小流域面源污染監(jiān)測(cè)技術(shù)指標(biāo)體系及監(jiān)測(cè)方法研究

崔 然，劉 敏，潘 寧

（山東省泰安生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)中心，山東泰安 271000）

在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)中，農(nóng)藥、化肥以及動(dòng)物糞便的使用非常頻繁，農(nóng)藥造成的殘留會(huì)隨著雨水進(jìn)入地表水及地下水系統(tǒng)中，化肥和動(dòng)物糞便雖然能夠提高土壤肥力，促進(jìn)農(nóng)作物生長(zhǎng)，但是如果進(jìn)入地表水系統(tǒng)有可能引起水體富營(yíng)養(yǎng)化，這也是一種典型的污染源。通常這些農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)造成的水體污染呈現(xiàn)出小流域的特點(diǎn)，雖然其單次污染的面積比較小，但污染源分布廣泛，整體的影響范圍非常大，因而在農(nóng)業(yè)污染治理中必須加強(qiáng)對(duì)小流域污染的控制。

1 小流域面源污染的特點(diǎn)

1.1 污染源分散，污染擴(kuò)散時(shí)間長(zhǎng)

（1）小流域面源污染以農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)造成的土壤及水體污染為主，我國(guó)的農(nóng)田分配以家庭為單位，目前還難以形成大農(nóng)場(chǎng)作業(yè)模式，這些客觀情況決定了小流域面源污染相對(duì)分散的特點(diǎn)。另一方面，河流、湖泊、水庫(kù)等地表水資源的分布也非常不均勻，南方地區(qū)較為密集，北方地區(qū)相對(duì)較少。分割的地表水系也是促成小流域面源污染分散性特點(diǎn)的關(guān)鍵影響因素。

（2）農(nóng)業(yè)、化肥等污染物主要通過(guò)雨水以及小型的地表水系逐漸進(jìn)入當(dāng)?shù)氐暮恿骱秃聪到y(tǒng)中，因此，污染物通過(guò)地表徑流擴(kuò)散開(kāi)來(lái)需要一定的時(shí)間。

1.2 污染廣泛，監(jiān)測(cè)難度大

（1）污染物質(zhì)類(lèi)型多樣。實(shí)際上可造成小流域面源污染的物質(zhì)遠(yuǎn)不止農(nóng)藥和化肥，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)區(qū)域內(nèi)也會(huì)產(chǎn)生一些生活垃圾和工業(yè)垃圾，農(nóng)業(yè)活動(dòng)中使用的地膜難以降解，如果相關(guān)生產(chǎn)區(qū)域存在水土流失的情況，土壤無(wú)法保持住這些污染物，在地表水的作用下就會(huì)進(jìn)入周邊的水系，因此，其污染物質(zhì)的類(lèi)型呈現(xiàn)出廣泛性、多樣性的特點(diǎn)。

（2）污染造成的危害具有廣泛性。污染物進(jìn)入地表水系中首先會(huì)影響到微生物、魚(yú)類(lèi)等水生動(dòng)物的存活，同時(shí)這些地表水用于農(nóng)業(yè)灌溉，農(nóng)作物會(huì)吸收農(nóng)藥中的有害物質(zhì)，進(jìn)而通過(guò)食物進(jìn)入人體內(nèi)部?？傊?、動(dòng)物、植物、土壤、地表水系以及地下水等都會(huì)受到這些污染物的影響。

（3）監(jiān)測(cè)難度大。小流域面源污染本身比較分散，再加上地表水系存在一定的流動(dòng)性，這些情況增加了此類(lèi)污染的監(jiān)測(cè)難度。

2 小流域面源污染指標(biāo)體系

要有效治理小流域面源污染，就必須建立起完善的污染指標(biāo)監(jiān)測(cè)體系，從自然環(huán)境危害和社會(huì)危害兩個(gè)層面去構(gòu)建指標(biāo)體系，進(jìn)而充分評(píng)估其潛在的危害。

2.1 自然環(huán)境監(jiān)測(cè)指標(biāo)

2.1.1 地形地貌

在這一層面要掌握的情況包括地表水系的分布、地表水系的特點(diǎn)（流動(dòng)水還是靜態(tài)水）、周邊土壤的水土流失情況、土壤層坡度以及坡長(zhǎng)等。這些地形地貌因素在一定程度上決定了污染物的擴(kuò)散速度和擴(kuò)散范圍，對(duì)污染防治起到重要的指導(dǎo)作用，主要的調(diào)查方法為“3S”法和實(shí)地考察法。

2.1.2 氣象指標(biāo)

這一指標(biāo)體系包括了當(dāng)?shù)氐哪昶骄鶜鉁?、有記錄的最高氣溫、有記錄的最低氣溫、年平均降水量、最大的降水?qiáng)度、日照強(qiáng)度、年蒸發(fā)量等。這些數(shù)據(jù)可通過(guò)當(dāng)?shù)氐馁Y料來(lái)獲取，也可通過(guò)觀測(cè)的方式來(lái)獲取。

2.1.3 土壤指標(biāo)組

土壤中的影響因素非常多，土壤具有多種類(lèi)型，含水量大的土壤易于吸附污染物，植被覆蓋少的土壤提高了污染擴(kuò)散的概率?？赏ㄟ^(guò)實(shí)地調(diào)查的方法掌握土壤類(lèi)型和土壤地質(zhì)結(jié)構(gòu)指標(biāo)。借助查閱資料、實(shí)地檢測(cè)等方法掌握土壤的酸堿度、含水率、透水率、氮磷含量、有機(jī)質(zhì)含量等指標(biāo)。另外，大氣污染、工業(yè)污染以及固體廢物污染造成土壤中的重金屬元素大幅增加，這一點(diǎn)也是土壤指標(biāo)組的重點(diǎn)監(jiān)測(cè)內(nèi)容，主要是針對(duì)汞、鉻、鉛、砷、鎳、鋅元素及其化合物的監(jiān)測(cè)。

2.1.4 植被指標(biāo)組

植被覆蓋率高的地區(qū)能夠有效地保持水土，減少降雨和地表徑流向周?chē)档臄U(kuò)散，這樣可在一定程度上降低小流域面源污染。植被指標(biāo)組的主要監(jiān)測(cè)內(nèi)容是植被的類(lèi)型和植被的覆蓋面積。

2.1.5 水文指標(biāo)組

小流域面源污染的嚴(yán)重程度、影響范圍以及危害治理在很大程度上受到當(dāng)?shù)厮臈l件的影響。水文指標(biāo)組的監(jiān)測(cè)內(nèi)容包括以下方面。

（1）周邊的地表水系。重點(diǎn)掌握自然河流和人工輸水的情況，同時(shí)要監(jiān)測(cè)這些流動(dòng)水的泥沙含量、徑流深度、氮磷含量、水生生物情況等。

（2）檢測(cè)水體中的污染物情況，如有機(jī)污染物、重金金屬元素等，基本上土壤中的主要污染物都會(huì)體現(xiàn)在周邊的徑流中。

2.2 社會(huì)經(jīng)濟(jì)因素指標(biāo)組

一個(gè)地區(qū)的農(nóng)業(yè)污染程度和當(dāng)?shù)氐娜祟?lèi)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)具有非常密切的聯(lián)系。人口密度較大的鄉(xiāng)村地區(qū)通常在農(nóng)業(yè)種植面積上也更大，進(jìn)而導(dǎo)致其在化肥、有機(jī)肥以及農(nóng)藥使用量上也更加突出。在社會(huì)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)因素組中重點(diǎn)監(jiān)察人口數(shù)量、耕地面積、草原面積、林地面積，同時(shí)還要監(jiān)測(cè)農(nóng)藥使用量、農(nóng)藥種類(lèi)，化肥使用量和化肥種類(lèi)等。

3 小流域面源污染的監(jiān)測(cè)方法

3.1 明確待監(jiān)測(cè)的對(duì)象

小流域面源污染雖然單個(gè)污染面積較小，但是數(shù)量較多，并且這些污染源中產(chǎn)生的污染物會(huì)隨著地表水系進(jìn)入周?chē)暮恿飨到y(tǒng)中，因此，污染源頭在上游的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)區(qū)以及周邊的水系。要對(duì)其實(shí)施有效的監(jiān)測(cè)，至少要做好以下幾個(gè)方面的工作。

（1）獲取當(dāng)?shù)鼐C合性資料。所在地區(qū)的地質(zhì)信息、土壤信息、氣候信息、水文信息等均由當(dāng)?shù)匦姓芾聿块T(mén)所掌握，因而在開(kāi)展小流域面源污染的監(jiān)測(cè)時(shí)要先獲得當(dāng)?shù)卣娜嬷С?，這樣才能及時(shí)獲取資料，完成指標(biāo)體系的建立。

（2）篩選出滿足監(jiān)測(cè)要求的小流域。監(jiān)測(cè)對(duì)象要滿足一定的條件，面積不能過(guò)大，一般要控制在100km2之下，同時(shí)該流域的水體只能具備一個(gè)出口，使其匯聚在一起。該流域的邊界要相對(duì)清晰，最好是沒(méi)有河流補(bǔ)充其水源。

（3）通常一個(gè)被監(jiān)測(cè)的流域內(nèi)存在相互關(guān)聯(lián)的幾個(gè)小流域，可將其劃分成若干個(gè)小的監(jiān)測(cè)單位。

（4）選用綜合性的監(jiān)測(cè)方法。監(jiān)測(cè)指標(biāo)種類(lèi)較多，有些指標(biāo)數(shù)據(jù)要經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的監(jiān)測(cè)才能獲取，如當(dāng)?shù)氐哪杲涤炅俊v史最大降雨量等。此類(lèi)數(shù)據(jù)只能通過(guò)查閱資料來(lái)獲取。還有些指標(biāo)和人近期的活動(dòng)密切相關(guān)，如化肥和農(nóng)藥的使用情況，這些要以現(xiàn)場(chǎng)實(shí)地調(diào)查的結(jié)果為準(zhǔn)。在監(jiān)測(cè)這些指標(biāo)體系時(shí)要綜合運(yùn)用多種方法。

（5）掌握現(xiàn)有的監(jiān)測(cè)站點(diǎn)信息。有些小流域區(qū)域內(nèi)已經(jīng)設(shè)置了一定數(shù)量的監(jiān)測(cè)點(diǎn)，只不過(guò)由于其他的研究性活動(dòng)，這些數(shù)據(jù)中有些可直接利用。

（6）篩選出最佳的監(jiān)測(cè)對(duì)象。在科學(xué)的調(diào)研中通常會(huì)同時(shí)觀察多個(gè)監(jiān)測(cè)對(duì)象，然后對(duì)比其各自的優(yōu)缺點(diǎn)，從農(nóng)業(yè)活動(dòng)、自然條件、水文條件、土壤條件等多個(gè)方面評(píng)估其監(jiān)測(cè)價(jià)值，最終確定出最佳的監(jiān)測(cè)對(duì)象。

3.2 確定合理的監(jiān)測(cè)指標(biāo)體系

面對(duì)具體的監(jiān)測(cè)對(duì)象時(shí)，指標(biāo)體系組中的二級(jí)指標(biāo)存在較大的差異，例如，當(dāng)?shù)亓饔蛎娣e內(nèi)存在的重金屬污染物在種類(lèi)上可能存在其獨(dú)特性，受到周邊工業(yè)生產(chǎn)、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)的影響。監(jiān)測(cè)人員要通過(guò)大量的前期調(diào)研工作篩選出具體的監(jiān)測(cè)指標(biāo)，這一環(huán)節(jié)中依據(jù)的主要原理是面源污染。其含義是污染物在某個(gè)流域面積內(nèi)通過(guò)土壤、降雨、地下水、地表徑流等形式向周?chē)鷶U(kuò)散，進(jìn)而形成污染面。這一過(guò)程中應(yīng)該從兩個(gè)維度去開(kāi)展調(diào)查。

（1）地面指標(biāo)體系。主要是地表附近的一些監(jiān)控參數(shù)，常見(jiàn)的包括降雨、土壤類(lèi)型、水文分布、水體中的泥沙含量等，當(dāng)?shù)剞r(nóng)藥、化肥、有機(jī)肥料、垃圾污染情況等也都涵蓋其中。

（2）分布在空間內(nèi)的指標(biāo)。例如，地形地貌、坡度、植被種類(lèi)及植被覆蓋情況等，相關(guān)數(shù)據(jù)通常要使用衛(wèi)星、遙感、地理信息技術(shù)等來(lái)獲取。

3.3 采用正確的監(jiān)測(cè)設(shè)備

小流域面污染的監(jiān)測(cè)中涵蓋了氣候、土壤、水文、植被、地形地貌等在內(nèi)的各類(lèi)型。有些監(jiān)測(cè)指標(biāo)是以具體的物質(zhì)測(cè)量結(jié)果為依據(jù)，如土壤的酸堿度、含水率。有些監(jiān)測(cè)指標(biāo)以電子化的測(cè)量信息為依據(jù)，如坡度、土壤厚度等。不同的監(jiān)測(cè)指標(biāo)要采用合適的檢測(cè)設(shè)備來(lái)獲取數(shù)據(jù)。

（1）實(shí)地檢測(cè)類(lèi)指標(biāo)。這些指標(biāo)以技術(shù)人員實(shí)際測(cè)量結(jié)果為準(zhǔn)，使用的設(shè)備大多是一些取樣工具。

例如，監(jiān)測(cè)土壤重金屬污染情況時(shí)要在各個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)獲取土壤樣本，將其存儲(chǔ)在干燥的樣品盒或者樣品杯中，做好標(biāo)記和密封。采流域內(nèi)河水的pH時(shí)可直接使用pH試紙，如果對(duì)檢測(cè)精度要求比較高，還可直接采集水體樣本，封存在干凈的瓶子中，樣本采集結(jié)束之后在實(shí)驗(yàn)室中開(kāi)展科學(xué)的研究，獲取精確的數(shù)據(jù)。

（2）立體空間指標(biāo)的采集設(shè)備。如果要獲取被監(jiān)測(cè)對(duì)象的三維數(shù)據(jù)圖，包括水域分布、植被覆蓋、地形地貌等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)時(shí)，可采用“3S”技術(shù)，可使用無(wú)人機(jī)或者衛(wèi)星直接獲取相關(guān)信息。一般的監(jiān)測(cè)單位并不具備這樣的條件，此時(shí)只能委托專(zhuān)業(yè)的機(jī)構(gòu)來(lái)完成這些任務(wù)。

3.4 調(diào)查指標(biāo)數(shù)據(jù)的方法

3.4.1 資料查閱法

資料調(diào)查法只能用于無(wú)法在短期內(nèi)獲取或者獲取成本非常高的監(jiān)測(cè)指標(biāo)。例如，監(jiān)測(cè)地區(qū)的每年的總體降雨量、歷史最大降雨量、歷史最高氣溫和最低氣溫等。降雨量這一指標(biāo)一般的單位沒(méi)有能力檢測(cè)，并且其時(shí)間跨度太大，此類(lèi)數(shù)據(jù)要根據(jù)國(guó)家有關(guān)部門(mén)提供的數(shù)據(jù)來(lái)確定。資料查閱法的優(yōu)點(diǎn)在于成本低，速度快，同時(shí)相關(guān)數(shù)據(jù)也都比較權(quán)威，可信度高。

3.4.2 田野調(diào)查法

這種指標(biāo)獲取方法以實(shí)地考察為主，可稱(chēng)為田野調(diào)查法、地面觀測(cè)法等，總之都是要求技術(shù)人員攜帶設(shè)備到現(xiàn)場(chǎng)去直接測(cè)量數(shù)據(jù)。此類(lèi)指標(biāo)的特點(diǎn)是短期內(nèi)的變化比較大，歷史數(shù)據(jù)參考價(jià)值低，只能以最新數(shù)據(jù)為準(zhǔn)。例如，農(nóng)業(yè)活動(dòng)中使用的化肥和農(nóng)藥具有季節(jié)性的特點(diǎn)，冬季氣候寒冷，尤其是北方地區(qū)，種植活動(dòng)較少，農(nóng)藥使用量很少[6]。而春耕以及后續(xù)的養(yǎng)護(hù)階段，化肥和農(nóng)藥使用量逐漸上升，這些指標(biāo)基本上要實(shí)地檢測(cè)。

3.4.3 “3S”技術(shù)

小流域面污染源的總體面積雖然不算很大，但是有些監(jiān)控指標(biāo)也難以完全采用人工方式來(lái)獲取，尤其是整體性的空間信息，GPS、地理信息系技術(shù)以及遙感技術(shù)等在這些檢測(cè)活動(dòng)中具有非常顯著的應(yīng)用價(jià)值，其效果和效率都非常突出。

3.5 數(shù)據(jù)分析

污染情況的評(píng)價(jià)以具體的數(shù)據(jù)為依據(jù)，這也是建立指標(biāo)體系的原因。具體一般要經(jīng)過(guò)如下流程。

（1）數(shù)據(jù)的收集和整理。通過(guò)各種技術(shù)手段獲取初步的數(shù)據(jù)之后，還要對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，有些數(shù)據(jù)因?yàn)椴蓸硬粯?biāo)準(zhǔn)或者處理方法不規(guī)范，與其他正常的數(shù)據(jù)存在過(guò)大差異，這種數(shù)據(jù)的質(zhì)量不高，參考價(jià)值不大，應(yīng)該將其剔除掉，否則會(huì)導(dǎo)致最終的處理結(jié)果出現(xiàn)過(guò)大的誤差。

（2）形成科學(xué)的數(shù)據(jù)分析模型。由于被監(jiān)測(cè)流域的面積相對(duì)較大，并且其內(nèi)部還可能存在多個(gè)子流域，這就要求監(jiān)測(cè)技術(shù)人員采用正確的模型來(lái)分析相關(guān)數(shù)據(jù)，不同的監(jiān)控指標(biāo)在數(shù)據(jù)處理方法上也存在較大的差異，有些數(shù)據(jù)直接取多次測(cè)量結(jié)果的平均值，有些數(shù)據(jù)要代入特定的公式內(nèi)完成計(jì)算。環(huán)境污染評(píng)估的理論體系已經(jīng)比較完善，相關(guān)的理論模型也非常成熟，工程技術(shù)人員處理數(shù)據(jù)時(shí)要正確運(yùn)用現(xiàn)有的模型和公式，確保數(shù)據(jù)處理的正確性和精確性。小流域面污染采用的數(shù)據(jù)模型要符合面污染源的特點(diǎn)，目前與之相關(guān)的污染分析模型包括SWAT、HSPF等。以SWAT模型為例，其中包括多種類(lèi)型的子模型，能夠?qū)⑺?、土壤等因素包含進(jìn)來(lái)，在污染分析方面可取得比較突出的效果。

3.6 制定污染防治對(duì)策

監(jiān)控小流域面污染的主要目的是對(duì)相關(guān)流域內(nèi)的污染物質(zhì)、污染程度、污染擴(kuò)散規(guī)律等實(shí)現(xiàn)全面地掌握，然后在其基礎(chǔ)上制定出科學(xué)的污染防治策略。具體可遵循以下步驟來(lái)實(shí)施：

（1）減少污染物質(zhì)的使用。農(nóng)藥、生活垃圾等是污染的源頭，如果能采用合理的技術(shù)，如生物防治，減少農(nóng)藥的使用量，就可進(jìn)一步減少相關(guān)區(qū)域內(nèi)的水資源污染。

（2）阻斷污染物擴(kuò)散的途徑。農(nóng)業(yè)活動(dòng)中的污染物主要是通過(guò)降雨流入周?chē)牡乇硭抵?，可通過(guò)設(shè)置排水溝、增加植被覆蓋、改變局部地形地貌等措施阻斷雨水徑流至周邊地區(qū)的河流中。

（3）治理已經(jīng)受污染的水域。對(duì)于受農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)影響而被污染的水域，應(yīng)該及時(shí)采取措施治理相關(guān)污染，通過(guò)以上3個(gè)層次的措施，可有效減少小流域面污染，進(jìn)而對(duì)地表水系起到良好的保護(hù)作用。

4 結(jié)束語(yǔ)

小流域面污染的防治技術(shù)依托于對(duì)各類(lèi)污染指標(biāo)的監(jiān)控，因此，要取得良好的污染防治效果，就應(yīng)該根據(jù)此類(lèi)污染的特點(diǎn)，建立起完善的污染監(jiān)控指標(biāo)體系。具體包括了多個(gè)層面的內(nèi)容，如主要的污染物質(zhì)類(lèi)型、土壤條件、氣候條件、水文條件等。污染物是直接因素，其他指標(biāo)起到了間接的污染擴(kuò)散作用。在監(jiān)測(cè)這些污染因素時(shí)，要綜合運(yùn)用多種方法，合理選擇監(jiān)測(cè)對(duì)象，明確具體的監(jiān)測(cè)指標(biāo)，采用正確的監(jiān)測(cè)方法，獲取并分析數(shù)據(jù)。