。 卜为獭期_ 一嚣紧十蒜誊十发莓势一 田 外 国 内 发展阶段： 侧重对非点源污染 的调查和原因分析 开始定量评价农业 污染对水质的影响， 对降雨一径流及污 染物迁移转化研究 也有初步涉及 深入阶段： 污染负荷计算、 控制措施效果评 价、营养元素迁 移规律的模型化 研究得到发展， 控制政策措施日 益成熟 起步阶段； 研究农业非点源和 城区径流污染的宏 观特征，对污染负 荷定量计算模型有 初步涉及，人工降 雨模拟、g i s 开始 得到重视 更加活跃： 注重新技术应用、研 究范围的扩展与非 点源污染负荷估算相 关的流域开发、非点 源污染风险评价成为 本时期应用模型研究 的最新突破点。 发展阶段： 非点源污染宏观 特征、影响因素研 究和经验统计模 型为主要研究内 容，机理模型和控 制管理措旌开始 图1 - 1 国内外非点源污染研究发展进程和趋势 国外对非点源污染排放造成的水质影响或者说农业面源对水质贡献率的研究已较为普 遍，但我国目前这方面的定量的研究仍然比较缺乏，而关于农业非点源污染负荷排放的定量 研究结论相对较多( 表1 1 ) 。 表1 - 1 非点源污染排放的定量研究 地区情况参考文献 ( k r o n v a n g ， 丹麦9 4 的氮负荷、5 2 的磷负荷由非点源污染引起 1 9 9 6 ) 农业非点源提供的总氮、总磷分别占水环境污染的 荷兰( b o e r s ，1 9 9 6 ) 6 0 x 阳4 0 0 p 5 0 。 国 2 0 世纪7 0 年代非点源污染对美国水体污染的贡献为： ( l e esi ， 总悬浮固体的9 2 ，总氮的7 9 ，总磷的5 3 ，大肠 外 美国 1 9 7 9 ) ( m a r t h a 杆菌的9 8 ；2 0 世纪8 0 年代的数据为总悬浮固体的 w g ，1 9 8 7 ) 9 8 ，总氮的5 8 ，总磷的8 7 ，b o d 的5 7 。 即使点源污染得到全面控制以后，江河的水质达标率 ( 鲍全盛等， 美国、1 3 本仅为6 5 ，湖泊的水质达标率为4 2 ，海域水质达标 1 9 9 6 ) 率为7 8 北京密云水库、天津 于桥水库、安徽巢 非点源污染比例超过点源污染 ( 鲍全盛等， 湖、云南洱海、上海 1 9 9 5 ，1 9 9 6 ) 国 淀山湖等水域 内 非点源污染负荷平均占2 3 8 4 ( 工业污染源占 ( 郝芳华， 江苏省 3 0 1 l ，生活污染源占3 9 7 9 )2 0 0 6 ) 来自非点源污染总氮占5 7 ，总磷占5 8 ，悬浮固体( 郝芳华， 云南滇池 占9 4 ，c o d 占1 6 2 0 0 6 ) 造成这一问题的主要原因是非点源污染模式与地表水环境数学模型之间缺乏有效的集 成模式，在流域非点源污染负荷计算模式中，没有嵌入一个精确模拟污染物在地表水中迁移 4 聋囊卸鬣天学2 0 0 8 届硕士学位论文平原海岛地区非点源负荷倍算及水环境效应研究一一以上海崇明岛为例 转化的地表水模型。 国外已有的若干研究可以给我们提供范例。如美国弗吉尼亚海洋学院在针对美国i l l i n o i s r i v e r 领域的研究中。就采用了流域模型h s p f 一湖泊三维水环境数学模型e f d c 的耦合模 式，精确地预测了流域农业非点源污染排放对下游湖泊水质的影响( 见图1 2 ) 。 总之，建立有效的非点源污染在河道中的分配模式，并建立流域区域非点源污染负荷 模型一地表水环境数学模型的耦合模式，分析非点源污染对水质的影响程度，是国内今后在 非点源污染研究中需要深入探讨的问题。 5 l q 2 0 0 8 届碗士学位论文 十雁海自地e # 4 女荷# 算应十g 址# 应轩r 一一d 海崇自* * 围i - 2 美国i l l i n o i s r i v e r 流域农业非点源研究中，泣域模型h s p f ( 上) 一湖泊三维水环境数 学模型e f d c ( 下) 的藕台模式 拳囊铞花天擘2 0 0 8 届硕士学位论文平原海岛地区非点源负荷信算及永环境效应研究一一以上海崇明岛为例 1 3 论文主要工作 1 3 1 论文研究内容 基于以上分析，本论文的研究工作是： 1 总结非点源污染的研究理论、概念和研究方法。 2 分析平原海岛地区特征和产汇流规律，构建适合平原海岛地区的降雨径流计算方法 和非点源污染在周边河道的分配方式，建立非点源污染估算模型与水质模型的集成模式。 3 以上海崇明岛为例，运用论文提出的平原海岛地区非点源污染研究方法，定量研究 降雨量对非点源污染负荷的影响及由此造成的河道水质变化，提出崇明岛非点源污染调控与 管理方法。 1 3 2 论文技术路线 7 摹柬邱耗天謦2 0 0 8 届硕士学位论文平原海岛地区非点源负荷估算及水环境效应研究一一以上海崇明岛为例 图1 - 3 论文技术路线 8 年囊卸踅天琴2 0 0 8 届硕士学位论文平原海岛地区非点源负荷估算及水环境效应研究一一以上海崇明岛为例 2非点源污染对水质影晌研究的理论与方法 总体上，国内外有关非点源污染排放以及对水环境质量的影响研究，涉及到非点源污染 基础数据分析、径流量计算及在河道中的分配、非点源污染负荷计算及在河道中的分配三个 方面。 2 1 非点源污染的概念和特征 2 1 1非点源污染的概念及类型 2 1 1 1 非点源污染的概念演变 传统上，按污染的发生类型，将水环境污染源分为点源( p o i n ts o u r c e ) 和非点源( n o n - p o i n t s o u r c e ，简记为n p s ) 。 关于非点源的定义，有多种提法。传统上，在许多国家，所有类型的农业活动和土地利 用，包括牲畜养殖，均被视为非点源，即向环境中排放不连续的扩散过程，而且不能由一般 的污水处理方法获得水质改善的排放源；它是由于降雨、地表径流、渗透、排水、渗流、水 文特性改变或大气沉降产生的。在较大范围内，大气、地面和土壤中的污染物通过地表径流 进入地表水和地下水，并在水体中大量富集从而导致水环境污染( n o v o t n ye ta l ，1 9 8 7 ) 。也 可以简单定义为晴天积累、雨天排放的不固定排放源( 金相灿，2 0 0 1 ) 。 美国联邦水污染控制法( 修正案) ( t h ew a t e r p o l l u t i o nc o n t r o l a c t a m e n d m e n t s ) ( 1 9 7 2 ) 对非点源做了如下解释：非点源是一种分散的污染源，其污染物的构成来自一个大范围或者 大面积( n o v o t n ye ta l ，1 9 8 7 ) 。故早期一些中文文献称非点源为“面源”。实质上非点源包 括线源和面源，而用“面源污染”一词概括并不完整。 美国清洁水法( c l e a nw a t a ra c t ，简称c w a ，1 9 8 7 ) 的第5 0 2 ( 1 4 ) 条款中对点源 进行了明确的规定，即任何可识别的、封闭的和不连续的输送途径，包括管道、沟渠、集中 养殖场、船只等，不包括农业暴雨径流及农业灌溉回水。并认为，不符合以上点源定义的污 染源，便是非点源( n o v o t n y e ta 1 ，1 9 9 4 ) 。这是目前国际较为公认的说法。 梯田果园 坡地果园。施肥方 1 0 年囊饰耗太学2 0 0 8 届硕士学位论文平原海岛地区非点源负荷估算及水环境效应研究一一以上海崇明岛为例 式、种类及数量，农药使用频率、时间和剂型，农业废弃物利用和堆放方式，耕作方式等农 事活动可以通过水文系统影响非点源污染( 许书军等，2 0 0 4 ) 。 ( 4 ) 地形地貌、土壤植被 地形地貌和土壤植被主要通过降雨和地表径流影响非点源污染。地形有坡长和坡度两方 面因素，水土流失随坡度增加而增大( 关君蔚，1 9 9 6 ) 。植被对降水有截留作用，通过改变 降水性质和土壤表层结构，缓和雨水对土壤冲击力，并具有林 灌 草的规律( 韦红波等， 2 0 0 2 ) ，有效减少径流中悬浮物质含量。 ( 5 ) 气候、水文特征 水土流失和地表径流是非点源污染产生的主要条件。所有气候因素都对水土流失有相应 影响，其中降水最为重要，降雨量的大小及时空分布对地表径流影响很大，降雨强度对水土 流失起到决定性作用( 傅涛等，2 0 0 2 ) 。 ( 6 )