降雨事件下農(nóng)業(yè)面源污染控制工程降低營養(yǎng)鹽輸出的效果評價(jià)①

趙斌 吳獻(xiàn)花

(玉溪師范學(xué)院 玉溪高原湖泊生態(tài)環(huán)境研究中心,云南 玉溪 653100)

[生化·農(nóng)業(yè)]

降雨事件下農(nóng)業(yè)面源污染控制工程降低營養(yǎng)鹽輸出的效果評價(jià)①

趙斌 吳獻(xiàn)花②

(玉溪師范學(xué)院 玉溪高原湖泊生態(tài)環(huán)境研究中心,云南 玉溪 653100)

小流域;農(nóng)業(yè)面源污染;定量估算

采用降雨-徑流過程同步流量和濃度監(jiān)測方法,對柴河小流域農(nóng)業(yè)面源污染控制示范工程區(qū)進(jìn)行農(nóng)業(yè)面源污染控制效果初步評價(jià).通過降雨事件下河道水量、水質(zhì)的全過程分析計(jì)算,表明降雨-徑流過程同步流量和濃度監(jiān)測方法適用于區(qū)域面源污染負(fù)荷的定量估算.同時(shí),以2010年為基準(zhǔn)年,可計(jì)算出2011年柴河小流域農(nóng)業(yè)面源污染控制示范工程在降雨過程中對氮、磷污染物的削減率分別為49.60%、51.87%.

農(nóng)業(yè)面源污染具有隨機(jī)性、擴(kuò)散性、滯后性等特征,并且在空間上、時(shí)間上具有較大的不確定因素,同時(shí)農(nóng)業(yè)面源污染的形成由降雨徑流過程、土壤侵蝕過程以及污染物的遷移、轉(zhuǎn)化過程組成,因此定量估算農(nóng)業(yè)面源污染產(chǎn)生的污染負(fù)荷量難度較大.[1、2]

在本研究中,我們依托于國家水體污染控制與治理科技重大專項(xiàng)在滇池南岸柴河小流域6 km2典型農(nóng)業(yè)匯水區(qū)內(nèi)開展的農(nóng)業(yè)面源污染控制示范工程,通過2010年、2011年對三個(gè)斷面、5場降雨的全過程監(jiān)測,旨在了解柴河小流域農(nóng)業(yè)面源污染示范工程對匯水區(qū)降雨徑流產(chǎn)生的面源污染削減情況.

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)域概況

本研究選擇的區(qū)域位于昆明晉寧縣上蒜鄉(xiāng)段七村,屬于半山區(qū),距離鄉(xiāng)政府15 km,年平均氣溫14.60℃,年降水量872.6 mm.柴河小流域示范工程區(qū)柴河河道水質(zhì)監(jiān)測三個(gè)斷面分別為:示范工程區(qū)入口、示范工程區(qū)出口、科地村支流,監(jiān)測點(diǎn)見附圖.示范工程于2010年建成,2011年運(yùn)行.現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)表明,2010年示范工程區(qū)降雨量為589.7 mm,較歷年平均降雨量減少282.9 mm.2011年示范工程區(qū)降雨量為456.6 mm,較歷年平均降雨量減少416 mm,較2010年減少133.1 mm.

1.2 研究方法

采樣方法在本研究中,降雨過程每次取樣2.5 L,取樣時(shí)靜置10 min左右,去除粗砂顆粒,用以測定氮、磷、化學(xué)需氧量.本項(xiàng)目2010年共采集三場降雨,采樣日期分別為5月26～27日、7月22日、8月16～17日.2011年因降雨歷時(shí)極短,降雨強(qiáng)度較小,并分布極為不均勻,不能形成較大徑流,僅采集兩場降雨,采樣日期為7月18日和9月16日.

附圖 柴河小流域匯水區(qū)監(jiān)測點(diǎn)位圖

分析方法三個(gè)斷面監(jiān)測指標(biāo)為河道流量、CODCr、總磷、總氮和,斷面流量采用流速儀法,總CODCr采用重鉻酸鉀法,總磷采用過硫酸鉀消解-鉬銻抗分光光度法,總氮采用過硫酸鉀消解-紫外分光光度法[3].

計(jì)算方法降雨-徑流過程氮、磷、CODCr的排放負(fù)荷根據(jù)同步流量和濃度監(jiān)測值按下面公式進(jìn)行計(jì)算,公式如下:

式中:yi為第j種污染物的排放負(fù)荷(g);ct為t時(shí)刻徑流中第j種污染物的濃度(mg/L);ci為第j種污染物在樣本i監(jiān)測時(shí)的濃度(mg/L);qi為樣本i在監(jiān)測時(shí)的流量(m3/s);Δt為樣本i和i+1的時(shí)間間隔(s).

2 結(jié)果與分析

2010年采集到的三場暴雨和2011年采集到的兩場暴雨中產(chǎn)生的徑流量及TN、TP、COD負(fù)荷量匯總見表1、表2.其中2010年三場降雨中示范工程區(qū)6 km2匯水區(qū)產(chǎn)生的徑流量依次為7 844 m3、6 932 m3、13 939 m3;2011年兩場降雨示范工程區(qū)6 km2匯水區(qū)產(chǎn)生的徑流量依次為6 239 m3、8 889 m3.

表1 五場降雨6 km2匯水區(qū)產(chǎn)流量

續(xù)表1

表2 降雨事件中污染負(fù)荷量匯總表

2010年三場降雨與2010年兩場降雨事件中,示范工程區(qū)匯水區(qū)產(chǎn)流量和污染物負(fù)荷量匯總見表3.

表3 降雨事件6 km2匯水區(qū)產(chǎn)流量及產(chǎn)生的污染物負(fù)荷匯總

根據(jù)表3數(shù)據(jù),計(jì)算2010年6 km2示范工程匯水區(qū)三場降雨產(chǎn)生的污染物負(fù)荷量,其中氮96.15 kg、磷為12.59 kg;同樣計(jì)算出2011年6 km2示范工程匯水區(qū)兩場降雨污染物負(fù)荷量:氮為48.46 kg、磷為6.06 kg.根據(jù)面源污染控制效果監(jiān)測重點(diǎn)觀測每年頭三場降雨形成的徑流的要求,在不考慮2011年與2010年降雨量不同,降雨分布不同,所監(jiān)測的每場降雨量及降雨過程不同等因素,以2010年為基準(zhǔn)年可計(jì)算出2011年示范工程在降雨過程中對氮、磷污染物的削減率分別為49.60%、51.87%.由于2009年至2011年滇池流域連續(xù)干旱,而且一年比一年嚴(yán)重,實(shí)際2010年觀測到的形成明顯徑流輸出的降雨只有三場,2011年只有二場,所以反映出的評價(jià)效果可能不能完全體現(xiàn)正常年景的污染削減水平.

3 結(jié) 論

(1)通過降雨事件下河道水量、水質(zhì)的全過程分析計(jì)算,表明降雨-徑流過程同步流量和濃度監(jiān)測方法適用于區(qū)域面源污染負(fù)荷的定量估算.

(2)在不考慮2011年與2010年降雨量不同,降雨分布不同,所監(jiān)測的每場降雨量及降雨過程不同等因素,以2010年為基準(zhǔn)年可計(jì)算出2011年柴河小流域農(nóng)業(yè)面源污染控制示范工程在降雨過程中對氮、磷污染物的削減率分別為49.60%、51.87%.

[1]賀寶根,周乃晟,胡雪峰,等.農(nóng)田徑流污染模型探討——以上海郊區(qū)農(nóng)田氮素模型為例[J].長江流域資源與環(huán)境, 2001,10(2):159-165.

[2]年耀萍,涂璟,夏體淵,等.農(nóng)業(yè)面源污染控制研究綜述[J].西南林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào).2012,32(增刊):62-65.

[3]國家環(huán)保局《水和廢水監(jiān)測分析方法》編委會(huì).水和廢水監(jiān)測分析方法:第四版[M].北京:中國環(huán)境科學(xué)出版社, 2002.

Effect Evaluation of Reducing Nutritive Salt Discharge by the Control Project of Agricultural Diffused Pollution in the Case of Rainfall

ZHAO Bin WU Xianhua
(Yuxi Research Center for Eco-environmental Sciences on Plateau Lakes, Yuxi Normal University,Yuxi,Yunnan 653100,China)

the Chaihe Basin;agricultural non-point source pollution;quantitative estimation

The effect of the non-point agricultural source pollution control in the Chaihe basin was evaluated tentatively by the synchronized flow and concentration monitoring in rainfall and runoff processes.The calculation and analysis of the quantity and quality of river water shows that the method is suitable for the quantitative estimation of diffused pollution load.With the year of 2010 as a reference,the demonstration project of agricultural non-point source pollution control in the Chaihe basin decreased nitrogen,phosphorus pollutants in rainfall by 49.60%and 51.87%respectively in 2011.

X77

A

1009-9506(2014)04-0013-04

2013年11月9日

趙 斌,講師,碩士,研究方向:水環(huán)境生態(tài)修復(fù)技術(shù).

國家水體污染控制與治理科技重大專項(xiàng)滇池流域面源污染調(diào)查與系統(tǒng)控制研究及工程示范,編號:2009ZX07102-4.

②通信作者:吳獻(xiàn)花,教授,E-mail:xhw105@163.com.