非点源污染负荷估算模型的研究及在北京的应用

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中小河流非点源污染治理负荷估算及分区分类研究

和流域。以哈尔滨地区为例，在分析非点源污染来源基础上，使用输出系数模型（ＥＣＭ）估算２０１０年非点源ＴＮ、
ＴＰ污染负荷及空间分布特征，计算ＴＮ、ＴＰ等标负荷，确定主要污染物。根据等标污染负荷空间分布差异，将哈尔滨地区划分为５个污染负荷区，以流域为单元用聚类分析法将中小河流归为５类，确定了区域中小河流非点源
２研究区域概况及污染源分析
哈尔滨市位于东经１２５。４２一１３０。１０、北纬４４。０４一４６。４０之间。下辖８区７县和３个县级市，行
收稿日期：２０１２－０７ — ０８基金项目：中国水科院优秀青年科研专项（水集１３１２）作者简介：崔巍（１９７９一），男，河南焦作人，博士，高级工程师，主要从事河流治理与保护研究。Ｅ－ｍａｉｌ：ｊｏｙｌｉ￣＠１２６．ｔｏｍ
（１９９ｌ一２ｏ０８年）相关研究进行统计，指出由于缺乏气候、地形、土地利用和管理措施的数据量和数据精度，精细物理型非点源污染模型（ＳＷＡＴ模型、ＡｎｎＡＧＮＰＳ模型）难以良好地校准和验证，限制了
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中小河流非点源污染治理负荷估算及分区分类研究

城市非点源污染负荷估算研究

年降雨量的相关关系，其相关性显著；在不同降雨强度条件下，对典型示范区城市排污口实施降雨过程监测，获得了有代表性的城市径流污染物平均浓度，而估算出辽宁省城市径流污染负荷总量。从
关键词：点源污染；表径流；流系数；染物平均浓度；染负荷非地径污污
Ｓ模型是由美国水土保持局（ｏｌｏｓｒａ（ＳｉＣｎｅｖ —
式（），２中Ｓ＝（５４０Ｃ一２４Ｃ为径流曲线２０／Ｎ）５，Ｎ数值，一个无量纲参数。是
ｔｎＳｒｉ）制的小流域设计洪水模型，算过程ｉｅｖｃ研ｏｅ计
非点源污染是指大气、面或土壤中的污染物地
式（），为地表径流深ｍｍ）Ｐ为降雨量ｍｍ）１中Ｄ，，
为初损量ｍｍ）Ｓ为流域饱和储水量。，由于不易准确测定，ＣＳＳ建立了经验公式：
／ａ＝０２．Ｓ。则：Ｄ＝（一０２（＋０８Ｐ．Ｓ）／Ｐ．Ｓ）（）２
地、工业用地、仓储用地、对外交通用地、道路广场用地、市政公用设施用地、绿地和特殊用地等九类。分别选定
１ＳＳ降雨径流模拟Ｃ
美国水土保持局提出ｓｓ模型，计算一次降ｃ是
雨过程径流深度的经验公式，构简单，算方便。结计其计算公式：
简单，需资料简单易取，反映不同土壤和地表覆所能盖条件对产流影响的特点，一种较好的计算小流是

农业非点源污染模型AGNPS及GIS的应用_陈国湖

◇水资源保护农业非点源污染模型AGNPS 及GIS 的应用陈国湖摘　要　农业非点源污染模型AGN PS 把流域划分为正方形网格单元,对各单元独立计算其降雨径流和土壤流失量,用连续方程进行迁移演算,在流域出口累计总土壤流失量及其携带的污染物量。

模型简单实用,对资料要求不高。

遥感技术为模型提供了新的数据源,地理信息系统(G IS )具有强大的空间数据处理分析能力。

提出了用遥感技术和G IS 为模型输入基本参数的方法。

主题词　水污染　污染源　污染研究　数学模型　农业1　概述对于非点源污染及其危害,是在防治水污染的实践中逐渐认识到的。

起初人们一直认为集中排放废污水(点源)是造成水污染的主要原因,然而随着对点源的控制和治理,非点源污染也日益突出,有必要进一步重视研究非点源污染及其防治问题。

数学模型是研究降雨径流污染的常用方法。

完整的降雨径流模型一般由以下4个子模型构成:降雨径流模型、侵蚀和泥沙输移模型、污染物转化模型、受纳水体水质模型。

70年代以来,国内外提出了许多非点源污染模型,按其降雨径流子模型可分为:①以推理公式法为基础,包括最简单的径流系数法到美国土壤保护局的SCS 法;②以时段单位线或瞬时单位线概念为基础,采用单位线法进行径流计算或推求非点源污染负荷过程线;③以水文数学模型为基础的物理过程模型,试图详尽地描述非点源污染的物理、化学和生物过程。

Zing ales 等认为,只要有长期可靠的监测资料,任一方法都能满足技术上的精度要求。

由Yo ung 等提出的A GN P S (Ag ricultural N o npoint-Sour ce)模型属于第一类。

它把流域划分为大小相同的正方形网格单元,并认为各单元对流域出口污染负荷的贡献是独立的,对每个单元分别计算其降雨径流、侵蚀和污染物流失量,根据单元的平均坡度和坡向对径流和泥沙进行迁移演算至流域出口,累计总水土流失量及其携带的污染物质。

AGN PS 和流域的下垫面特性如地形、土地覆盖、土壤类型等条件密切相关。

北京市清河水体非点源污染特征

北京市清河水体非点源污染特征代丹;于涛;雷坤;韩雪娇;徐香勤【摘要】为揭示城市水体非点源污染特征,以北京市清河流域为研究对象,于2013年8月-2014年12月对流域不同河段河水、雨水、降雨前后河水、降雨径流以及不同下垫面(居民区、商业区、绿地、街道、农田)的土壤或降尘中主要污染物进行了采样分析,结果表明:清河水体污染严重,大部分污染物浓度均超过GB 3838-2002《地表水环境质量标准》的V类标准,营养盐浓度甚至超过GB 18918-2002《城镇污水处理厂污染物排放标准》一级A排放标准.河水主要污染物浓度远高于雨水污染物浓度,长期来看,受雨水影响较小.丰水期河水ρ(TDP)(TDP为溶解性总磷)显著高于枯水期和平水期,而丰水期ρ(TDN)(TDN为溶解性总氮)却低于枯水期和平水期(P＜0.05),ρ(CODMn)和ρ(NH4+-N)在3个水期没有显著差异.与降雨前相比,降雨后河水ρ(TDN)显著降低,ρ(TDP)却显著升高(P＜0.05),ρ(CODMn)、ρ(NH4+-N)在降雨前后没有显著差异.研究显示,清河流域的降雨径流增加了河水外源磷输入,磷的初期冲刷效应最为显著,且水体磷的非点源特征明显,而氮主要来源于生活污水排放,受非点源影响较小,清河水体CODMn、NH4+-N则同时受点源和非点源的影响.【期刊名称】《环境科学研究》【年(卷),期】2018(031)006【总页数】10页(P1068-1077)【关键词】城市河流;非点源污染;降雨径流;清河【作者】代丹;于涛;雷坤;韩雪娇;徐香勤【作者单位】中国环境科学研究院河流与河口海岸带环境创新基地,北京 100012;北京师范大学水科学研究院,北京 100875;扬州大学环境科学与工程学院,江苏扬州225217;中国环境科学研究院河流与河口海岸带环境创新基地,北京 100012;中国环境科学研究院河流与河口海岸带环境创新基地,北京 100012;中国环境科学研究院河流与河口海岸带环境创新基地,北京 100012【正文语种】中文【中图分类】X522随着城市人口和城市面积不断的增加，城市化引起的土地利用变化已成为影响城市水生态系统的重要因素[1]. 当城市点源污染得到有效控制后，非点源污染会成为城市河流水质恶化的主要原因之一[2-4]. 城市化对非点源污染过程的影响，主要体现在对降雨-径流过程的影响[5]，如城市化使非透水性下垫面增加，改变了地表覆盖类型与结构和区域水文过程[6-7]，降低了城市径流的渗透作用，加速了降雨事件中地表径流的形成[8]. Bertrand等[9]通过对现场研究总结认为,初期冲刷效应可定义为30%的地表径流至少携带走80%的污染负荷，这些污染负荷对城市水环境造成冲击性影响.国外对城市非点源污染的研究开始于20世纪60年代. 早在1993年美国环境保护局(US EPA)就将城市地表径流列为全美河流和湖泊的第三大污染源[10]. 目前，以美国为代表的西方国家对非点源污染已经形成了一整套较完善的技术导则和管控体系[11]. 我国真正意义上的非点源污染研究工作始于20世纪80年代对北京城市径流污染的调查研究，之后相继在上海、杭州、苏州、长沙、南京等城市开展了城市非点源污染研究[12]. 虽然我国对城市非点源的研究已取得了一定成果，但较发达国家相比，仍然存在一些问题和不足[11].城市河流作为城市重要的生境类型，在维持城市水生态系统正常结构和功能上发挥着不可替代的作用[11]. 对城市河流非点源污染的研究最初只是针对城市降雨径流与水体污染关系和城市非点源污染负荷定量研究.如美国地质调查局在20世纪80年代开展的对全美地区暴雨径流监测研究[13]，以及运用数学模型对降雨事件平均浓度(event mean concentration，EMC)及初期冲刷效应(first flush，FF)影响因素等研究[9,11]；之后对城市河流非点源污染的研究主要以模型开发和应用为主，如城市暴雨径流模型SWMM(storm water management model)[14]和HSPF(Hydrological Simulation Program-Fortran)[11]. 此外，借助GIS、RS技术成为研究城市河流非点源污染负荷的重要手段和方法[15-16]. 虽然我国对城市河流非点源研究起步晚，但发展迅速，当前大部分工作主要集中于非点源负荷估算，对城市河流非点源的水质影响研究相对较少. 因此，研究城市河流非点源污染，特别是快速城市化背景下的非点源负荷特征，提出相应的城市河流非点源污染防治措施，对城市水环境综合管理和维持城市水体生态健康具有重要意义.清河全流域位于北京市区内，隶属于海河流域北运河水系，受闸坝调控，主要接纳城市污水处理厂出水，景观水体退水，同时沿岸居民区未经处理的生活污水、沿岸地表径流也排入河中[17]. 目前，流域内基本没有工业企业污染源. 由于城市化引起的土地利用变化对城市水环境和城市河流水质有着严重的影响[18]，随着北京市城区扩张，建筑用地不断增加，硬化地面比例逐年升高[19]，必然会对清河水体水质产生一定的影响. 选取清河流域作为研究对象，对于分析北京市城市河流的非点源污染特征具有典型的代表性. 该研究主要通过对不同河段河水、不同下垫面径流、雨水以及不同下垫面土壤(降尘)主要污染物等监测结果的统计和分析，揭示清河水体水质时空变化过程，阐明清河非点源污染特征及其对河水水质的影响. 研究结果可为水源补给相似、流域尺度相似的一些城市内河的非点源污染治理提供科学依据.1 材料与方法1.1 研究区概况清河是北京市内的主要排洪河流，位于北京北郊，发源于北旱河汇入的西山泉水、下游山洪和玉泉山泉水，流经圆明园、清河镇，在立水桥东经沙子营汇入温榆河，全长为23.8 km，流域面积为150 km2，年均径流量为1.57×108 m3[20]. 清河原受万泉河泉水补给，但因地下水开采过量泉水中断，目前基本不受泉水补给. 沿河居住有4.20×104 人[21]，全年80%～90%的降水量集中在6—9月[20]. 长期以来，清河作为北京市的排水河道直接受纳肖家河、清河两座污水处理厂出水补给，水生态系统功能退化严重[22-23]. 经过一系列的水环境保护措施和河道生态修复工程，近几年水环境状况虽有所改善，但仍为GB 3838—2002《地表水环境质量标准》劣Ⅴ类水质，主要以好氧有机物和营养盐污染为主[22].1.2 样品采集与处理于2013年8月—2014年12月在清河上游、中游、下游进行取样监测，用以分析河水水质时空变化. 样品包括清河上游(RS)、中游(RZ)和下游(RX)3个监测断面，每个断面均布设一个采样点. 其中RS断面位于清河上游排污口附近，待污水入河与河水完全自然混合之后采集，上游排污口处生活垃圾随处可见；RZ断面位于朝阳区立水桥附近某排污口以上部位，靠近地铁和公路，周边有多个小区，沿河岸两侧有种植用地和绿地，该采样断面基本不受中游点源排污影响，利于分析非点源对河流水质的影响；RX断面位于朝阳区沙子营附近，该区靠近农村，部分居民随意倾倒生活污水，沿岸公路扬尘严重. 2013年8月—2014年6月对河水进行逐月监测采样，之后监测频率改为每2个月一次.在清河中游河段区域内(立水桥)开展天然雨水和不同下垫面类型(农田、居民区、街道、绿地、商业区)所形成的径流以及降雨前后中游断面河水样品的采集，其中天然雨水主要采集于中国环境科学研究院环境基准与风险评估国家重点实验室的天台；每种下垫面类型各布设一个径流采样点. 研究期间共监测到19次降雨事件和12次降雨径流，大部分径流均自产流起分阶段收集，采样时间间隔0.5和1 h. 居民区、街道、商业区径流选择路面低洼处采集汇流雨水；农田和绿地由于土壤渗透性较强，产流较少，通过水槽导流收集. 不同下垫面土壤(或降尘)于每季度在清河上游、中游、下游区域特定地点采集，共采集5次；不同下垫面负荷强度为单位质量的土壤(或降尘)中污染物负荷，以mgkg表示.每个样品均采集一个平行样，水样均用预先处理好的500 mL聚乙烯塑料瓶采集，并于0～4 ℃冷藏保存带回实验室分析，采样点示意图见图1，主要测试指标及方法见表1. 测试之前，所有水样均经0.45 μm醋酸纤维微孔滤膜过滤；土壤(或降尘)在冷冻干燥机上冷冻干燥后用研钵研磨后过0.074 mm×0.074 mm的筛子，得到粒径<63 μm的组分. 为保证数据的准确性，每个样品均做一个平行样，并有重复测试，相对标准差均控制在10%以内.注： RS、RZ、RS分别代表清河上游、中游、下游. 下同.图1 清河水体采样监测点位分布Fig.1 The sketch map of the sampling sites in Qinghe River表1 样品测试分析方法Table 1 The measurement method of the samples样品类别测试指标方法pH、ρ(DO)哈希水质参数仪(HACH-HQ, America)现场测定ρ(TSS)重量法ρ(CODMn)G B 11892—1989《水质高锰酸盐指数的测定》水样ρ(TOC)采用TOC分析仪(Shimadzu-VCPH,日本岛津)测定ρ(TDP)HJ 670—2013《水质磷酸盐和总磷的测定连续流动-钼酸铵分光光度法》ρ(NH4+-N)HJ 535—2009《水质氨氮的测定纳氏试剂分光光度法》ρ(TDN)HJ 636—2012《水质总氮的测定碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法》ρ(SO42-)HJ∕T 342—2007《水质硫酸盐的测定铬酸钡分光光度法(试行) 》土壤(降尘)w(TN)《土壤农业化学分析方法土壤全氮的测定凯氏法》[24]w(TP)《土壤农业化学分析方法土壤总磷的测定碱熔-钼锑抗比色法》[24]1.3 数据分析与计算用非降雨期不同河段河水水质监测平均结果来分析河水水质时空变化. 根据清河流域降雨特点，以每年6—9月为丰水期，3—5月为平水期，10月—翌年2月为枯水期，对不同水期河水污染物来源进行解析. 运用SPSS 20.0对数据进行平均值、标准差等计算和统计分析. 在对所有数据进行统计检验前，先对数据分布进行检验，若原数据不符合正态分布，则将其对数化后使其服从正态分布. 除降雨前后河水水质比较采用独立样本T检验外，其余研究过程中所涉及到的差异性检验均采用单因素方差分析(one way-ANOVA)，显著性水平选择0.05. 数据结果以平均值±标准差表示，采用Origin 9.0进行绘图.2 结果与讨论2.1 清河流域大气降雨物理化学特征图2 清河水体不同河段理化性质和主要污染物变化趋势Fig.2 Variation of physicochemical properties and main pollutants at different sections of Qinghe River清河中游区19次降雨理化特征见表2，从表2可以看出，大气降雨氮素、硫酸盐以及耗氧污染物浓度较高，这是因为近年来北京市大气污染严重，NOx和SOx等颗粒污染物浓度高，天然雨水在降落过程中与污染物结合，导致降雨污染加重[25-26]. 降雨ρ(NH4+-N)、ρ(SO42-)、ρ(TDN)均与ρ(TSS)呈显著正相关(R=0.59,P<0.05; R=0.53, P<0.05; R=0.59, P<0.05)，再次说明除大气酸性气体外，降雨氮素、硫酸盐很大程度来源于对大气颗粒污染物的淋洗. 降雨ρ(SO42-)平均值已接近我国西南地区酸雨ρ(SO42-)(21.23 mgL)[27]，但尚未形成酸雨，这是因为北方地区降雨中碱性离子(如Ca2+、NH4+-N)浓度较高，对降雨的酸缓冲能力较强[28]. 降雨中ρ(NH4+-N)较高，正是降雨未呈酸性的一个重要原因. 此外，降雨中ρ(TDN)超出GB 3838—2002 Ⅲ类标准的7.60倍，这与XU等[29]对北京市降雨主要离子的研究结果基本一致；其次是ρ(TDP)平均值超过GB 3838—2002 Ⅲ类标准的1.15倍. 从变异系数来看，ρ(TDP)、ρ(TSS)、ρ(TOC)、ρ(TDN)变异系数较大，说明该指标离散程度较高，时空分布差异较大.2.2 清河不同河段及不同水期主要污染物变化特征清河水体不同河段理化性质和主要污染物变化趋势见图2. 从图2可以看出，清河河水仍属于中性水体，ρ(DO)平均值〔(4.49±2.31)mgL〕较低；河水大部分污染物平均浓度超过GB 3838—2002的V类标准，营养盐浓度甚至超过了GB 18918—2002《城镇污水处理厂污染物排放标准》一级A排放标准[30]. 空间上，清河不同河段pH无显著性差异，ρ(DO)在上游最低(P<0.05)，ρ(TSS)、ρ(TOC)、ρ(CODMn)在上游最高(P<0.05)，ρ(NH4+-N)在中游最低(P<0.05)，这是因为上游RS采样点靠近排污口，污水与河水完全混合后河水好氧污染物增多，因而上游河水悬浮物和耗氧物质受点源影响明显；中游采样断面在排污口以上，受点源排污影响较小，且河水较浅，水生植物较多，对NH4+-N等污染物具有一定的稀释降解作用. ρ(TDN)和ρ(TDP)在不同断面没有显著性差异，表明河水营养盐输入总量空间差异较小. 较天然雨水水质相比，河水主要污染物浓度远高于雨水污染物浓度(见表2)，长期来看，受雨水影响较小.表2 大气降雨水质指标的统计特征Table 2 Statistical summary of measured parameters of the rainwater水质指标最小值最大值平均值±标准差变异系数∕%pH5.537.827.03±0.496.97ρ(DO)∕(mg∕L)4.8412.806.99±0.9713.88ρ(SO42-)∕(mg∕L)0.3848.7519.08±11.2566.51ρ(NH4+-N)∕(mg∕L)0.9310.424.23±2.6261.94ρ(TDN)∕(mg∕L)2.6524.928.62±6.3473.49ρ( TDP)∕(mg∕L)0.021.800.43±0.54125.58ρ(TSS)∕(mg∕L)1.05142.0053.42±44.3082 .93ρ(TOC)∕(mg∕L)7.3126.869.02±6.8375.72ρ(CODMn)∕(mg∕L)5.4611.727.96±2.0225.38河流枯水期污染物浓度高于丰水期污染物浓度的现象，可作为判断污染物主要来自点源的依据，反之可作为判断污染物主要来自非点源的依据[4,31]. 通过对清河丰水期、平水期和枯水期主要污染物浓度的比较分析(见图3)发现,清河河水ρ(CODMn)和ρ(NH4+-N)在丰水期、平水期和枯水期没有显著性差异，ρ(TDN)在枯水期〔(27.02±19.76)mgL〕和平水期〔(26.99±16.06)mgL〕显著高于丰水期〔(11.71±6.57)mgL〕(P<0.05)，ρ(TDP)在枯水期〔(0.99±0.84)mgL〕和平水期〔(1.10±0.75)mgL〕却显著低于丰水期〔(2.84±3.15)mgL〕(P<0.05). 这说明清河水体ρ(TDN)很大程度上来源于点源，即城市生活源，而ρ(TDP)很大程度上来源于非点源，即降雨径流产生的负荷，ρ(CODMn)和ρ(NH4+-N)则同时受点源和非点源影响.注： 6—9月为丰水期; 3—5月为平水期; 10月—翌年2月为枯水期. n为样本数量,个. 下同.图3 清河丰水期和枯水期河水主要污染物浓度比较Fig.3 Comparison of major pollutant concentrations in the Qinghe River during the wet season and the dry season2.3 降雨径流过程对河流水质的影响为了评估降雨过程对河水水质的影响，分别对降雨前和每次降雨后的清河中游断面河水水质进行监测. 对监测数据的统计分析(见图4)发现，河水ρ(CODMn)、ρ(NH4+-N)在降雨前后没有显著性差异，说明这两种污染物的主要来源并非降雨径流效应. 但河水ρ(TDN)和ρ(TDP)变化显著，特别是较大的典型降雨事件前后，ρ(TDN)和ρ(TDP)变化更为显著(见图5). 由图5可见，典型降雨事件的监测结果均表明，除第一次降雨事件外，雨后河水ρ(TDN)均显著降低，但3次降雨过程中，雨后河水ρ(TDP)均显著升高，特别是较大的降雨量(42.1 mm，2014年9月2日)，对磷污染物具有明显的冲刷效应，而小的降雨量(4.1 mm，2013年10月1日；2.2 mm，2014年4月17日)对磷的冲刷效应相对较弱，再次说明降雨径流对流域磷污染物具有明显的冲刷效应. 因此，可以判断降雨径流效应(即非点源)是河水TDP的主要来源，但该过程并非河水氮污染物的主要来源，河水氮污染物受非点源影响不显著，主要来源于点源排放，这与Pernet-coudrier等[17]对北京-天津北运河水系和REN等[32]对北京市城区河流、湖泊水体氮污染源的研究结果基本一致.图4 降雨前后清河河水污染物浓度比较Fig.4 Comparison of pollutant concentrations in the Qinghe River water before and after rainfall图5 典型降雨事件前后清河河水水质比较Fig.5 Comparison of Qinghe River water quality before and after typical rainfall events2.4 不同下垫面降雨径流中污染物特征及初期冲刷效应不同的下垫面类型所形成的降雨径流对流域水体污染负荷贡献往往不同[2,33]，特别是营养盐类污染物负荷强度受下垫面类型影响最为明显[2,34-35]. 为了进一步评估降雨径流过程对河水营养盐污染物的影响，在分析降雨径流污染之前，有必要了解不同下垫面土壤(降尘)中营养盐污染物负荷强度. 从图6可以看出，w(TN)在街道降尘中最低〔(434.67±186.05)mgkg〕，在沿岸农田土壤中最高〔(1190.07±830.26)mgkg〕，明显低于一般农业土壤中w(TN)[36]，这说明沿岸农田土壤很少或基本没有施用氮肥；各下垫面中w(TN)平均为(814.07±486.99)mgkg，低于同期上海城市河岸带土壤w(TN)[37]. w(TP)在这5种下垫面中无显著性差异〔平均值为(769.64±370.91)mgkg〕，已接近我国三江平原地区农业用地表层土壤w(TP)〔(881±97.20)mgkg〕[34]，说明研究区下垫面w(TP)相对较高，磷的初期冲刷效应可能较为明显.注：不同字母表示同一指标单因素方差分析的显著性差异，P<0.05.图6 清河流域不同下垫面w(TN)、w(TP)对比Fig.6 Comparison of nitrogen and phosphorus load capacities in different land uses in the Qinghe Basin 注：不同字母表示同一指标单因素方差分析的显著性差异，P<0.05. 图7 不同下垫面降雨径流污染物浓度比较Fig.7 Comparison of pollutant concentrationsin the runoff from different land uses降雨径流是地表水体非点源污染产生的必要条件之一，特别是雨强较大的降雨产生的径流[38-39]. 对不同下垫面产生的降雨径流中ρ(CODMn)、ρ(NH4+-N)、ρ(TDN)、ρ(TDP)分析(见图7)表明，各径流ρ(CODMn)、ρ(NH4+-N)平均值与河水ρ(CODMn)、ρ(NH4+-N)均无显著性差异，ρ(TDN)平均值显著低于河水ρ(TDN)，ρ(TDP)平均值显著高于河水ρ(TDP)(P<0.05). 与其他污染物相比，降雨对磷的冲刷效应最为明显，降雨径流是清河水体磷污染的重要来源，而河水ρ(CODMn)、ρ(NH4+-N)和ρ(TDN)则受降雨径流影响不显著. 此外，与沿岸土壤或降尘中污染物负荷强度变化规律一致，5种不同类型的下垫面形成的径流中ρ(TDP)没有显著差异. 因此可以认为，城市河流水体磷污染来源于多种下垫面降雨径流输入. 考虑到北京市城市规模的逐年扩张，2013年商业用地和交通用地增长速率较快，特别是交通用地较2004年(268 km2)增长了0.73倍[19]，年增长率高达1.15%，而农业用地却在减少，2009—2014年的年均减少率已达0.64%[40]，城市化进程仍在加快. 商业区街道和居民区大部分下垫面均为硬化地面，渗透能力弱而径流效应显著，地表污染物在降雨初期最易被冲刷. 由表 3可见，降雨初期冲刷时间越短，硬化地面径流中污染物浓度越高，冲刷时间越长，后续径流中污染物浓度越低，特别是磷污染物的初期冲刷效应最为明显，产流初期0.5 h的径流ρ(TDP)是产流1 h后径流ρ(TDP)的5.19～12.65倍(见表 3). 虽然清河沿岸农田和城市绿地径流中大部分污染物浓度较高，但由于该类下垫面透水性较强，雨水易被截留下渗，产流较少，可进入地表水体的污染物总量也较少，这与Edwin等[3]对海河流域农业非点源污染的研究结果基本一致. 综上，清河流域商业区、街道和小区径流中磷污染负荷强度最大，其他非硬化地面径流中磷污染负荷相对较小.表3 典型降雨事件径流中污染物冲刷效应Table 3 The flushing effect ofrainfall-runoff events径流类型采样间隔∕hρ(TSS)∕(mg∕L)ρ(NH4+-N)∕(mg∕L)ρ(TDN)∕(mg∕L)ρ(TDP)∕(mg∕L)商业区径流0.5152.00±1.412.32±1.425.40±2.821.61±0.95154.00±8.492.98±2.273.96±1. 450.26±0.01街道径流0.51478.33±571.582.49±1.523.06±1.772.32±0.511588.00±363.452.88±2.855.57±0.130.17±0.06小区径流0.5736.00±497.103.31±2.113.93±1.162.34±1.491398.00±171.832.21±0.093. 74±0.830.22±0.28注：采样日期为2013-08-11. 营养盐浓度数据为平均值±标准差.综上，清河水体磷的非点源特征最为明显，氮主要来源于点源污染，即污水处理厂的污水排放，受非点源影响较弱；其余污染物表现出点源和非点源的共同特征，而非点源污染主要以硬化地面为主，其次是沿岸农田和绿地径流. 在进行城市受损河流污染治理时，应综合考虑污染物的点源和非点源特征，进行有针对性的治理，以改善城市水体，提高城市景观.3 结论a) 北京市清河河水污染严重，上游排污口附近河水水质最差，大部分污染物浓度均超过GB 3838—2002的V类标准，甚至超过GB 18918—2002 的一级A排放标准，但河水水质受大气降雨长期影响较小.b) 丰水期河水ρ(TDP)显著高于枯水期和平水期，ρ(TDN)却低于枯水期和平水期，但ρ(CODMn)和ρ(NH4+-N)在3个不同水期没有显著性差异.c) 清河流域降雨对磷污染物具有明显的冲刷效应，降雨径流效应(即非点源)是河水ρ(TDP)的主要来源；河水氮污染物受非点源影响不显著，主要来源于流域点源排放，而ρ(CODMn)和ρ(NH4+-N)则同时受点源和非点源影响.参考文献(References)：【相关文献】[1] GERSBERG R M,DAFT D,YORKEY D.Temporal 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废弃矿区重金属污染负荷核算方法及其应用研究—以广东某废弃铅锌矿区为例

废弃矿区重金属污染负荷核算方法及其应用研究——以广东某废弃铅锌矿区为例彭香琴1，沈于凯2，蔡彬1，王炜1，杜建伟1，陈岩贽1（1. 生态环境部华南环境科学研究所，广州 510655；2. 广东工业大学，广州 510006）摘要：为定量评估废弃矿山中非点源重金属污染负荷，以Johnes输出系数模型为基础，构建了废弃矿区固体废物重金属负荷核算模型。

以广东某废弃铅锌矿区作为模型验证区，应用模型估算了该矿区的非点源锌、铅、镉、砷、铜、汞、镍等重金属污染负荷。

结果表明：某废弃铅锌矿区固体废物在淋溶条件下产生的重金属负荷约为1.81 g/a，其中铅的负荷最高，占45.95%。

但在考虑污染物全部释放的情形下，铅的平均污染负荷达到了465.78 t。

该模型可快速推算废弃矿区重金属污染负荷，相比于传统的Johnes输出系数法更简便、快速、适用性更高。

与其他矿区相比，该矿区重金属整体污染负荷不高，但重金属污染元素种类较多，在极端条件下，该区域铅镉锌等重金属仍有较高的污染风险，建议按“一堆一策”治理方案深入开展废弃矿区固体废物污染源整治。

关键词：污染负荷核算；废弃矿山；重金属；输出系数法中图分类号： X75文献标志码： A DOI：10.16803/ki.issn.1004 − 6216.202308007Research on the calculation method and application of heavy metal pollution load inabandoned mining areas——Based on an abandoned lead-zinc mining area in GuangdongPENG Xiangqin1，SHEN Yukai2，CAI Bin1，WANG Wei1，DU Jianwei1，CHEN Yanzhi1（1. South China Institute of Environmental Sciences, Guangzhou 510655, China；2. Guangdong University of Technology, Guangzhou 510006, China）Abstract： A heavy metal load assessment model for solid waste in abandoned mines was developed to quantitatively evaluate non-point source heavy metal pollution. Using Johnes' output coefficient model, this study estimated heavy metal pollution loads in an abandoned lead-zinc mine in Guangdong. The results showed that under leaching conditions, the heavy metal load was approximately 1.81g/a, with lead comprising the highest proportion at 45.95%. Considering the total pollutant release, the average lead contamination load reached 465.78 tonnes. Compared to the conventional Johnes output coefficient method, it offered a faster and simpler approach to estimate the heavy metal pollution in abandoned mining areas. It proved to be a valuable tool for calculating non-point source heavy metal pollution loads in such areas. Although the overall heavy metal pollution load in the mining area was relatively low, the presence of various heavy metal elements posed a notable risk, particularly for lead, cadmium, and zinc under extreme conditions. Comprehensive solid waste pollution remediation following a tailored "one mining area, one policy" approach was necessary.Keywords： pollution load calculation；abandoned mining areas；heavy metals；output coefficient methodCLC number： X75矿产资源的开发与利用后往往带来矿区污染问题。

SWAT模型在国内外非点源污染研究中的应用进展

平衡方程为基础：
－三＇，
、
ｓｗ：ｓｗ０＋（一Ｑ一Ｅ一一ＱＪ
ｉ＝１
式中：ＳＷ，是时段土壤最终含水量，ｍｍ；ＳＷｏ
是时段土壤前期含水量，ｍｍ；ｔ为时间步长，ｄ；
ｄａｖ是第ｉ天降水量，ｍｌＴｌ；Ｑｆ是第ｉ天的地表
径流，ｍｍ；Ｅａ是第ｉ天的蒸发量，ｍｍ；。。。是
模型的发展历程及原理，概述了ＳＷＡＴ模型目前在国内外的水文评价、污染物流失模拟、输入参数、土地利用及气候变
化对水文响应的影响等方面的研究现状，并对ＳＷＡＴ模型的发展方向提出了建议，为模型的进一步完善与应用提供参考。
结果显示，ＳＷＡＴ模型对水文评价（如径流量、泥沙量）可得到较好的模拟和预测结果，能够模拟污染物（如农药和化肥）
所示。
２ＳＷＡＴ模型的原理
ＳＷＡＴ允许模拟流域中许多不同的物理过
程，模拟的流域水文过程分为两个主要部分：一
个是陆面部分，控制每个子流域主河道的水、泥
沙、营养物和农药负荷等的输入量，主要的组件
生态环境学报２００９，１８（６）：２３８７－２３９２
ＥｃｏｌｏｇｙａｎｄＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａ１Ｓｃｉｅｎｃｅｓ
ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｊｅｅｓｃｉ．ｃｏｍＥ．ｍａｉｌ：ｅｄｉｔｏｒｆ￣ｉｅｅｓｃｉ．ｃｏｒｎ
ＳＷＡＴ模型在国内外非点源污染研究中的应用进展
随着点源污染得到了有效治理和控制，由非点源污染引起的水体污染问题日益突出，全球有３９％的河流，４５％的湖泊，５１％的河口受到非点源污染的影响【ｌＪ，非点源污染已成为水质恶化的

AnnAGNPS模型土壤数据库的建立——以柴河上游小流域为例

ｆｒｎｒｎｒｄｃｄａｌａｅｔｇｒｌｔｄｐｒｍｅｅｓＢｓｄｏｈｓａｌｈｄｓｉｄｔａｅｔｅａｐｉａｉｔｆＡｎｏｍｉｇｗｅｅｉｔｏｕｅｓｗｅｌｓｇｔｎｅａｅａａｔｒ．ａｅｎｔｅｅｔｂｉｅｏｌａａｓｈｐｌｂｌｙｏ－ｉｓｂｃｉ
农业环境科学学报２１，９增刊）１１１５００２（：５ — ５
ＪｕｎｌｆＡｒ— ｎｉｎｅｔｃｎｅｏｒａｇｏＥｖｏｍｎＳｉｃｏｒｅ
ＡｎＧＰｎＡＮＳ模型土壤数据库的建立
— —
以柴河上游小流域为例
成为计算非点源污染负荷、键源区识别、拟非点关模源管理方案的主要技术手段。Ｊ，其中主要应用于
在点源污染得到逐步控制后，农业非点源污染已被许多发达国家证实为水体污染的主要原因之一 … 。
由于农业非点源污染具有随机发生，污染物来源及排放分散不确定，染滞后、蔽且监测、制处理复污隐控杂等原因，成非点源污染的研究与控制具有较造
Ａｂｔａｔｈｎｓｒｃ：ＴｅＡｎＡＧＮＰｄｌｉａｔｏｏｐｅｉｔｔｅｌａｆｎｎ—ｐｉｔｓｕｃｏｌｔｎｆｍｇｉｕｔｒ．ＩｈｓｐｐｒａＳｍｏｅｓｏｌｒｄｃｈｏｄｏｏｔｏｎｏｒｅｐｌｉｒａｒｌｅｎｔｉａｅｕｏｏｃｕｓｉｄｔｂｓｏｎｏｌａａａｅｆｒＡｎＡＧＮＳＷｏｓｒｃｉｎｏｈａｅｏｈｉｖｒＳｕｐｒｒａｈｓｈｔｏｓｏｏｌｔｘｕｅｔｎ－ＰａｃｎｔｕｔｎｔｅｃｓｆＣａＨｅｆｅ ’ ｐｅｅｃｅ．ＴｅｍｅｈｄｆｓｉｅｔｒＩｓｓｏｉａ＿

农田氮素非点源污染模型及年负荷估算研究

维普资讯
第６期２００７年１月１
华东师范大学学报（自然科学版）
ＪｕｎｌｆＥｓｉａＮｏｍａＵｎｖｒｉ（ｔｒｌｃｅｃ）ｏｒａａｔＣｈｎｒｌｉｅｓｙＮａｕａｉｎｅｏｔＳ
Ｃ口；３Ｄｅｒｍｅｔ矗．ｐａｔｎ０厂ＧｅｇｒｐｈｏａＹ，ＥａｓＣｈｎｒｌＵｎｖｒｉｙ，Ｓｎｈ２０６ｉａＮｏｍａｉｅｓｔｔｈａｇａｉ００２，Ｃｎｈｉａ）
ＡｂｔａｔＡｃｏｄｎｏｔｅｃａａｔｒｆｕｏｆｎｅｔｌａｉｎｈｕｏｆｒｃｓｎｔｅｆｒｓｒｃ：ｃｒｉｇｔｈｈｒｃｅｓｏｎｆａｄｆｒｉｚｔ，ｔｅｒｎｆｐｏｅｓｉｈａｍ— ｒｉｏ
关键词：降雨径海郊区
中图分类号：Ｐ３，５３３Ｘ２文献标识码：Ａ
ＲｅｅｒｈｏｔｏｅｎｉｏｒｅＰｏｌｔｏｏｅｎｓａｃｎＮｉｒｇｎＮｏｐｏｎｔＳｕｃｌｕｉｎＭｄｌｉＦａｍｌｎｄｏｈａｇａｂｒｓｒａｆＳｎｈｉＳｕｕｂ
分析长系列降雨资料的基础上，综合运用修正ＳＳＳｉＣｎｅｖｔｎＳｒｉ）、位线法和相Ｃ（ｏｌｏｓｒａｉｅｖｃ法单ｏｅ关分析法，算得到农田径流过程排放的氮素量，加上地下水渗漏流失的氮素量，得上海地估再取区一般降水年份农田的氮素非点源污染年负荷量为２．ｇ・ａ．６５ｋｈ～

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非点源污染负荷估算模型的研究及在北京的应用
摘要：本文通过对大量文献资料的研究，对非点源污染负荷估算模型的发展历史进行了全面的分析，探究出了非点源污染负荷估算模型在不同时期不同区域的特点和应用范围。

并对现有的各类非点源污染负荷模型进行对比，得出他们各自的优缺点和选用标准，以便应对不同的水域实际情况。

虽然各类模型都各自有各自的优势，但是他们都存在着一定的问题，本文对这些存在的问题进行了阐述，并对未来非点源污染负荷模型的发展趋势进行了预测和猜想。

最后根据北京当地的实际情况，提出了非点源污染负荷模型在北京应用基本思路和面临的挑战。

关键词：污染负荷;非点源污染模型;地表径流;面源污染abstract: based on the literature research, the non - point source pollution loading estimation model development history undertook comprehensive analysis, explores a non - point source pollution loading estimation model in different times and different regional characteristics and scope of application. the existing various kinds of non point source pollution load model for contrast, derive their respective advantages and disadvantages and selection criteria, in order to deal with different water conditions. although all models have their own advantages, but they all exist the certain problem, based on the existing problems are described, and
the future of non point source pollution load model to forecast the development trend and guess. finally, according to the local conditions of beijing, puts forward the non point source pollution load model in beijing application basic ideas and challenge.
key words: pollution load of non point source pollution; model; surface runoff; non-point source pollution
中国分类号:tk7文献标识码：a 文章编号：
2095-2104(2012)03-0001-02
1.引言
降雨径流过程、侵蚀过程和污染物的迁移转化过程是决定非点源污染特征的三个主要过程，因此通常非点源模型由水文子模型、土壤侵蚀子模型和污染物迁移转化子模型构成。

国外非点源污染模型的发展大致经历了三个阶段：（1）早期的经验模型。

如日本的水箱模型tank（李有林2000），在诸多非点源养分污染模型中运用的美国的通用土壤流失方程usle（wischmeier and smith 1978）。

这类模型主要通过统计分析建立污染负荷与土地利用、径流量及土壤侵蚀量之间的关系，对数据的需求比较低，在早期得到了广泛应用；（2）上世纪70年代中期后的机理模型。

如，hydrocomp公司的非点源系列模型ptr-hsp-arm-nps、统一运输模型utm（decoursey 1985；beyerlein 1979）、流域非点源污染模拟模型answers （bouraoui and dillaha 1996）等；（3）近期的新一代功能模型。

它协调了前两种模型的优缺点，是对非点源污染的水文、侵蚀和污染物迁移过程进行系统综合模拟的一种模型。

如化学污染物径流负荷和流失模型creams（knisel 1982）、农业非点源污染模型agnps （panuska et al. 1991），以及与3s技术结合的大型模型，如basins （whittemore 1998）和swat（arnold 1998）等。

2. 模型的比较
非点源模型一般是以流域(单个流域或多流域)为研究对象，研究各非点源污染物进入地表水和地下水系统的方式、强度等特性以及规律。

目前，国外在非点源污染领域的研究已经相当广泛；国内在这方面研究虽属于热点，但仍然比较薄弱。

answers (areal nonpoint source watershed environment response simulation)是由美国普度大学农业工程系beasley和huggins于1981年提出的基于降水事件的分布式参数模型，[1]可以模拟暴雨事件中农业流域的截留、渗透、地表水、地表径流、壤中流、土壤侵蚀和泥沙输运、沉积等过程。

输入信息包含土地利用、土壤数据、小时降数。

据和bmp措施设计数据；输出信息包含暴雨径流量和峰值流量。

污染物类型包括氮、磷的各种形态。

hspf ( hydrological simulation program-fortran)是由hanson等于1981年提出的一个允许用水动力学和沉积化学共同作用来模拟路面和土壤污染物
径流过程的物理分布型综合模型。

hspf考虑了雨滴溅蚀、径流冲刷侵蚀和沉积作用，同时考虑复杂的污染物(污染物包括氮、磷和农药等)平衡。

其输入信息包括气象和水文、土地利用、负荷因子与
冲刷参数、受纳水体特征、衰减系数；输出信息主要包括径流量和污染物负荷的时间序列、对受纳水体的影响分析、对控制措施的分析；污染物类型主要取决于可获得的污染物参数和数据。

3. 模型的选用的标准
由于各种模型的功能和特点不尽相同，所以在定量非点源污染负荷过程中必然存在模型的选择和适用问题。

有针对性的对每个模型的评价标准从6个方面做了总结：
（1）应用尺度
不同的研究尺度对非点源污染模型对水文过程和污染物迁移过程的模拟效果影响很大，所以要根据集水区的特征来确定合适的研究尺度。

模型在小于适用尺度的情况下比大于适用尺度的情况下模拟效果好。

一般情况下，模拟过程中的时间尺度可以分为长期或短期。

一些模型适合短期模拟，如单场降雨事件；而另一些模型能够进行长期模拟，如一个月甚至几百年的连续时间模拟。

（2）研究对象的具体特征
研究区域的特征对模型的选择很重要。

研究过程中，区域内部和外部变量都需要说明，而且变量选择得越多，模型匹配得越好。

比如低凹区与高山区的土壤特征和相应的地形之间分别具有不同的影响机制，在研究过程中，需针对研究对象选择不同的参数变量。

但是，如果模型能够反应土壤动态的一般机理，那么它就可以应用到研究区域以外的同一土壤。