小流域面源污染監測技術指標體系及監測方法研究

崔 然，劉 敏，潘 寧

（山東省泰安生態環境監測中心，山東泰安 271000）

在農業生產活動中，農藥、化肥以及動物糞便的使用非常頻繁，農藥造成的殘留會隨著雨水進入地表水及地下水系統中，化肥和動物糞便雖然能夠提高土壤肥力，促進農作物生長，但是如果進入地表水系統有可能引起水體富營養化，這也是一種典型的污染源。通常這些農業生產活動造成的水體污染呈現出小流域的特點，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，因而在農業污染治理中必須加強對小流域污染的控制。

1 小流域面源污染的特點

1.1 污染源分散，污染擴散時間長

（1）小流域面源污染以農業生產活動造成的土壤及水體污染為主，我國的農田分配以家庭為單位，目前還難以形成大農場作業模式，這些客觀情況決定了小流域面源污染相對分散的特點。另一方面，河流、湖泊、水庫等地表水資源的分布也非常不均勻，南方地區較為密集，北方地區相對較少。分割的地表水系也是促成小流域面源污染分散性特點的關鍵影響因素。

（2）農業、化肥等污染物主要通過雨水以及小型的地表水系逐漸進入當地的河流和湖泊系統中，因此，污染物通過地表徑流擴散開來需要一定的時間。

1.2 污染廣泛，監測難度大

（1）污染物質類型多樣。實際上可造成小流域面源污染的物質遠不止農藥和化肥，農業生產區域內也會產生一些生活垃圾和工業垃圾，農業活動中使用的地膜難以降解，如果相關生產區域存在水土流失的情況，土壤無法保持住這些污染物，在地表水的作用下就會進入周邊的水系，因此，其污染物質的類型呈現出廣泛性、多樣性的特點。

（2）污染造成的危害具有廣泛性。污染物進入地表水系中首先會影響到微生物、魚類等水生動物的存活，同時這些地表水用于農業灌溉，農作物會吸收農藥中的有害物質，進而通過食物進入人體內部。總之，人、動物、植物、土壤、地表水系以及地下水等都會受到這些污染物的影響。

（3）監測難度大。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性，這些情況增加了此類污染的監測難度。

2 小流域面源污染指標體系

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監測體系，從自然環境危害和社會危害兩個層面去構建指標體系，進而充分評估其潛在的危害。

2.1 自然環境監測指標

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（流動水還是靜態水）、周邊土壤的水土流失情況、土壤層坡度以及坡長等。這些地形地貌因素在一定程度上決定了污染物的擴散速度和擴散范圍，對污染防治起到重要的指導作用，主要的調查方法為“3S”法和實地考察法。

2.1.2 氣象指標

這一指標體系包括了當地的年平均氣溫、有記錄的最高氣溫、有記錄的最低氣溫、年平均降水量、最大的降水強度、日照強度、年蒸發量等。這些數據可通過當地的資料來獲取，也可通過觀測的方式來獲取。

2.1.3 土壤指標組

土壤中的影響因素非常多，土壤具有多種類型，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散的概率。可通過實地調查的方法掌握土壤類型和土壤地質結構指標。借助查閱資料、實地檢測等方法掌握土壤的酸堿度、含水率、透水率、氮磷含量、有機質含量等指標。另外，大氣污染、工業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，這一點也是土壤指標組的重點監測內容，主要是針對汞、鉻、鉛、砷、鎳、鋅元素及其化合物的監測。

2.1.4 植被指標組

植被覆蓋率高的地區能夠有效地保持水土，減少降雨和地表徑流向周圍水系的擴散，這樣可在一定程度上降低小流域面源污染。植被指標組的主要監測內容是植被的類型和植被的覆蓋面積。

2.1.5 水文指標組

小流域面源污染的嚴重程度、影響范圍以及危害治理在很大程度上受到當地水文條件的影響。水文指標組的監測內容包括以下方面。

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

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

2.2 社會經濟因素指標組

一個地區的農業污染程度和當地的人類經濟活動具有非常密切的聯系。人口密度較大的鄉村地區通常在農業種植面積上也更大，進而導致其在化肥、有機肥以及農藥使用量上也更加突出。在社會經濟指標因素組中重點監察人口數量、耕地面積、草原面積、林地面積，同時還要監測農藥使用量、農藥種類，化肥使用量和化肥種類等。

3 小流域面源污染的監測方法

3.1 明確待監測的對象

小流域面源污染雖然單個污染面積較小，但是數量較多，并且這些污染源中產生的污染物會隨著地表水系進入周圍的河流系統中，因此，污染源頭在上游的農業生產區以及周邊的水系。要對其實施有效的監測，至少要做好以下幾個方面的工作。

（1）獲取當地綜合性資料。所在地區的地質信息、土壤信息、氣候信息、水文信息等均由當地行政管理部門所掌握，因而在開展小流域面源污染的監測時要先獲得當地政府的全面支持，這樣才能及時獲取資料，完成指標體系的建立。

（2）篩選出滿足監測要求的小流域。監測對象要滿足一定的條件，面積不能過大，一般要控制在100km2之下，同時該流域的水體只能具備一個出口，使其匯聚在一起。該流域的邊界要相對清晰，最好是沒有河流補充其水源。

（3）通常一個被監測的流域內存在相互關聯的幾個小流域，可將其劃分成若干個小的監測單位。

（4）選用綜合性的監測方法。監測指標種類較多，有些指標數據要經過長時間的監測才能獲取，如當地的年降雨量、歷史最大降雨量等。此類數據只能通過查閱資料來獲取。還有些指標和人近期的活動密切相關，如化肥和農藥的使用情況，這些要以現場實地調查的結果為準。在監測這些指標體系時要綜合運用多種方法。

（5）掌握現有的監測站點信息。有些小流域區域內已經設置了一定數量的監測點，只不過由于其他的研究性活動，這些數據中有些可直接利用。

（6）篩選出最佳的監測對象。在科學的調研中通常會同時觀察多個監測對象，然后對比其各自的優缺點，從農業活動、自然條件、水文條件、土壤條件等多個方面評估其監測價值，最終確定出最佳的監測對象。

3.2 確定合理的監測指標體系

面對具體的監測對象時，指標體系組中的二級指標存在較大的差異，例如，當地流域面積內存在的重金屬污染物在種類上可能存在其獨特性，受到周邊工業生產、農業生產活動的影響。監測人員要通過大量的前期調研工作篩選出具體的監測指標，這一環節中依據的主要原理是面源污染。其含義是污染物在某個流域面積內通過土壤、降雨、地下水、地表徑流等形式向周圍擴散，進而形成污染面。這一過程中應該從兩個維度去開展調查。

（1）地面指標體系。主要是地表附近的一些監控參數，常見的包括降雨、土壤類型、水文分布、水體中的泥沙含量等，當地農藥、化肥、有機肥料、垃圾污染情況等也都涵蓋其中。

（2）分布在空間內的指標。例如，地形地貌、坡度、植被種類及植被覆蓋情況等，相關數據通常要使用衛星、遙感、地理信息技術等來獲取。

3.3 采用正確的監測設備

小流域面污染的監測中涵蓋了氣候、土壤、水文、植被、地形地貌等在內的各類型。有些監測指標是以具體的物質測量結果為依據，如土壤的酸堿度、含水率。有些監測指標以電子化的測量信息為依據，如坡度、土壤厚度等。不同的監測指標要采用合適的檢測設備來獲取數據。

（1）實地檢測類指標。這些指標以技術人員實際測量結果為準，使用的設備大多是一些取樣工具。

例如，監測土壤重金屬污染情況時要在各個監測點獲取土壤樣本，將其存儲在干燥的樣品盒或者樣品杯中，做好標記和密封。采流域內河水的pH時可直接使用pH試紙，如果對檢測精度要求比較高，還可直接采集水體樣本，封存在干凈的瓶子中，樣本采集結束之后在實驗室中開展科學的研究，獲取精確的數據。

（2）立體空間指標的采集設備。如果要獲取被監測對象的三維數據圖，包括水域分布、植被覆蓋、地形地貌等基礎數據時，可采用“3S”技術，可使用無人機或者衛星直接獲取相關信息。一般的監測單位并不具備這樣的條件，此時只能委托專業的機構來完成這些任務。

3.4 調查指標數據的方法

3.4.1 資料查閱法

資料調查法只能用于無法在短期內獲取或者獲取成本非常高的監測指標。例如，監測地區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。降雨量這一指標一般的單位沒有能力檢測，并且其時間跨度太大，此類數據要根據國家有關部門提供的數據來確定。資料查閱法的優點在于成本低，速度快，同時相關數據也都比較權威，可信度高。

3.4.2 田野調查法

這種指標獲取方法以實地考察為主，可稱為田野調查法、地面觀測法等，總之都是要求技術人員攜帶設備到現場去直接測量數據。此類指標的特點是短期內的變化比較大，歷史數據參考價值低，只能以最新數據為準。例如，農業活動中使用的化肥和農藥具有季節性的特點，冬季氣候寒冷，尤其是北方地區，種植活動較少，農藥使用量很少[6]。而春耕以及后續的養護階段，化肥和農藥使用量逐漸上升，這些指標基本上要實地檢測。

3.4.3 “3S”技術

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

3.5 數據分析

污染情況的評價以具體的數據為依據，這也是建立指標體系的原因。具體一般要經過如下流程。

（1）數據的收集和整理。通過各種技術手段獲取初步的數據之后，還要對這些數據進行整理，有些數據因為采樣不標準或者處理方法不規范，與其他正常的數據存在過大差異，這種數據的質量不高，參考價值不大，應該將其剔除掉，否則會導致最終的處理結果出現過大的誤差。

（2）形成科學的數據分析模型。由于被監測流域的面積相對較大，并且其內部還可能存在多個子流域，這就要求監測技術人員采用正確的模型來分析相關數據，不同的監控指標在數據處理方法上也存在較大的差異，有些數據直接取多次測量結果的平均值，有些數據要代入特定的公式內完成計算。環境污染評估的理論體系已經比較完善，相關的理論模型也非常成熟，工程技術人員處理數據時要正確運用現有的模型和公式，確保數據處理的正確性和精確性。小流域面污染采用的數據模型要符合面污染源的特點，目前與之相關的污染分析模型包括SWAT、HSPF等。以SWAT模型為例，其中包括多種類型的子模型，能夠將水文、土壤等因素包含進來，在污染分析方面可取得比較突出的效果。

3.6 制定污染防治對策

監控小流域面污染的主要目的是對相關流域內的污染物質、污染程度、污染擴散規律等實現全面地掌握，然后在其基礎上制定出科學的污染防治策略。具體可遵循以下步驟來實施：

（1）減少污染物質的使用。農藥、生活垃圾等是污染的源頭，如果能采用合理的技術，如生物防治，減少農藥的使用量，就可進一步減少相關區域內的水資源污染。

（2）阻斷污染物擴散的途徑。農業活動中的污染物主要是通過降雨流入周圍的地表水系中，可通過設置排水溝、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的河流中。

（3）治理已經受污染的水域。對于受農業生產活動影響而被污染的水域，應該及時采取措施治理相關污染，通過以上3個層次的措施，可有效減少小流域面污染，進而對地表水系起到良好的保護作用。

4 結束語

小流域面污染的防治技術依托于對各類污染指標的監控，因此，要取得良好的污染防治效果，就應該根據此類污染的特點，建立起完善的污染監控指標體系。具體包括了多個層面的內容，如主要的污染物質類型、土壤條件、氣候條件、水文條件等。污染物是直接因素，其他指標起到了間接的污染擴散作用。在監測這些污染因素時，要綜合運用多種方法，合理選擇監測對象，明確具體的監測指標，采用正確的監測方法，獲取并分析數據。