珠海市非点源污染负荷研究方法初探.doc

万洪富等：珠海市非点源污染负荷研究方法初探 403珠海市非点源污染负荷研究方法初探万洪富，王继增，卓慕宁，吴志峰，李芳柏广东省生态环境与土壤研究所，广东 广州 510650摘要：就珠海市现存的水环境问题立项研究非点源污染。简要介绍本研究的总体方案，探讨城区地表径流污染、农业地表径流污染、畜禽养殖业污染和大气湿沉降污染的研究方法。针对珠海非点源污染现状，提出非点源污染负荷的削减方法以及调控对策。可为本区域的水环境治理提供科学依据，并可资全国其他地区开展类似研究借鉴。关键词：珠海；非点源污染；污染负荷；研究方法；调控对策中图分类号：X508 文献标识码：A 文章编号：1008-181X（2002）04-0401-04珠海市对点源污染的治理与控制已达到一定水平，但水环境污染问题依然存在，主要表现在：（1）境内河流、水库水质下降，前山河近6年水质超标项目从1990年以前的2项增加到10项，占监测项目的52.6%，其中溶解氧、总氮、总磷等超标严重1；（2）近岸海域水体富营养化加速，导致赤潮发生，1998年珠江口包括珠海市海域在内发生了十几年一遇的特大赤潮。这些问题的症结就在于非点源污染。近年来，珠海市城市化建设高速进行，大规模的土地利用与开发、化肥与农药用量的增加、规模养殖业的发展、生活垃圾的增加等，这些非点污染源严重威胁水体质量。开展珠海非点源污染负荷研究，是控制日益严重的非点源污染的迫切需要，可为珠海市水环境规划、评价与管理提供重要的科学依据，对全国其他地区，特别是经济发达而环境问题较突出的珠江三角洲地区亦有重要的参考价值。1 研究区域特征1.1 研究区域特征珠海市位于广东省东南部、珠江口西岸，东与深圳、香港隔海相望，南与澳门陆路相通，西、北与珠江三角洲的市邑接壤。全市总面积7640 km2，其中陆地面积1640 km2。地势低平，地貌以三角洲平原与丘陵相间为主，其次为低山、台地，还有众多的岛屿，水域占全市总面积的22.51%，其中大小河道120多条，水库、坑塘众多，构成纵横交错的水网。受南亚热带季风控制，雨量充沛且集中，多年平均降雨量17002200 mm，是广东省多雨地区之一。地表水直接来自降雨，陆地集雨区多年平均降雨总量为30.43亿m3，多年平均径流量为17.96亿m3。地质上具有花岗岩节理丰富、易风化及其结构松散的特性，原生植被类型几乎消失，代之于人工次生的马尾松岗松芒箕稀树草坡群落。独特的气候与地质条件为本区非点源污染的发生提供了强大的动力与物质基础。1.2 分区选点方法珠海市非点源污染主要有城市地表径流污染、农业地表径流污染、畜禽养殖污染和大气湿沉降污染等类型。由于珠海是一个开放性区域，东为珠江口，南濒南海，境内还有三大出海口，市域集水区地表径流并非像闭合流域那样有一个总的排水口，因而不能用河流出水口水量来反推降雨产流量。因此，将研究区域划分为不同的非点源污染发生类型区。根据珠海的自然环境特点，全市分为市区、西区和东区三大地域单元。由于东区大部分为海岛，不列入本研究范围。市区主要包括香洲、前山、吉大和拱北等区镇，是城市建成区的主体，下垫面主要为密集的建筑群和四通八达的交通网络，地表大部分为不透水面，排洪渠以及地下排水管网全部为雨污分流制。因此，城市地表径流污染主要在市区选点监测。西区大部分属斗门区，土地利用以农业用地为主，分布有大面积的林地、园地和耕地等，区内有完全闭合的典型小流域，因此，主要在西区选点监测农业径流污染。规模化畜禽养殖场主要分布在金鼎、六乡等镇，重点调查这些乡镇畜禽养殖污染状况。大气湿沉降污染在市区和西区选点监测。2 非点源污染负荷研究总体设计方案按照“现状调查与监测（野外调查、水质水量同步监测、遥感图像解译判读）分析、模拟与建模污染负荷估算与水质评价污染控制区划污染削减与调控”的技术路线（见图1），在区域宏观调查的基础上，根据土地利用状况将研究区域划分为不同的非点源污染发生类型区，然后在每个源类型区内设置径流试验场，进行水质水量同步观测，建立相应的降雨径流、径流水质模型。同时应用模拟技术、GIS技术和遥感技术研究非点源污染的发生规律，建立非点源污染数学模型中的各个子模型，最后与珠海市非点源污染负荷模型和水文模型相衔接，计算珠海市主要非点源污染物的产生量。在污染负荷估算与水质评价的基础上，确定优先控制区，对重点污染源类型采取有针对性的削减与控制措施。3 非点源污染负荷研究方法3.1 农业地表径流污染负荷研究方法3.1.1 主要农业用地类型的遥感调查土地利用调查非点源污染调查畜禽养殖污染非径流污染农田地表径流城市地表径流林地果园蔬菜地甘蔗地水田工业区居民区商业区交通区降雨径流场遥感技术GIS技术水文模型对河流、水库水质的影响评价不同土地利用类型非点源污染负荷与总负荷非点源污染控制区划珠海非点源污染削减方法及调控措施图1 研究总体技术路线示意图珠海市农业地表径流污染主要来自水田、甘蔗地、蔬菜地、旱地、果园和林地等农用土地类型。收集有关遥感数据与统计资料，利用遥感技术对研究区域作土地利用的源类型划分，调查各种土地利用类型的分布，统计各类用地面积，作为径流小区设置的依据和估算污染负荷的参数。3.1.2 小流域径流试验选择典型的闭合小流域监测农业地表径流污染。流域内为农业集约经营区，包括上述各种农业用地类型，并有一个总排水口。在流域出口设置径流监测断面，在降雨期间进行水质水量同步监测。水文监测项目包括降雨量、水位、流量等；水质监测项目为SS、T-N、NH4+-N、NO3N、T-P、S-P、COD和 BOD5等。在降雨产流时即开始采样，采样间隔5 min，当降雨历时较长时，采样间隔可适当增加为10 min或30 min，每场降雨采集降雨全过程水样；同时，监测水文项目。另在水田、甘蔗地、蔬菜地、旱地、果园和林地等不同土地利用类型分别设置径流小区，划定各自的边界，确定汇水面积，并进行水质水量监测。3.1.3 水样分析方法按照国家环保局的标准2，T-N用过硫酸钾氧化紫外分光光度法，T-P用过硫酸钾消解钼锑抗分光光度法，NH4+-N用纳氏试剂光度法，NO3-N用酚二磺酸光度法，可溶磷用钼锑抗分光光度法，COD用重铬酸钾法，BOD5用碘量法（叠氮化钠修正法）。3.1.4 污染负荷估算采用GIS技术结合相关模型进行估算，并以小区污染负荷反推模型参数的方法，建立较大区域的非点源污染估算模型。小流域污染负荷包括土壤流失量、固态污染物负荷和溶解态污染物负荷。土壤流失量引用美国通用土壤流失方程（USLE）、结合GIS技术计算。通过土壤流失量、流域输沙率等参数建立固态污染物估算模型，计算随土壤流失的固态污染物总量。利用小流域水质水量同步监测数据，运用回归分析法建立降雨径流、径流水质相关方程，通过水质水量相关方程模拟计算，建立溶解态污染负荷经验统计模型，计算流域地表径流污染物总量。根据小流域污染负荷估算，用多年平均降雨量、径流系数推算各种农业土地利用类型的非点源污染流失强度，结合各种农业用地类型面积，即可估算珠海农业非点源污染负荷总量。3.2 城区地表径流污染负荷研究方法3.2.1城区下垫面类型划分与面积计算综合应用统计资料与遥感数据，将珠海市城区下垫面划分为七种类型，即居民区、商业区、工业区、城区绿地、交通道路、水域、城区空旷地和建设开发用地，分别统计各类型下垫面面积，作为污染负荷估算模型的参数。3.2.2集水区水质水量监测城区地表径流污染物来自降水、地表和下水道系统。根据珠海市城区功能组团的分布和定位，按照城区地下排水系统闭合的原则以及城区排水渠（管网）的分布，将市区分为三大集水区，即香洲集水区、吉大集水区和拱北集水区。在三大集水区出水（海）口分别设置监测断面，在雨季期间进行水质水量同步监测，监测方法、项目和水样分析方法同上。3.2.3污染负荷估算首先计算降雨径流量。引用SCS模型对城区降雨径流过程进行模拟计算。按照模型给出的条件，将珠海现有土壤分类进行相应的分类归并，并假定土壤含水为平均状态，参照SCS模型提供的CN值查算表，计算出珠海城区7种下垫面类型的CN值。统计研究年全年大于标准降雨量（12.7 mm）的场次及其总降雨量（在33年中的出现频率为91.9%），并根据遥感计算得出的面积参数，推算各类型下垫面的年径流量。然后由水质水量同步监测数据，计算污染物的平均浓度值，通过年径流量值和污染物平均浓度值估算珠海城区地表径流污染负荷总量。3.3 畜禽养殖污染负荷研究方法调查规模化养殖场与农户分散养殖的畜禽（生猪、蛋禽、肉禽和牛等）量，参照上海市环境保护局推荐的估算系数，确定畜禽污染物的日排泄系数，并按畜禽的生长周期（生猪180 d，蛋禽540 d，肉禽50 d，牛360 d）推算畜禽污染物的年排泄系数，根据以上数据估算畜禽养殖非点源污染负荷。3.4 大气湿沉降污染负荷研究方法在珠海市区和西区分别设点监测雨水中的污染物浓度（监测项目与分析方法同上），并监测统计全年的降雨量；根据遥感资料统计珠海城区、各镇镇区以及水域的面积。通过以上各参数估算大气湿沉降污染负荷量。4 非点源污染负荷削减方法及调控对策4.1 非点源污染负荷削减方法目前，削减非点源污染负荷的方法应用最多的是最佳管理措施（BMPs）。农业非点源污染负荷削减方法：可利用珠海现有的众多水塘来减缓暴雨径流，并使污染物在水塘中沉降富集，达到截留污染物的目的；在农田和水体之间建立草地或林地，吸收或截留农田径流中的污染物，降低进入水体的N、P等含量；利用河（海）岸湿地（如红树林湿地）作为农业用地与河流之间的缓冲区，可有效降低进入河（海）的泥沙、农药及N、P等。城市非点源污染负荷的削减方法有：建立暴雨管理系统，如贮洪池与污水处理厂联合系统等，对城市地表径流进行质与量的控制3；设置暴雨蓄积池和沉积塘降低城区地表径流，已有的研究表明，沉积塘可捕获来自地表径流污染物中的总悬浮颗粒物约87%；在暴雨蓄积池中的缓冲装置能有效缩短污水的循环时间，提高蓄积塘的污水停留容量，提高污染物去除率；全民植树种草，增加城市绿地，减少城区不透水地面，以减缓地表径流。4.2 非点源污染负荷调控对策4.2.1 加强立法与监督管理制定相关的法律法规、强化监督管理，是控制非点源污染的重要保障。目前珠海市针对点源污染制定了多项环境保护政策与法规，为控制非点源污染，还必须制定适合本市实际、具可操作性的相关政策与法规，并在此基础上，针对本市非点源污染类型，制定有关城市环境卫生管理法、开发建设项目水土保持规定、控制农药化肥施用量的政策法规及其施用技术规范、防治畜禽粪便污染的法律文件以及禁磷、限磷法规等配套的专项地方法规文件或技术措施。4.2.2合理施用化肥农药，发展生态农业农业生产中尽量实施配方施肥或平衡施肥，增施有机肥、适当减施化肥是控制农田径流污染最直接而有效的方法。对目前仍在使用的高毒农药及水溶性农药，采取措施控制其用量，开发高效、低毒、低残留的化学农药和生物农药，推广病虫与草的综合生物防治。加强生态农业建设，推广科学的农田管理方式，如采用免耕-少耕法，利用不同农作物对营养吸收的互补性而采取的间作套种措施等，以控制农田地表径流污染和土壤流失。4.2.3 加强城市环境卫生与绿化加强城区环境卫生工作，如扩大对城区街面的清扫范围，提高清扫质量，禁止乱扔废物和随地倒垃圾等，以减少城市街面地表垃圾的数量，从污染源上控制城区非点源污染的产生。重视公共绿地和防护绿地的建设，广泛植树种草，搞好城市绿化，利用植被来减少降雨对地表的冲刷作用，并减缓地面径流的产生。推荐使用人工透水地面，如用嵌草砖等铺设地面，减少城区不透水地面的比例。4.2.4 合理规划畜禽养殖场，并实施科学管理对畜禽养殖场合理规划布局，控制适度规模，城乡结合部、近郊和水源保护区的饲养规模，最好逐年减少；远郊和远离水源的地方可适当扩大饲养规模。培育优良品种、科学配料，应用高新技术改变饲料品质及物理形态等，提高饲料利用率，降低畜禽排泄物中N的含量及恶臭味。综合处理利用畜禽粪便，通过科学处理和加工，转化为生产和生活资料。发展生态型畜禽养殖业，促进生态环境良性循环。4.2.5 控制各种烟尘和废气，推广清洁生产加强工业大气污染防治，进一步优化市区的工业布局，大力推广清洁生产，控制重点工业污染源，如采用集中供热或热电联供工程控制工业小区污染源，推广使用高效除尘器、燃油锅炉等，减少分散性污染源的烟尘排放。控制机动车尾气排放，加强对机动车排气的监督管理，将机动车尾气排放列为年检项目，推广使用无铅汽油等。参考文献：1 珠海市环境保护局. 珠海市环境保护志R. 广州：广东人民出版社，1998.2 国家环境保护局. 水和废水监测分析方法M. 北京：中国环境科学出版社，1998.3 方红远，陈志春. 城市降雨径流负荷计算的统计分析方法J. 环境科学与技术，2002, 25(1): 13-14, 8.Research approach of the non-point source pollution loads in ZhuhaiWAN Hong-fu, WANG Ji-zeng, Zhuo Mu-ning, WU Zhi-feng, LI Fang-bai,Guangdong Institute of Eco-environment and Soil Sciences, Guangzhou 510650, ChinaAbstract: A project has been set up to study the non-point