西山島小流域農(nóng)業(yè)非點源污染負荷估算與控制

胡承婷 李建華

摘 要 為研究蘇州市西山島農(nóng)業(yè)非點源污染現(xiàn)狀，運用優(yōu)化后的輸出系數(shù)法模型，對西山島金庭鎮(zhèn)2018年的非點源污染進行估算。非點源污染COD、總氮、總磷的年輸出總量分別為91.65 t、20.14 t、4.66t。日常污水和果茶園是COD的主要污染源，生活垃圾和果茶園是總氮的主要污染源;總磷的主要污染物來源是生活垃圾和果茶園。并且根據(jù)污染負荷輸出量的分析，對于研究區(qū)的非點源污染控制要集中在對生活污水、生活垃圾和果茶園污染3個方面，提出了相應措施和控制方法。

關鍵詞 非點源污染;輸出系數(shù)法;污染負荷估算;西山島

中圖分類號：X52 文獻標志碼：B DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2018.32.083

面源污染，又稱非點源污染（Non-point source pollution，NSP），是指污染物在降水或徑流的沖刷作用下，隨徑流匯入湖泊河流等水體而引起的污染問題，根據(jù)發(fā)生區(qū)域和發(fā)生過程的不同，分為農(nóng)業(yè)面源污染和城市面源污染，而農(nóng)業(yè)污染源占主導[1]。與點源污染相比，非點源污染具有污染發(fā)生時間的隨機性、發(fā)生方式的間歇性、機理過程的復雜性、排放途徑及排放量的不確定性、污染負荷的時空變異性、監(jiān)測模擬與控制的困難性等特點[2]。運用輸出系數(shù)法估算非點源污染，在國內(nèi)外已有許多研究[3-4]。利用相對容易得到的土地利用情況等資料，避開了對發(fā)生機理的過程研究，所需參數(shù)較少，操作簡便可行?；诖耍瑢μK州市西山島的總氮（TN）、總磷（TP）和COD的污染負荷進行分析，并提出了針對性治理措施和控制方法。

1 研究區(qū)與研究方法

1.1 研究區(qū)域概況

蘇州市金庭鎮(zhèn)是我國淡水湖泊中最大的島嶼。管轄秉場村、石公村、庭山村等12個行政村。金庭鎮(zhèn)總人口43 667人，陸域面積82.36 km2。主島西山島，陸地面積79.8 km2，南北寬11 km，東西長15 km，湖岸線逶迤曲折，長達50 km。金庭屬北亞熱帶濕潤性季風氣候類型，四季分明、溫暖濕潤、降水豐沛、日照充足和無霜期較長。年平均溫度在16 ℃左右，降水一般集中在4—9月，年降水量在1 000～1 500 mm。經(jīng)濟以農(nóng)業(yè)為主，耕地633.3 hm2，園地1 929.9 hm2，林地1 566.87 hm2。太湖流域對于金庭鎮(zhèn)的經(jīng)濟發(fā)展有不可缺少的作用。

1.2 研究方法

1.2.1 輸出系數(shù)法

輸出系數(shù)法是利用半分布式途徑計算流域年均污染負荷量的數(shù)學模型，最早是20世紀70年代美國和加拿大在研究土地利用-營養(yǎng)負荷-湖泊富營養(yǎng)化關系的過程中提出的，也稱為單位面積負荷法。Johnes等[3]針對早期輸出系數(shù)模型的不足，進行了改進和優(yōu)化。他們對種植作物不同的耕地采用了不同的輸出系數(shù);對不同畜禽養(yǎng)殖根據(jù)其數(shù)量和分布采用了不同的輸出系數(shù);對人口的輸出系數(shù)則主要根據(jù)生活污水的排放和處理情況來選定。本研究采用張敏等[5]所改進后的模型：

式中，L：營養(yǎng)物（污染物）的輸出負荷;α：為降雨影響系數(shù);λi：流域損失系數(shù)（流域損失系數(shù)=污染物入河系數(shù)×降解系數(shù)）;Ei：第i種營養(yǎng)源（污染來源）的輸出系數(shù);Ai：第i類土地利用類型的面積或第i種牲畜的數(shù)量、人口數(shù)量;Ei：第i種營養(yǎng)源的營養(yǎng)物（污染物）輸入量。M為流域多年平均NPS負荷量;Mi為第i年的流域非點源污染負荷量。

1.2.2 輸出系數(shù)確定

根據(jù)統(tǒng)計年鑒、當?shù)剞r(nóng)業(yè)部門統(tǒng)計數(shù)據(jù)以及蘇州科技學院對金庭鎮(zhèn)的總體規(guī)劃現(xiàn)狀調(diào)查報告，金庭鎮(zhèn)的人口數(shù)量、農(nóng)林用地（水田、旱地和果茶園）面積等基本數(shù)據(jù)見表1，金庭鎮(zhèn)的牲畜與水產(chǎn)中，豬398頭、羊211頭、家禽1.93萬羽、魚類127 t、蝦蟹類762 t。通過查閱大量關于太湖流域的文獻，并結合金庭鎮(zhèn)太湖流域的實際狀況，確定了蘇州市金庭鎮(zhèn)太湖流域非點源污染負荷的估算系數(shù)（表2），并通過公式（1）計算污染物輸出量。

（1）污染物輸出系數(shù)。金庭鎮(zhèn)鎮(zhèn)區(qū)所在的西山島是太湖流域中最大的島嶼，因此旱地和桑茶果園的COD、TN、TP輸出系數(shù)參考太湖流域的研究結果[6]，畜禽糞便污染物輸出系數(shù)參考吳一鳴等[4]的研究;關于太湖東部流域的水產(chǎn)養(yǎng)殖污染物輸出系數(shù)參考第一次全國污染源普查數(shù)據(jù);日常生活污水和人糞尿的COD、TN、TP輸出系數(shù)參考“原國家環(huán)保局確定的太湖流域污染源調(diào)查”數(shù)據(jù)[7]。降雨影響系數(shù)根據(jù)2017年和2018年同時期西山島15條河道斷面水質指標和年徑流量，通過公式（2）計算所得。

（2）入河系數(shù)。在降雨期，旱地、桑茶果園的非點源污染負荷會隨著地表徑流一起進入水體，故在各種污染負荷的入河系數(shù)視為相同[8];畜禽糞便入和畜禽污水研究區(qū)域缺少相關研究，故參考相關文獻[4];水產(chǎn)養(yǎng)殖產(chǎn)生的污染物一般直接留在水體中，污染負荷視為全部入河;農(nóng)村生活污水入河系數(shù)參考太湖流域相關調(diào)查數(shù)據(jù)[9]。在季度采樣時對當?shù)鼐用襁M行訪談調(diào)查，在金庭鎮(zhèn)農(nóng)村地區(qū)生活垃圾亂堆亂扔現(xiàn)象較嚴重，處理率很低，因此農(nóng)村生活垃圾產(chǎn)生的非點源污染負荷視為全部入河。污染物降解系數(shù)：COD降解系數(shù)參考《浙江省太湖流域水功能區(qū)納污能力及限制排污總量意見方案》，TN和TP降解系數(shù)參考文獻[10]。

2 結果與分析

2.1 金庭鎮(zhèn)非點源污染負荷輸出總量

通過模型計算得到金庭鎮(zhèn)非點源污染COD、TN、TP的輸出總量分別為91.65 t、20.14 t、4.66 t。由圖1可知，果茶園和日常污水的COD輸出量最大，分別可達到48.21 t·a-1和31.89 t·a-1;生活垃圾和果茶園對TN輸出量貢獻最大，分別達到8.69 t·a-1和4.68 t·a-1;TP輸出量貢獻較大的也是生活垃圾和果茶園，輸出量分別為1.88 t·a-1和1.35 t·a-1。

將以上11個污染源分為生活污水、生活垃圾、農(nóng)林用地、畜禽養(yǎng)殖、水產(chǎn)養(yǎng)殖五大類，并分析污染負荷比。由圖2可知，農(nóng)林用地和生活污水是COD的主要污染源，貢獻率分別為57.0%、35.9%;生活垃圾和農(nóng)林用地是TN的主要污染源，貢獻率分別為42.3%和27.2%，生活污水中TN貢獻率占比也達到24.5%;TP的主要污染物來源是生活垃圾和農(nóng)林用地以及生活污水，分別占40.3%、31.5%和20.1%。

農(nóng)村生活污水中有機物含量較高，大量COD隨著生活污水進入水體。由于農(nóng)村地區(qū)生活垃圾的亂堆亂放現(xiàn)象嚴重，降雨時垃圾中的大量氮磷營養(yǎng)負荷直接釋放或者隨降雨徑流進入河湖水體。因此農(nóng)村生活污染是金庭鎮(zhèn)非點源污染COD和氮磷負荷的重要來源。

金庭鎮(zhèn)果園面積占耕地面積的48.7%，茶園面積占耕地面積的31.9%，在降雨集中期，不合理的施肥方式造成果茶園和農(nóng)田的氮磷流失，果茶園的COD、氮磷貢獻率分別占農(nóng)林用地輸出量的92.2%、83.8%和92.2%。

2.2 研究區(qū)非點源污染控制措施

根據(jù)以上污染負荷輸出量的分析可以發(fā)現(xiàn)，針對研究區(qū)整個小流域的非點源污染控制要集中在對生活污水、生活垃圾和果茶園污染3個方面，具體措施如下。

1）針對農(nóng)村生活污染嚴重，需要因地制宜開展農(nóng)村生活污水、生活垃圾治理，各村生活污水應該建設集中式污水處理措施，生活垃圾不得排入水體。較分散的農(nóng)戶采用小型一體化污水處理設施處理排放，收集處理后水就地回用或達標排放，避免村莊污水以非點源的形式入河[11-12]。

2）在農(nóng)林用地方面，鼓勵農(nóng)民測土配方施肥、生物防止和精準施藥技術，河流周圍一定范圍內(nèi)不得種植高耗肥作物[13]。對于果茶園區(qū)域，根據(jù)金庭鎮(zhèn)的丘陵地貌特征和農(nóng)戶個人承包種植業(yè)規(guī)模小等特點，課題組目前正在開發(fā)以模塊化生態(tài)箱組合技術為主，輔之以生態(tài)溝渠往復式植物柵格水質凈化技術、退化河道濕地水文過程調(diào)控與生態(tài)恢復技術、基于面源污染攔截的河流生態(tài)護坡與緩沖帶構建技術等形成金庭鎮(zhèn)果園林地面源污染截留及削減的組合技術體系，實現(xiàn)入河氮磷污染物的有效削減。

3 結論

通過查閱大量文獻研究、統(tǒng)計年鑒和當?shù)剞r(nóng)業(yè)部門統(tǒng)計數(shù)據(jù)以及蘇州科技學院對金庭鎮(zhèn)做的總體規(guī)劃現(xiàn)狀調(diào)查報告的數(shù)據(jù)，對2018年西山島金庭鎮(zhèn)的非點源污染進行估算。非點源污染COD、TN、TP的年輸出總量分別為91.65 t、20.14 t、4.66 t。日常污水和果茶園是COD的主要污染源，生活垃圾和果茶園是TN的主要污染源;TP的主要污染物來源是生活垃圾和果茶園。并且根據(jù)污染負荷輸出量的分析，對于研究區(qū)的非點源污染控制要集中在對生活污水、生活垃圾和果茶園污染3個方面，提出了相應措施和控制方法。

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