河流水體非點源總磷污染來源研究進展

王玲玲 謝文理 章文斌

摘 要：近年來，隨著技術(shù)的進步和重視程度的提高，河流水體總磷污染的情況已經(jīng)得到有效的控制，但是河流水體非點源總磷污染已逐漸被公認為水環(huán)境治理中的重大難題，由此形成的河流水體富營養(yǎng)化造成了非常嚴重的生態(tài)環(huán)境問題。因此，開展河流水體非點源總磷污染來源的研究，對于河流水環(huán)境的綜合治理和環(huán)境保護有著重要的理論價值和實踐意義。該文主要闡述了對河流水體非點源總磷污染來源的研究進展，并在此基礎(chǔ)上分析探討控制措施，為相應(yīng)的治理決策提供參考。

關(guān)鍵詞：河流;總磷;非點源污染;研究進展

中圖分類號 X524 文獻標識碼 A 文章編號 1007-7731（2022）09-0148-03

我國水環(huán)境污染整體形勢嚴峻，其中，河流水體的富營養(yǎng)化問題尤為突出，給采水、蓄水、用水等帶來多方面的嚴重隱患。磷元素是各種生物體生長發(fā)育必需的非金屬礦物元素，是生物體最主要的營養(yǎng)鹽之一。河流水體中總磷的代謝是一個動態(tài)平衡的過程，一旦平衡被打破，總磷含量過高會導(dǎo)致藻類及其他浮游生物的過度生長和繁殖，使水中溶解氧急劇下降，進而造成河流水體水質(zhì)惡化黑臭，俗稱水體富營養(yǎng)化，這是水環(huán)境治理中公認的一大難題[1]。水環(huán)境污染按照污染來源形式可分為2種，一種是有固定排放源的叫作點源污染，一種是沒有固定排放源的叫作非點源污染。點源污染多為工業(yè)廢水和城市生活污水從固定的排放口集中匯入水體。非點源污染是相對點源污染而言，指污染物來源非特定，在降水、降雪等的沖刷作用下，通過各種地表徑流、地下水等過程而匯入受納水體并引起水體的富營養(yǎng)化等其他形式的污染過程的概念。例如農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中施用的化肥和農(nóng)藥，經(jīng)雨水沖刷流入水體而造成農(nóng)業(yè)類的非點源污染;又如城市交通中，汽車輪胎磨損、尾氣排放等產(chǎn)生的各類污染物，隨降水等過程沉降后，伴隨地面徑流，匯入城市排水系統(tǒng)而進入水體造成污染。非點源污染由于其來源更為廣泛和隨機，因此又被稱為面源污染。與點源污染相比，非點源污染來源分散、多樣，污染邊界和污染位置難以判斷和識別，污染來源隨機、原因復(fù)雜，潛伏期長，因而防治非常困難。自20世紀60年代以來，隨著技術(shù)的進步和重視程度的加大，河流水體點源總磷污染情況已經(jīng)得到有效控制。根據(jù)相關(guān)調(diào)查研究統(tǒng)計表明，隨著現(xiàn)代工農(nóng)業(yè)迅速發(fā)展，非點源總磷污染已經(jīng)成為了河流水體環(huán)境污染的最主要原因之一，嚴重威脅到了河流水體的生態(tài)健康[2]。為此，筆者闡述了對河流水體非點源總磷污染來源分析的研究進展，并在此基礎(chǔ)上分析探討控制措施，以對相應(yīng)的治理決策提供建議。

1 河流水體非點源總磷污染現(xiàn)狀

總磷是水質(zhì)富營養(yǎng)化的最重要污染指標之一，如果河流水體中總磷含量過高，會導(dǎo)致河流水體的富營養(yǎng)化等一系列嚴重的水環(huán)境問題。從我國近年來發(fā)布的地表水污染數(shù)據(jù)分析來看，我國普遍存在地表水總磷指標超標的問題。根據(jù)《2019年中國生態(tài)環(huán)境狀況公報》顯示，總磷已經(jīng)成為主要地表水體三大重污染指標之一。大量施用的磷肥未經(jīng)植物吸收而直接流失進入河流水體中，導(dǎo)致水生態(tài)系統(tǒng)生物多樣性被破壞和水體嚴重富營養(yǎng)化等一系列水體生態(tài)環(huán)境污染問題的主要原因是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中磷肥施用的管理方式粗放等，許多農(nóng)村地區(qū)的磷肥利用效率普遍較低。河流非點源總磷污染區(qū)域分布廣泛，最主要集中在水土流失較為嚴重的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)生活區(qū)。土壤遭受侵蝕后，化肥、農(nóng)藥等的大量投入和管理不善以及農(nóng)村畜禽養(yǎng)殖排污使河流水體的非點源總磷污染問題日益嚴重，非點源污染已成為河流水質(zhì)惡化的最主要原因之一。

河流水體總磷非點源污染按其來源的類型主要可以分為農(nóng)業(yè)污染、工業(yè)污染與生活污染。農(nóng)業(yè)污染主要是指農(nóng)作物耕作時施用的化肥與農(nóng)藥等很大部分未經(jīng)植物吸收而是隨著降水等地表徑流匯入河流或滲到地下水層，造成河流水體大面積總磷污染，所以農(nóng)業(yè)污染所貢獻的比例最大。工業(yè)污染主要與當?shù)氐墓I(yè)發(fā)展水平和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)密切相關(guān)，在傳統(tǒng)制造業(yè)發(fā)達的地區(qū)，未經(jīng)合格處理的超標廢水污水直接排入江河，使得大面積水域遭受污染。生活污染來源的表現(xiàn)形式則主要為人們的日常生產(chǎn)生活污水以及生活垃圾等，隨著垃圾分類等措施的出臺，生活污染貢獻顯著降低[3]。

2 河流水體非點源總磷污染來源研究進展

2.1 非點源總磷污染來源模型研究 河流水體非點源總磷污染模型分析是非點源污染來源分析研究的最重要方法之一。非點源總磷污染模型屬于數(shù)學(xué)模型范疇，是一種確定性模型，基本流程是在建立的模型中輸入已知的參數(shù)設(shè)定好運行條件可以得到模擬得出的確定輸出結(jié)果。確定性模型按照運算原理又可以分為經(jīng)驗統(tǒng)計模型和機理運算模型2種類型，經(jīng)驗性統(tǒng)計模型是通過經(jīng)驗參數(shù)識別非點源污染區(qū)域水土的利用類型和總磷污染的總負荷，然后建立非點源總磷污染的總負荷與區(qū)域水土利用類型以及降水、降雪包括徑流之間的關(guān)聯(lián)。機理運算模型則充分考慮非點源總磷污染的物理化學(xué)變化過程和遷移轉(zhuǎn)化的運行機制，模型運算機理更為復(fù)雜，可以用來計算長時間內(nèi)連續(xù)的污染負荷時空演化情況[4]。

我國的河流水體非點源總磷污染來源分析模型研究起步于20世紀80年代，從對水體富營養(yǎng)化問題的調(diào)查分析開始，河流水體非點源總磷污染來源分析模型研究逐漸展開，根據(jù)研究區(qū)域?qū)嶋H情況引入適用的模型本地化并對其進行了大量計算優(yōu)化。隨著國外非點源總磷污染模型的迅速發(fā)展，我國也在自主構(gòu)建基于河流水體非點源總磷污染物理化學(xué)變化過程的各種機理運算模型。在非點源污染模型與GPS、RS、GIS等技術(shù)結(jié)合后，河流水體非點源總磷污染負荷估算及其特征研究成為了未來新的發(fā)展方向。目前我國河流非點源總磷污染來源分析的研究模型還存在一些不足，由于非點源污染具有復(fù)雜性、隨機性、不確定性等特點，學(xué)者們對總磷污染物的遷移轉(zhuǎn)化機制和在水體總污染負荷中所占的比重等方面還需要進行進一步的研究完善[5]。

2.2 非點源總磷污染來源特征研究 對于河流非點源總磷污染特征研究來源分析主要著手點為非點源污染情況時空分布特征以及非點源污染的主要影響因素等方面，進而分析可能的來源。以常州市內(nèi)河武進港非點源總磷污染特征研究和來源分析為例，武進港是太湖流域常州境內(nèi)最重要的支流之一，地處常州市郊東南部，是匯入太湖北部竺山灣的最主要骨干河道之一，對竺山灣的水體產(chǎn)生重要影響。武進港上共設(shè)有洛陽橋、中天鋼鐵、戴溪橋、慈瀆橋、姚巷橋和周橋等6個例行水質(zhì)監(jiān)測斷面，采樣頻率為每月1次。采樣、分析方法分別嚴格遵守《地表水和污水監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》（HJ/T 91-2002）和《水和廢水監(jiān)測分析方法》（第四版）的要求。2013—2018年武進港水質(zhì)總磷指標監(jiān)測數(shù)據(jù)表明，武進港總磷濃度水平在空間上表現(xiàn)為從上游到下游沿程遞減，在年度跨度上總體呈現(xiàn)遞減趨勢，年內(nèi)分布則表現(xiàn)為每年豐水期明顯低于平枯水期。分析表明，武進港上游區(qū)域工業(yè)發(fā)達，土地開發(fā)利用強度較大，水土流失嚴重，總磷污染負荷較高;中下游區(qū)域則以農(nóng)業(yè)用地為主，水體自凈能力相對較強，總磷濃度較低。根據(jù)污染指標監(jiān)測數(shù)據(jù)和區(qū)域相關(guān)統(tǒng)計年鑒資料進行綜合研究表明，武進港河流中總磷污染情況受流域內(nèi)生產(chǎn)及生活污染的影響較為明顯。工業(yè)和農(nóng)業(yè)污染是流域內(nèi)總磷污染的主要來源，一方面應(yīng)通過積極的產(chǎn)業(yè)升級淘汰落后的生產(chǎn)工藝，尋找綠色高效低污染的工業(yè)替代品;另一方面則應(yīng)該對企業(yè)污水處理設(shè)施加強監(jiān)管，進一步加大違法偷排的處罰力度，可以有效減少企業(yè)超標排放[6]。

3 河流水體非點源總磷污染控制的對策建議

3.1 控制總磷輸入 河流水體磷污染的總量控制應(yīng)當建立在科學(xué)考慮各流域的的自然特征，弄清總磷在環(huán)境中的擴散、遷移、轉(zhuǎn)移和自凈規(guī)律的基礎(chǔ)上，計算出環(huán)境容量，并綜合分析該區(qū)域內(nèi)的總磷污染源，通過建立一定的數(shù)學(xué)模型，計算出每個源的污染分擔(dān)率和相應(yīng)的總磷允許排放總量，求得最優(yōu)方案。河流水體非點源總磷污染的主要來源分布是農(nóng)業(yè)污染、工業(yè)污染與生活污染，要做到總量控制就必須重點關(guān)注。農(nóng)業(yè)污染方面應(yīng)當通過減少磷肥的施用量，尋找提高作物對土壤中磷的利用率的方法。工業(yè)污染方面主要是含磷廢水必須進行處理達到合格標準之后才能進行排放。生活污染方面則應(yīng)當盡量使用不含磷的洗滌劑，使用可循環(huán)回收的生活物品，推廣垃圾分類，減少生活垃圾入河。針對流域總磷污染特征，實施多措并舉，切實減少總磷入河輸入量。重點強化磷礦采選管理，加強磷化工和磷石膏庫為主的工業(yè)污染管控，提升城鎮(zhèn)生活污水收集和除磷水平;加強畜禽養(yǎng)殖廢物綜合治理和農(nóng)業(yè)面源污染的管控;完善總磷環(huán)境標準體系，從而提高磷污染總量控制的環(huán)境監(jiān)管效率。

3.2 優(yōu)化耕作方式 相關(guān)研究表明，當流域內(nèi)水田面積占農(nóng)用地總面積的比例超過50%時，磷元素的綜合利用率能顯著提升，能有效減少磷元素流失。因此，合理提高河流區(qū)域內(nèi)水田面積的比例，有利于提高磷元素的綜合利用效率，減少流域內(nèi)污染負荷。同時，適時開展輪耕、休漁等耕作方式，讓水土恢復(fù)自然的自凈能力，可以有效減少區(qū)域內(nèi)總磷負荷，提升水資源自凈能力，降低水體富營養(yǎng)化的概率。

3.3 治理殘留總磷 對于土壤中的遺留磷污染治理，可以采用生物治理的措施來提高生物利用度和綜合利用遺留土壤磷庫，進而削弱河流水體非點源總磷污染。由于河流區(qū)域的土壤、地表水尤其是地下水中日積月累留存了較多的磷污染，從而導(dǎo)致地下徑流對于河流水體非點源總磷污染產(chǎn)生持續(xù)貢獻，因此河流總磷污染的治理還應(yīng)重點關(guān)注相關(guān)區(qū)域內(nèi)土壤和地下水遺留磷元素的處理問題。

4 結(jié)語

綜上所述，河流水體非點源總磷污染的治理與控制任重而道遠，還需要不斷研究探索與完善，對其治理必須結(jié)合多方力量，治理方案必須綜合嚴格而科學(xué)，采取多種科學(xué)手段嚴防嚴控、有效治理，保護好來之不易的青山綠水。

參考文獻

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[3]劉鵬，楊昆，彭雙云，等.基于SWAT的滇池流域農(nóng)業(yè)非點源污染空間分布特征研究[J].安徽農(nóng)學(xué)通報，2016，22（24）：81-82，135.

[4]王天培.國內(nèi)外遙感技術(shù)在非點源污染模擬中的應(yīng)用[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2011，39（21）：12771-12773.

[5]涂俊，何國富，施閩濤.基于GIS對河流型水源保護區(qū)非點源污染的調(diào)查及對策研究[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2014，42（4）：1156-1158.

[6]蔣少杰，張宇，施昕瀾.武進港2013—2018年總磷污染時空特征研究[J].資源節(jié)約與環(huán)保，2019（8）：101-102.

（責(zé)編：徐世紅）