漢江流域陜西段非點源污染特征解析

李家科，郝改瑞，李 舒，彭 凱，宋 嘉，韓蕊翔，張子航

(1.西安理工大學 西北旱區(qū)生態(tài)水利國家重點實驗室， 陜西 西安 710048；2.西安科技大學 建筑與土木工程學院， 陜西 西安 710054)

2020年汛期以來，長江、黃河流域相繼出現(xiàn)編號洪水，從全國范圍來說，在地形地貌及季風氣候等自然要素的影響下，降雨有比較明顯的地域特征，黃河上下游、華南南部及長江中下游等地區(qū)極端降水的頻率增加[1-4]。強降雨會導致污染物隨徑流遷移進入受納水體，從而造成水環(huán)境污染[5]。根據(jù)2020年6月8日發(fā)布的第二次全國水污染源普查公報[6]，通過對工業(yè)源、農(nóng)業(yè)源、生活源、集中式污染處理設施及移動源進行普查，2017年全國水污染排放量中，COD、NH3-N、TN和TP分別為2 143.98萬t、96.34萬t、304.14萬t和31.54萬t，七大流域水污染排放達到全國總量的90%左右；其中農(nóng)業(yè)源和農(nóng)村生活源貢獻的COD、NH3-N、TN和TP的污染物量占比達到65%左右，說明非點源污染對各流域水環(huán)境污染的影響巨大。在國家實施的黃河流域生態(tài)保護和高質量發(fā)展及長江大保護戰(zhàn)略中，流域面臨的不同污染源造成的非點源污染是重要問題，全球氣候變化對非點源污染過程的影響也是不可忽視的問題[7]。隨著秦嶺環(huán)境大保護的深入和南水北調工程的建設，漢江流域陜西段水質優(yōu)劣及周圍生態(tài)環(huán)境情況與沿線受水區(qū)經(jīng)濟社會發(fā)展和人民群眾生活密切相關。從國家層面和地方需求兩方面說明了對流域非點源污染特征解析的必要性，也為后續(xù)非點源污染的防控提供有力的科技支撐。

漢江是長江的一級支流，屬于中國南北的分界線，流域氣候效應、徑流機制、環(huán)境效應及水文效應都很復雜。眾多學者針對漢江流域的極端降水的分布、降水徑流的變化趨勢及突變、非點源污染、水資源評估、水生態(tài)承載力、水環(huán)境模擬、氣候植被響應等方面做了大量研究工作[8-13]。汪成博等[14]發(fā)現(xiàn)漢江流域的極端降水呈現(xiàn)“東部早，西部遲”的分布特征，極端降水量受季風強弱程度的影響。李丹等[15]分析了漢江流域降雨極值的時空變化特征。張軍等[16]在漢江流域上確定了農(nóng)業(yè)非點源污染分區(qū)。目前漢江流域降水特征分析側重于變化趨勢及突變檢驗，且站點數(shù)量有限，對降水周期診斷和空間分布的研究較少；漢江流域陜西段非點源污染的源解析及負荷估算方面，污染種類及來源不明，缺乏污染現(xiàn)狀及污染物空間分布特征分析；主要針對TN、TP兩個監(jiān)測指標，對COD和NH3-N等污染指標分析少見。

本文基于漢江流域陜西段水源區(qū)27個氣象站的1971—2018年的逐日降水數(shù)據(jù)，利用Thiessen多邊形法求出逐日降雨序列，分析降雨量和降雨強度在過去48年的時空變化情況及判斷其降雨量周期，并分析其時空分布特性。污染物在降雨徑流的沖刷下會進入受納水體，分析流域非點源污染的污染種類及來源，從時空尺度分析非點源污染的特征，為水源區(qū)暴雨災害防治、生態(tài)建設、水環(huán)境污染及水資源管理等方面提供參考。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

漢江流域陜西段位于北緯31°42′～34°11′，東經(jīng)103°47′～111°18′，流域面積62 723 km2，包括在陜西境內的漢江干流和丹江支流(見圖1)，橫跨了陜南地區(qū)漢中、安康和商洛3個市。該流域屬于亞熱帶半濕潤氣候，河流分布較密，水資源豐富，雨量主要貢獻月份為6～9月，多年平均降水量為700～1 800 mm，年均溫度15.24 ℃。林草地和耕地在流域內的所占比例約為98.88%，以旱作物為主，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)基礎條件較差。流域由秦巴山地及漢江盆地組成，所以地形起伏較大。

圖1 漢江流域陜西段示意圖Fig.1 Schematic diagram of Shaanxi section of Hanjiang River Basin

1.2 數(shù)據(jù)來源

本研究使用數(shù)據(jù)包括如下。

1) 漢江流域陜西段數(shù)字高程模型DEM，下載自地理空間數(shù)據(jù)(https://www.gscloud.cn)。

2) 建站年—2018年27個氣象站逐日降雨數(shù)據(jù)，來自中國科學院資源環(huán)境科學數(shù)據(jù)中心(站點見圖1，http://www.resdc.cn/Default.aspx)。

3) 土地利用數(shù)據(jù)來自全球生態(tài)環(huán)境遙感監(jiān)測平臺(http://data.ess.tsinghua.edu.cn/)。

4) 畜禽養(yǎng)殖及農(nóng)村人口數(shù)據(jù)來源于2018年陜西省漢中、安康、商洛各市縣的統(tǒng)計年鑒或國民經(jīng)濟和社會發(fā)展統(tǒng)計公報。

5) 安康水文站2011—2017年逐日流量數(shù)據(jù)來源于長江流域漢江區(qū)漢江上游水系水文年鑒；安康斷面2011—2017年水質監(jiān)測數(shù)據(jù)來自陜西省環(huán)境監(jiān)測站。

1.3 研究方法

1.3.1小波分析法

采用小波分析法對研究區(qū)域降雨量進行周期診斷。此方法具有多分辨、多時間尺度、多層次的特點，比較關鍵的是小波函數(shù)，能夠迅速衰減且具有震蕩性的一類函數(shù)，公式為：

(1)

式中：ψ(t)為基小波函數(shù)，可通過平移和伸縮形成一簇小波函數(shù)：

(2)

式中：ψa,b(t)為子小波函數(shù)；a、b分別為尺度因子和平移因子，a>0。

時間序列f(t)的連續(xù)小波變化為：

(3)

設函數(shù)f(kΔt)代表離散數(shù)據(jù)序列，其小波形式為：

(4)

式中：k=1,2,…,N；Δt為取樣間隔。通過小波系數(shù)可分析數(shù)據(jù)序列的時間和頻率變化特征。

小波方差就是對小波系數(shù)的平方值在時間域上的積分，計算公式為：

(5)

式中：Var(a)為數(shù)據(jù)序列在時間尺度上的小波方差，可用來判斷數(shù)據(jù)序列的主副周期[17]。

1.3.2徑流分割法

基于實際監(jiān)測的水文水質數(shù)據(jù)可進行污染源解析和通量計算。對于實際污染負荷的計算可以先按流域時段通量平均濃度與時段平均流量之積來計算豐平枯各水期的負荷，然后求和得到出口斷面總負荷量，該方法強調時段總徑流量的作用，適合非點源占優(yōu)特征的污染物負荷估算，公式為[18]：

(6)

徑流分割法認為枯水季節(jié)水質污染主要由點源污染引起，而汛期地表徑流主要帶來非點源污染，即[18]：

L=Ln+Lp=Ln+12Ld

(7)

式中：L為出口斷面年總負荷量(t)；12為一年12個月；Ln、Lp、Ld分別代表的是非點源、點源及枯季月污染的負荷(t)。

1.3.3輸出系數(shù)法及等標污染負荷法

農(nóng)業(yè)源污染物在非點源污染治理中是不可忽略的關鍵部分，在研究區(qū)域面積太大的情況下可采用合理的方法估算農(nóng)業(yè)源污染物流失量，進一步分析非點源污染空間分布特性并識別關鍵源區(qū)。文中采用輸出系數(shù)法估算漢江流域陜西段各區(qū)縣的非點源污染負荷，公式為[19]：

(8)

式中：Li為污染物i的輸出負荷量(kg·a-1)；Aj為第j種土地利用類型面積(hm2)或第j種畜禽養(yǎng)殖(頭)、人口數(shù)量(人)；Eij為在第j種土地利用類型、第j種畜禽養(yǎng)殖或人口因素情況下的第i種污染物的輸出系數(shù)取值(kg·hm-2·a-1、 kg·頭-1·a-1、kg·人-1·a-1)；p為降雨全過程中輸入的污染物總量(kg·a-1)，由于其量值極小，在本式中可忽略不計。

在同一標準上對不同污染物進行比較可采用等標污染負荷法。等標污染負荷量是指在單位時間段內排出含有某種污染物的水體的等標體積[20]，公式為：

Pij=Lij/c0i

(9)

式中：c0i為污染物i的評價標準值；Pij為污染源j中的污染物i的等標污染負荷量(106m3·a-1)；Lij為污染源j中的污染物i的總負荷量(t·a-1)。

漢江流域陜西段內水質情況普遍為II-III類，結合水資源及各區(qū)縣的環(huán)境狀況公報中水質的實際狀況，采用《地表水環(huán)境質量標準》(GB 3838-2002)中II類標準閾濃度的下限值進行等標處理核算(其中TN、TP、COD及NH3-N值分別為0.5 mg/L、0.1 mg/L、15 mg/L及0.5mg/L)。

2 結果與分析

2.1 降雨周期診斷及空間分布特征

非點源污染物的自然驅動力為降雨徑流，其中降雨量、降雨強度及其時空分布對地表徑流的產(chǎn)生起決定性作用，從而引發(fā)污染物的遷移轉化[21-23]。根據(jù)收集的氣象站點逐日降雨數(shù)據(jù)計算出漢江流域陜西段降雨量和降雨強度。為保證數(shù)據(jù)的可靠性、一致性和代表性，降雨數(shù)據(jù)研究時段確定為1971—2018年，序列長度48年。小波分析法主要是對降雨量的周期性進行判斷，利用Thiessen多邊形法處理研究區(qū)域氣象站點的降雨量數(shù)據(jù)，并采用反距離加權(IDW)插值法對降雨量和降雨強度進行空間插值，從而分析其特征。

2.1.1降雨周期診斷

過去48年漢江流域陜西段降雨量的小波變化圖見圖2，可看出降雨量有7 a和27 a兩個周期。在10 a以下尺度上降雨量周期規(guī)律不明顯；在15～40 a尺度上存在27 a的主周期，有比較明顯的3個循環(huán)交替的周期規(guī)律，其中偏豐期、偏枯期交替突變的點出現(xiàn)在1983年和2000年。

圖2 漢江流域陜西段降雨量周期分析圖Fig. 2 Analysis chart of rainfall cycle in Shaanxi section of Hanjiang River Basin

2.1.2降雨空間分布

漢江流域陜西段屬于東南季風與西南季風的過渡帶，降雨量較多的發(fā)生在夏季風期間，結合站點分布位置可得到降雨量空間分布狀況。采用IDW插值法對1971—2018年漢江流域陜西段27個氣象站的降雨量和降雨強度的多年均值進行插值，其空間分布結果見圖3。降雨量空間分布呈現(xiàn)由北到南逐漸增大的趨勢(見圖3(a))，其中高值中心(>1 230 mm/a)位于鎮(zhèn)巴縣，低值中心(<690 mm/a)位于商縣。降雨強度空間分布呈現(xiàn)由南到北遞減的趨勢(見圖6(b))，形成鎮(zhèn)巴縣高值中心(>9.2 mm/d)和太白縣低值中心(<6.0 mm/d)。對于全國而言，年平均降雨量變化較小，但是降雨強度呈上升趨勢，極端降雨(暴雨和大雨)逐漸增加[6]。作為降雨量和降雨強度最高的鎮(zhèn)巴縣，特別要重視極端降雨事件、土壤侵蝕問題及其他水災害問題。例如2020年6月17日漢中市鎮(zhèn)巴縣發(fā)生了特大暴雨，最大6小時降雨量為169 mm，日降雨量達到了213.4 mm，與其相鄰的紫陽縣及洋縣的降雨量也達到了130.0 mm和120.4 mm。2020年8月6日商洛市洛南縣也發(fā)生了暴雨，日降雨量達到了181 mm，造成5人死亡、10人失聯(lián)，暴雨洪澇災害造成石門、麻坪二鎮(zhèn)災情嚴重，其中農(nóng)作物受災、房屋倒塌及水毀公路等帶來的直接經(jīng)濟損失19.28億元。強降雨極易引發(fā)地質災害，暴雨徑流中混合各種地表沉積物和泥沙，會導致不同種類和形態(tài)的非點源污染物匯入河道中，從而引發(fā)嚴重的水環(huán)境問題。

圖3 漢江流域陜西段降雨量及降雨強度空間分布圖Fig.3 Spatial distribution of rainfall and rainfall intensity in Shaanxi section of Hanjiang River Basin

2.2 非點源污染負荷通量計算

安康水文站位于漢江干流河段，在漢江流域陜西段下游，屬于國家級重要水文站?；谑占陌部嫡?011—2017年水量水質數(shù)據(jù)，采用徑流分割法量化出非點源污染負荷通量。漢江流域陜西段降雨主要集中在6～9月，降雨量占全年降雨量的63%左右，12月～來年2月為枯水期，降雨只占全年的3%左右，因此將全年水期劃分為豐水期(6～9月)、平水期(3～5月，10～11月)和枯水期(12～2月)。首先將漢江安康水文站以上流域各年的徑流量(2011—2017年)利用P-III型頻率曲線確定各年水文頻率，并對各年的徑流量進行豐平枯水期的分割，結合水質水量數(shù)據(jù)確定各豐平枯水期的流量加權濃度，結果見表1。然后利用式(6)計算出不同水期的通量并進行求和，將枯水期產(chǎn)生的污染負荷量的月平均值作為Ld，可求出點源污染負荷，年總負荷量與點源污染負荷之差即為非點源污染負荷，結果見表2。

表1 漢江安康水文站以上流域2011—2017年不同水期的徑流量及加權濃度統(tǒng)計表Tab.1 Statistical table for runoff and weighted concentration in different water periods of the basin above the Ankang Hydrological Station of Hanjiang River in 2011-2017

從表1可以看出，安康水文站年徑流量年際分布不均，總徑流量在2011年高達303.18×108m3，但在2016年僅為81.16×108m3，水文頻率范圍在3%～97%之間，涵蓋了不同水文年。由表2，TN、TP、COD、NH3-N污染物多年平均通量分別為6 140.5 t、528.6 t、12.24萬t和2 792.4 t。點源多年平均污染負荷貢獻指標從大到小依次為COD>TN>NH3-N>TP，非點源污染物TN、TP、COD、NH3-N通量在2011—2017年的均值分別為：4 260.1 t、351.8 t、8.67萬t和1 987.6 t，其貢獻比在41.4%～86.7%之間。不同監(jiān)測指標多年非點源負荷占比均值均超60%，除了TP占比64%外，其余三個指標高達69%，個別年份非點源污染負荷貢獻占比能達到80%以上，尤其是2017年的NH3-N和COD兩種污染物。

表2 漢江安康水文站以上流域2011—2017年污染負荷分割結果Tab.2 Results of pollution load segmentation of the basin above the Ankang Hydrological Station of Hanjiang River in 2011-2017

從近幾年的陜西省生態(tài)環(huán)境廳水環(huán)境質量數(shù)據(jù)分析可發(fā)現(xiàn)漢江流域陜西段多數(shù)斷面水質數(shù)據(jù)達到地表水II、III類標準，雖然點源污染負荷有逐年下降的趨勢，但非點源污染的影響顯著增大。

2.3 農(nóng)業(yè)源污染物負荷分布特性解析

從以上分析可知非點源污染在漢江流域陜西段污染負荷中的占比比較重，而種植業(yè)、畜禽養(yǎng)殖、水產(chǎn)養(yǎng)殖及農(nóng)村生活等污染物產(chǎn)生排放后，經(jīng)降雨徑流遷移轉化后進入河道受納水體造成水環(huán)境的污染，所以確定污染源來源對于水源區(qū)水環(huán)境質量改善有著舉足輕重的作用?；谘芯繀^(qū)域的實際情況，工業(yè)欠發(fā)達，重點關注來自農(nóng)業(yè)源的污染，從農(nóng)業(yè)用地、畜禽養(yǎng)殖和農(nóng)村生活三方面進行考慮。本文將農(nóng)業(yè)用地分為耕地、林地、草地和園地4種，畜禽養(yǎng)殖分為豬、牛、羊和家禽4種，不同污染源的輸出系數(shù)利用文獻綜述法進行確定[24](見表3)。利用等標污染物法和輸出系數(shù)法計算出漢江流域陜西段各區(qū)縣不同類型污染物指標的農(nóng)業(yè)源污染負荷，見表4。2017年漢江流域陜西段利用輸出系數(shù)法計算出的TN、TP、COD、NH3-N農(nóng)業(yè)源負荷量分別為6.07萬t、0.32萬t、20.06萬t和1.97萬t，而對應的等標污染負荷法的結果分別為1 214.7、320.4、133.8和393.1億m3。

表3 漢江流域陜西段不同污染源的輸出系數(shù)Tab.3 Export coefficients for different pollution sources in Shaanxi section of the Hanjiang River Basin

2.3.1安康斷面以上流域污染物入河系數(shù)分析

利用輸出系數(shù)法計算出安康斷面以上流域農(nóng)業(yè)源非點源污染物TN、TP、COD、NH3-N的負荷量分別為3.79萬t、0.20萬t、12.2萬t、1.25萬t，在漢江流域陜西段農(nóng)業(yè)源污染物中占比達60%左右。將2.2節(jié)計算出的漢江流域安康斷面以上非點源污染負荷通量與農(nóng)業(yè)源污染物產(chǎn)生量相除，其結果就是污染物TN、TP、COD、NH3-N的入河系數(shù)，分別為0.11、0.18、0.71和0.16。

2.3.2等標污染負荷量空間分布特征

借助ArcGIS軟件，結合表4將等標污染負荷量添加到漢江流域陜西段的行政區(qū)劃屬性表中，并劃分為5種污染等級，繪制了2017年各區(qū)縣的TN、TP、COD和NH3-N的等標污染負荷空間分布圖，見圖4。等標污染負荷的空間分布具有一致性，具體體現(xiàn)在農(nóng)業(yè)土地面積大、畜禽養(yǎng)殖業(yè)發(fā)達、農(nóng)村人口眾多的地區(qū)和縣對應較大的等標污染負荷，反之亦然。其中各市等標污染負荷貢獻率從大到小排序為：安康市(39.50%)>漢中市(39.49%)>商洛市(22.02%)。

表4 各區(qū)縣不同污染物負荷估算統(tǒng)計表Tab.4 Estimation table for different pollutants load estimation in each district and county

由圖4可知，各污染指標等標污染負荷的最大值均集中出現(xiàn)于漢中市的城固縣和洋縣以及安康市的漢濱區(qū)和旬陽縣，其貢獻率均在7%左右。其原因是這幾個區(qū)縣的農(nóng)業(yè)用地面積較大，農(nóng)村養(yǎng)殖業(yè)較為發(fā)達，大規(guī)模的化肥施用和畜禽養(yǎng)殖都不同程度地加劇了非點源污染。雖然漢濱區(qū)農(nóng)業(yè)用地的面積小，但畜禽養(yǎng)殖及農(nóng)村人口的數(shù)量大，因此對非點源污染的貢獻率也較大。然后是貢獻率在3.5%左右的勉縣、山陽縣、丹鳳縣、漢陰縣、紫陽縣和平利縣，最小貢獻率的地區(qū)出現(xiàn)在佛坪縣、洛南縣和鎮(zhèn)坪縣，占比不超過1%。

圖4 各區(qū)縣等標污染負荷分布圖Fig.4 Distribution of equivalent standard pollution load in each district and county

2.3.3污染源貢獻率分布特征

統(tǒng)計各區(qū)縣不同污染源的等標污染物負荷并計算其貢獻率占比，并繪制以區(qū)縣為基本單位的農(nóng)業(yè)用地、農(nóng)村生活及畜禽養(yǎng)殖的貢獻率空間分布圖，見圖5和圖6。

圖5 不同污染源等標污染負荷貢獻率占比圖Fig.5 Contribution rate of equivalent standard pollution load of different pollution sources

根據(jù)統(tǒng)計結果可知農(nóng)業(yè)非點源各污染指標等標污染負荷總量為206.19×109m3，其中農(nóng)業(yè)用地量為100.84×109m3，畜禽養(yǎng)殖量為66.69×109m3，農(nóng)村生活量為38.66×109m3。與其他人的分析結果具有相似性[25]，在農(nóng)業(yè)土地面積大、畜禽養(yǎng)殖業(yè)發(fā)達、農(nóng)村人口眾多的區(qū)縣對應較大的等標污染負荷，反之也成立，空間分布有一定的一致性。由圖5可知，農(nóng)業(yè)用地對TN污染的貢獻率達62.97%；畜禽養(yǎng)殖對NH3-N污染的貢獻率超過50%以上，達到59.67%；TP污染的貢獻率中畜禽養(yǎng)殖和農(nóng)業(yè)用地相差不大，均大于38%；農(nóng)村生活和畜禽養(yǎng)殖對COD污染貢獻較大，兩者貢獻率之和超過70%。

為確定各縣區(qū)農(nóng)業(yè)非點源污染的主要來源，制定具有針對性的控制措施，分析圖6(圖例中46、42、40、38分別代表各指標三種來源貢獻率中最大值的1/2)可發(fā)現(xiàn)TN等標污染負荷表現(xiàn)出明顯的規(guī)律特征，均以農(nóng)業(yè)用地為主；NH3-N等標污染負荷貢獻最大的為畜禽養(yǎng)殖；TP、COD等標污染負荷貢獻率則分布不均，主要受制于各區(qū)縣產(chǎn)業(yè)發(fā)展和用地情況。

圖6 各區(qū)縣不同污染源等標污染負荷貢獻率圖Fig.6 Contribution rate of equivalent standard pollution load of different pollution sources in each district and county

受地形地貌等自然環(huán)境影響各縣區(qū)不同污染源排放強度相差較大，綜合分析流域內各縣區(qū)的污染負荷發(fā)現(xiàn)農(nóng)業(yè)用地和畜禽養(yǎng)殖貢獻比較大。漢江流域陜西段內各區(qū)縣的TN等標污染負荷具有明顯的規(guī)律特征，即均以農(nóng)業(yè)用地為主；NH3-N等標污染負荷以畜禽養(yǎng)殖源為主；TP和COD的等標污染負荷貢獻率分布則表現(xiàn)出一定的隨機性。其中，太白縣TN、TP、COD和NH3-N四個污染負荷指標中農(nóng)業(yè)用地的貢獻率都最高，分別為92.16%、83.80%、80.83%和69.01%；農(nóng)業(yè)用地對寧陜縣TN、TP、COD負荷貢獻率都較高，分別達到86.61%、74.16%和71.41%。畜禽養(yǎng)殖對漢陰縣TN、TP、COD和NH3-N負荷污染貢獻分別為32.22%、48.99%、47.15%和69.00%，對丹鳳縣TN、TP、COD和NH3-N負荷污染貢獻分別為32.43%、55.55%、42.32%和66.48%。對流域內等標污染負荷較大的城固縣、洋縣、漢濱區(qū)和旬陽縣，TN貢獻率最大的均為農(nóng)業(yè)用地；TP中農(nóng)業(yè)用地和畜禽養(yǎng)殖貢獻率相當；COD、NH3-N貢獻率最大的均為畜禽養(yǎng)殖。

鑒于此，漢江流域陜西段農(nóng)業(yè)非點源污染治理方案應根據(jù)各縣區(qū)污染源情況因地制宜。主要對農(nóng)業(yè)用地污染進行管控的地區(qū)有：太白縣、寧陜縣、鳳縣、佛坪縣、留壩縣、鎮(zhèn)安縣等；畜禽養(yǎng)殖污染管控的地區(qū)則主要為：漢陰縣、丹鳳縣、鎮(zhèn)坪縣、石泉縣、旬陽縣、南鄭縣等。

3 討 論

通過漢江流域陜西段27個氣象站點1971—2018年的逐日降雨數(shù)據(jù)研究了流域降雨周期和降雨空間分布，發(fā)現(xiàn)降雨量有27 a的主周期，降雨量和降雨強度空間分布趨勢不一致，但高值中心均位于鎮(zhèn)巴縣。從全國自然要素降雨入手發(fā)現(xiàn)，年平均降雨量變化較小，但是降雨強度呈上升趨勢，極端降雨(暴雨和大雨)逐漸增加。在氣候變化的大環(huán)境下，不同區(qū)域的水環(huán)境水生態(tài)問題越發(fā)突顯，今年入汛以來，各河湖均出現(xiàn)歷史極值，洪澇災害對人民生活和國民經(jīng)濟的造成的危害很大，從水環(huán)境污染角度出發(fā)，分析漢江流域陜西段的非點源污染負荷通量及負荷空間分布特性極具意義。降雨是污染的主要驅動自然要素，從2011—2017年安康站的水質水量數(shù)據(jù)入手分析，多年污染物平均通量貢獻指標從大到小依次為COD>TN>NH3-N>TP，不同監(jiān)測指標多年非點源通量占比均值均超60%，除了TP占比64%外，其余三個指標高達69%，個別年份非點源污染負荷貢獻率能達到80%以上。隨著對點源污染的有效治理，近年來點源污染負荷逐年減少，而非點源污染則是復雜水環(huán)境問題的重點所在。不同污染指標的入河系數(shù)影響因子眾多，后續(xù)還得從多元化角度進行深入研究。從農(nóng)業(yè)源污染物的來源來分析其空間分布，發(fā)現(xiàn)TN污染主要來源是農(nóng)業(yè)用地，TP、NH3-N污染主要來源是畜禽養(yǎng)殖，COD污染主要來源是農(nóng)村生活，未來漢江流域陜西段非點源污染治理方案應根據(jù)各縣區(qū)污染源情況因地制宜。從非點源本身機理、模型化、關鍵源區(qū)識別及可行性優(yōu)化措施等方面加大研究，助力水源區(qū)的水資源管理和水生態(tài)水環(huán)境保護，也為其他類似區(qū)域提供治理思路和技術支持。

4 結 論

在長江大保護和秦嶺大保護的背景下，利用小波分析法、徑流分割法、輸出系數(shù)法及等標污染負荷法等方法從漢江流域陜西段自然要素降雨特性、非點源污染負荷通量計算及農(nóng)業(yè)源污染物負荷空間分布特性三方面進行研究，得到如下結果。

1) 漢江流域陜西段降雨量有27 a的主周期，其空間分布呈現(xiàn)由北向南逐漸增大的趨勢，而降雨強度呈現(xiàn)由南到北遞減的趨勢，兩者高值中心均位于鎮(zhèn)巴縣，極易帶來極端降雨事件、土壤侵蝕問題及其他水災害問題。

2) 安康水文站年徑流量年際分布不均，在2011年達到303.18×108m3，而在2016年僅為81.16×108m3。漢江干流安康段以上非點源污染物TN、TP、COD、NH3-N通量在2011—2017年的均值分別為：4 261.1 t、351.8 t、8.67萬t和1 987.6 t，各種水文年的非點源污染貢獻比在41.4%～86.7%之間，個別年份非點源污染負荷貢獻占比能達到80%以上，尤其是2017年的NH3-N和COD兩種污染物。雖然從近幾年的陜西省生態(tài)環(huán)境廳水環(huán)境質量數(shù)據(jù)分析可發(fā)現(xiàn)漢江流域陜西段多數(shù)斷面水質數(shù)據(jù)達到地表水II、III類標準，但是非點源污染研究及治理依然不容忽視。

3) 2017年漢江流域陜西段利用輸出系數(shù)法計算出的TN、TP、COD、NH3-N農(nóng)業(yè)源負荷量分別為6.07萬t、0.32萬t、20.06萬t和1.97萬t，而對應的等標污染負荷法的結果分別為1 214.7億m3、320.4億m3、133.8億m3和393.1億m3。污染物TN、TP、COD、NH3-N的入河系數(shù)分別為0.11、0.18、0.71和0.16。

4) 從農(nóng)業(yè)源污染物的來源來分析其空間分布，發(fā)現(xiàn)在農(nóng)業(yè)土地面積大、畜禽養(yǎng)殖業(yè)發(fā)達、農(nóng)村人口眾多的區(qū)縣對應的等標污染負荷較大。而TN污染主要來源是農(nóng)業(yè)用地，TP、NH3-N污染主要來源是畜禽養(yǎng)殖，COD污染主要來源是農(nóng)村生活，各區(qū)縣不同污染源排放強度相差較大，流域內各縣區(qū)的污染負荷中農(nóng)業(yè)用地和畜禽養(yǎng)殖貢獻比較大。漢江流域陜西段非點源污染治理方案應根據(jù)各區(qū)縣污染源情況因地制宜，對太白縣、寧陜縣、鳳縣、留壩縣、佛坪縣、鎮(zhèn)安縣等縣的農(nóng)業(yè)用地污染進行管控，對漢陰縣、丹鳳縣、鎮(zhèn)坪縣、石泉縣、旬陽縣、南鄭縣等縣的畜禽養(yǎng)殖污染進行管控。可加大分類管理措施的實施及制定合理的土地利用結構，最大程度減輕源頭污染。