入河排污口論證報告編制有關非點源分析方法探討

谷彥彬

一、非點源污染的概念

非點源污染是指在工農業生產與人們的生活中，土壤泥沙顆粒、氮磷等營養物質、農藥等有害物質、秸稈農膜等固體廢棄物、畜禽養殖糞便污水、水產養殖餌料藥物、農村生活污水垃圾、各種大氣顆粒物等，通過地表徑流、土壤侵蝕、農田排水、地下淋溶、大氣沉降等形式進入水、土壤或大氣環境所造成的污染。降雨徑流，如農藥、化肥污染。

非點源污染一般又可分為線源和面源，線源是指河、湖中行駛的船只對水體可能造成的污染，包括由船上向水中傾倒的生活垃圾和排泄物，以及泄露的油。面源是更重要而廣泛的非點源污染源，一般常將面源稱為非點源污染。

二、非點源污染的特征

與點源污染相比，非點源污染起源于分散、多樣的地區，地理邊界和發生位置難以識別和確定，隨機性強、成因復雜、潛伏周期長，非點源污染由于涉及范圍廣、控制難度大，因而防治十分困難，目前已成為影響水體環境質量的重要污染源。

三、非點源污染調查分析

對于入河排污口論證線源污染，目前尚未有規范化的調查和評價的方法，但如果評價的水體船只來往頻繁，則應重視其可能造成的污染。一般調查行駛船只的數量及其排污及漏油量，而后估算污染總量。

面源是伴隨著水文工程發生的，表現為污染物質在降雨所產生的徑流沖刷下收納水體的過程。污染負荷存在于徑流、基流和地下水中。負荷量的大小不僅取決于降雨量、降雨強度、流域下滲和蓄水特征等重要的水文因素密切相關，而且還取決于流域的土壤特性、地表污染物積累量及人類的土地利用活動。

由于非點源污染在時間上和空間上的不確定性及調查困難，在編制入河排污口論證時，要想對河段流域范圍內普遍觀測地表徑流、泥沙流失和污染負荷是不可能的。因此，可根據地面條件的差異分類調查，最后計算出入河排污口可能影響流域非點源污染負荷量。其調查可按以下步驟進行。

1.確定流域排水區域的范圍

利用入河排污口論證區域內流域地形圖，把河流的匯水區分成子匯水區，并確定其面積。

2.劃分土地利用單元

根據入河排污口論證區域內流域的土地利用情況，進一步將各子匯水區細分為各種不同土地利用單元，如農業區、林業區、牧區、裸露區、城鎮市區等，并確定其面積。然后將流域內各類相同的土地利用單元相加，得出流域土地利用分類面積。城鎮區的土地利用又可細分為：住宅、商業、道路、工業、公園等用地。

3.確定非點源污染負荷檢測方案

（1）設立監測點。

（2）確定監測項目，應對水質、水量同步監測。

（3）監測頻率，非汛期頻率較低，尤其是大徑流過程，監測頻率要高，能反映出整個徑流過程的水量和水質變化。

（4）計算污染負荷，一般可根據各種土地利用類型樣本的監測結果，確定出它的單元負荷，而后根據流域中每種土地利用類型的總面積，計算出總輸出，各類總輸出相加，即為入河排污口論證區域內全流域的年污染負荷。

四、非點源污染定量化方法

非點源污染負荷定量化研究，涉及水文、地理、氣象、水土保持和市政等諸多學科，可從不同角度進行研究分析，目前入河排污口論證采用較多的方法有：

1.典型區域的小試驗區監測方法

入河排污口所影響的城市非點源污染研究，為弄清不同城市功能區污染物積累規律、污染物含量特征及非點源污染的發生機理，一般將城市區域劃分為工業區、居民區、商業區、交通繁華區等幾種主要土地利用類型區，在各類型區域內選擇一塊能代表研究區域各類特征的封閉的小試驗區，布點采集街道累積物，并同步監測降雨、地表徑流及雨水管網排水口的水質、水量，通過分析研究非點源污染的性質，掌握污染的形成規律，確定污染物的單位負荷量，利用單位負荷量研究區域面積來估算非點源污染產生的負荷量。然后根據具體的研究目的，采用成熟模型或在此基礎上加以修正，模擬和估算出非點源污染負荷。這個方法常用于大江大河的入河排污口論證的非點源污染工作監測方法。

2.水質水量相關法

由降雨徑流污染形成的過程可知，在降雨過程中，只有形成徑流，才有可能產生非點源污染。因此降雨徑流污染負荷量與降雨徑流量有密切的關系。另一方面，可知年徑流量可以分為地表徑流和地下徑流，如果能夠得到地表徑流和地下徑流的平均濃度，可得到非點源污染負荷。此方法適用與單一入河排污口論證。

3.平均濃度法

平均濃度法是根據年污染負荷量計算求得，年污染負荷量可以由地表和地下徑流的平均濃度和相應的徑流量的乘積求得，對于徑流量可以由長系列實測水文徑流資料查出，水文資料不足的也可以采用當地水文手冊中的等值線圖推求。

對于地表徑流的平均濃度，可以先計算每次暴雨各種污染物非點源污染的平均濃度，以各次暴雨產生的徑流量為權重，求出其加權的平均濃度即為地表徑流的平均濃度。此方法適用于單一入河排污口論證和小范圍小流量入河排污口論證。

4.CREAMS 模型

CREAMS（Chemical Runoff and erosion from Agricultural Management Systems）模型是由美國農業部開發的，屬于集總式模型，主要用于研究土地管理對水、泥沙、營養物和殺蟲劑的影響，適用范圍為40～400hm2。模型由3個功能模塊組成：水文模塊、侵蝕或泥沙模塊和化學污染物模塊。水文模塊采用SCS曲線法和Green-Ampt入滲方程。侵蝕模塊引用了USLE方程，污染物負荷采用概念模型。CREAMS廣泛應用于計算農田污染物的流失。但由于模型的參數比較單一，而且沒有考慮流域土壤、地形和土地利用狀況的差異性，所以它只能用作粗略的計算和預測預報。此方法適用于農業非點源污染的防治理論模型研究。

5.AGNPS模型

AGNPS (Agricultural Nonpoint Source Pollution) 模型于1986年由美國農業部農業研究署和土壤保護署以及明尼蘇達州的污染控制處聯合開發。

AGNPS模擬一次降雨過程時，可以模擬集水區內徑流、侵蝕和營養物質遷移等內容。主要有3個模型組件：推求徑流和水量的水文組件，推求侵蝕和泥沙輸移的組件，推求營養鹽輸移和濃度的化學組件。水文組件采用美國農業部土壤保護署的CN方法，以格網離散單元為計算單元；泥沙輸移組件采用通用的土壤流失方程USLE；而營養鹽的輸移主要基于富集率和提取系數的概念估測氮（N）、磷（P）和COD。此方法適用于理論模型研究。

6.SWAT模型

SWAT（Soil and Water Assessment Tools）是由美國農業部農業研究署研究開發的一個連續時間的分布式模型，適用于包含各種土壤類型、土地利用和農業管理制度的大流域。主要用來模擬和評估人類活動對水、沙、農業污染物的長期影響。SWAT模型在離散化的空間單元中，應用傳統的概念性模型來推求水文、污染物輸移和轉化等過程。其由8個組件組成，包括：水文、氣象、泥沙、土壤溫度、作物生長、營養鹽、農藥和農業管理。可以模擬地表徑流、入滲、側流、地下水流、回流、融雪徑流、土壤溫度、土壤濕度、蒸散量、產沙、輸沙、作物生長、氮、磷等營養鹽流失、流域水質、農藥等多種過程以及耕作、灌溉、施肥等多種農業管理措施對這些過程的影響。模型可以模擬5種形態的氮和磷，包括礦物態和有機態的氮磷，不但考慮了氮磷在上層土壤和泥沙中的集聚，同時利用供求方法計算了作物生長的吸收。此方法適用于大型項目和理論模型研究