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农业非点源污染负荷估算方法浅析

2012 中国水文学术讨论会. 农业非点源污染负荷估算方法浅析. 陆海明 高工 南京水利科学研究院 2014年8月25日 南京. 汇报提纲. 农业非点源污染基本概念 农业流域非点源污染负荷估算方法介绍 以社河流域为例估算农业非点源污染负荷 结论与展望. 汇报提纲. 农业非点源污染基本概念 农业流域非点源污染负荷估算方法介绍 以社河流域为例估算农业非点源污染负荷 结论与展望. 研究背景和意义. 过多的营养盐输入是引起湖泊、水库等水体富营养化，威胁水资源安全的主要原因之一； 随着点源污染的逐渐控制，非点源污染正成为流域水体营养盐主要来源；

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农业非点源污染负荷估算方法浅析

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  1. 2012中国水文学术讨论会 农业非点源污染负荷估算方法浅析 陆海明 高工 南京水利科学研究院 2014年8月25日 南京

  2. 汇报提纲 农业非点源污染基本概念 农业流域非点源污染负荷估算方法介绍 以社河流域为例估算农业非点源污染负荷 结论与展望

  3. 汇报提纲 农业非点源污染基本概念 农业流域非点源污染负荷估算方法介绍 以社河流域为例估算农业非点源污染负荷 结论与展望

  4. 研究背景和意义 • 过多的营养盐输入是引起湖泊、水库等水体富营养化，威胁水资源安全的主要原因之一； • 随着点源污染的逐渐控制，非点源污染正成为流域水体营养盐主要来源； • 准确计算非点源污染负荷是合理评价非点源污染、开展水资源规划评价的重要基础。

  5. 非点源污染类型 • 农业非点源：农作物生产，畜禽养殖 • 城市非点源：住宅区、商业区、交通、休闲娱乐、建筑工地 • 矿区非点源：露天采矿，选矿废水 • 林业非点源：道路修建，砍伐森林，烧荒 • 大气沉降：颗粒物，氮素，磷素

  6. 农业非点源基本概念 农业非点源污染，也称农业面源污染，是指在较大范围内，溶解的或固体的污染物（如农田中施用的化肥，农药，土壤颗粒物等），从非特定地点，随着降水（或融雪）冲刷作用下，通过径流过程汇入受纳水体（包括河流、湖泊、水库和海湾等）造成的污染（Novotny, V. and H. Olem ，1994）。

  7. 农业非点源污染的特点 • 污染物的来源和排放点不固定，排放具有间歇性，发生具有随机性。非点源污染主要受水文循环过程（主要为降雨以及降雨形成径流的过程）的影响和支配，降雨径流具有随机性，所以非点源污染必然具有随机性； • 非点源污染的范围与不可控的气候事件和地质地貌条件相关。污染负荷的时间变化（次降雨径流过程、年内不同季节及年际间）和空间变化（不同地点）幅度比较大；

  8. 农业非点源污染的特点 • 3.非点源污染物的输出在空间和时间上非连续性。发生时机具有潜伏性和滞后性，通常是晴天累积，雨天排放，非点源的严重危害通常发生在暴雨之后； • 4.非点源污染发生机理复杂，非点源污染的监测相比点源更为困难，复杂和昂贵。非点源污染的发生与传输机理涉及多个学科，包括气象学、水文学、水力学、土壤学、生态学等等，其复杂性远远超过了点源污染。

  9. 汇报提纲 农业非点源污染基本概念 农业流域非点源污染负荷估算方法介绍 以社河流域为例估算农业非点源污染负荷 结论与展望

  10. 农业非点源污染负荷估算常用方法 • 实测资料法 • 输出系数法 • 相关关系法 • 数学模型法

  11. 2.1 实测资料计算法 假定的前提条件：枯水期非点源负荷为零；流域点源污染负荷日排放值稳定。

  12. 2.1实测资料计算法

  13. 2.1 实测资料计算法

  14. 非点源污染负荷实测资料估算法受监测人员、监测设备设施、监测方法、监测频率、分析计算方法等多种因素影响。非点源污染负荷实测资料估算法受监测人员、监测设备设施、监测方法、监测频率、分析计算方法等多种因素影响。 监测人员对监测目的能否准确把握、样品采集是否准确到位、操作是否规范等都会影响实测资料法计算准确程度。

  15. 实测资料计算法需要在野外实际监测获得原始数据资料，运用实测资料计算的非点源污染负荷通常被认为是最准确的估算值，也是其它非点源污染负荷估算方法校正的依据。水量水质同步资料越详细估算非点源污染负荷相对越准确。实测资料计算法需要在野外实际监测获得原始数据资料，运用实测资料计算的非点源污染负荷通常被认为是最准确的估算值，也是其它非点源污染负荷估算方法校正的依据。水量水质同步资料越详细估算非点源污染负荷相对越准确。 由于实测资料法费时费力，如何利用现有的观测设施，经济合理地估算非点源污染负荷成为人们关注的焦点。

  16. 2.2 输出系数法 非点源污染负荷输出系数法是指将研究区域分为若干个计算单元，根据已有的不同计算单元污染物输出负荷系数（源强系数）乘以该计算单元面积，同时根据计算单元具体情况进行校正，得到每个计算单元非点源污染负荷，研究区域内所有计算单元的污染物负荷之和即为研究区域总的负荷。

  17. 计算公式

  18. 输出系数估算法对数据资料需求相对较少，需要的自然、社会经济资料统计资料相对容易获取，源强系数可以通过查询已有文献资料或相类获得。该方法计算操作简单，未详细考虑污染物迁移转换机理，简便快捷，具有一定的应用价值。输出系数估算法对数据资料需求相对较少，需要的自然、社会经济资料统计资料相对容易获取，源强系数可以通过查询已有文献资料或相类获得。该方法计算操作简单，未详细考虑污染物迁移转换机理，简便快捷，具有一定的应用价值。 该方法缺点是某些参数特别是流域损失系数等校正因子的确定依赖于经验，计算结果有一定的主观性；源强系数为多年的平均观测结果。

  19. 2.3相关关系法 • 利用需要估算负荷的污染物和已有资料或相对容易获得资料的污染物之间的相关关系，比如水体中泥沙含量和颗粒态污染物浓度之间关系，估算非点源污染负荷。

  20. 2.3相关关系法 • 利用已知流域非点源污染物输出负荷与流域降雨、土地利用、土壤等相关影响因子的关系，建立流域非点源污染物负荷与主要影响因子的相关关系模型，从而利用相对容易获得数据的降雨、土地利用、土壤等方面的资料估算与已知流域相似的流域非点源污染负荷。

  21. 相关关系估算法的依据是需要推算的变量和已知变量之间需有一定的相关关系，而要推算这个相关关系则需要相应的理论基础和足够的数据资料支持。相关关系估算法的依据是需要推算的变量和已知变量之间需有一定的相关关系，而要推算这个相关关系则需要相应的理论基础和足够的数据资料支持。 优点是不需要考虑污染物复杂的迁移转化过程，缺点受多种因素影响各个因素之间相关关系不一定很显著，在一个流域获得的相关关系不一定能直接应用到另外一个流域，有一定的局限性。

  22. 2.4模型计算法 • AGNPS，AnnAGNPS • SWAT (Soil and water assessment tool) • BASIN (Better assessment science integrating point and nonpoint sources) • CREAMS (Chemical runoff and erosion from agricultural management systems)

  23. 水文模型 土壤侵蚀模型 污染物迁移转化模型 径流、泥沙和污染物的河道输移模型 基本模型结构

  24. 数学模型能通过详细模拟非点源污染物迁移过程，计算污染负荷及其时间和空间分布。数学模型能通过详细模拟非点源污染物迁移过程，计算污染负荷及其时间和空间分布。 数学模型的建立和运行不仅需要足够大量的水文气象、地形、土地利用、植被覆盖等系列基础数据支撑，而且模型参数的率定也需要足够的野外观测数据。

  25. 汇报提纲 农业非点源污染基本概念 农业流域非点源污染负荷估算方法介绍 以社河流域为例估算农业非点源污染负荷 结论与展望

  26. 3.1研究区概况 南章党水文站 223.33km2 前安，同安、后安、郑家、 佟庄子、馒首、腰堡等村 136.08km2 359.41km2 社河流域示意图

  27. 社河流域地形

  28. 社河流域土地利用分布

  29. 3.2已有的数据资料 流域控制断面南章党水文站共有5年流量数据（2008~2012），8年降雨数据（2005~2012），2011~2012年汛期水质水量同步监测数据，每月一次的例行监测水质数据。

  30. 3.3估算结果 日均点源总氮负荷：2.526g/m3×0.5793 m3/s×24h×3600s=126.43kg；日均点源总磷负荷：0.00767g/m3×0.5793m3/s×24h×3600s=0.3839kg 2011年汛期总氮、总磷负荷分别为：111942kg和805kg；2012年汛期总氮总磷负荷分别为：370672kg和29344kg。 2011年总氮、总磷非点源污染负荷分别为：96770kg和759kg；2012年总氮、总磷非点源污染负荷分别为：355500kg和29298kg。

  31. 2011-2012年9次降雨事件降雨径流与负荷分析

  32. 3.3 输出系数法计算非点源污染负荷

  33. 3.3.1 农村居民生活污水排放 全年总氮负荷为2.24 g d-1人-1×10671人×365d×0.8= 6979.69kg 总磷负荷为0.079 g d-1人-1×10671人×365d×0.8= 246.16kg

  34. 3.3.2不同土地利用类型地表径流污染负荷 林地全年总氮负荷为17139 hm2×2.38 kg/(hm2·a)×0.8=32632.66kg 林地全年总磷负荷为17139 hm2×0.15 kg/(hm2·a)×0.8=2056.68 kg

  35. 3.5.2不同土地利用类型地表径流污染负荷 旱地总氮全年负荷为1206hm2×7.5kg/(hm2·a)×1.0=9045kg 旱地全年总磷负荷为1206hm2×0.35kg/(hm2·a)×1.0=422.1kg 水稻田全年总氮负荷为281hm2×10.0kg/(hm2·a)×1.0=2810kg 水稻田全年总磷负荷为281hm2×0.2kg/(hm2·a)×1.0=56.2kg

  36. 镇区全年总氮负荷51hm2×495mm×0.5×3.84mg/L×0.8=387.76kg镇区全年总氮负荷51hm2×495mm×0.5×3.84mg/L×0.8=387.76kg 镇区全年总磷负荷51hm2×495mm×0.5×0.97 mg/L×0.8=97.95kg； 农村居住地全年总氮负荷242hm2×495mm×0.5×7.26mg/L×0.8=3478.70kg 农村居住地全年总磷负荷242hm2×495mm×0.5×2.21mg/L×0.8=1058.94kg 交通道路全年总氮负荷106hm2×495mm×0.5×4.1mg/L×0.8=860.51kg 交通道路全年总磷负荷 106hm2×495mm×0.5×0.43 mg/L×0.8=90.25kg。

  37. 3.3.3 畜禽养殖业氮磷污染物排放负荷 全年牛排放的总氮负荷10.21 kg/a×1430头×0.3=4380.09kg， 全年牛排放的总磷负荷0.2179 kg/a×1430头×0.3=93.4791kg； 全年猪排放的总氮负荷0.74 kg/a×10855头×0.1=805.49kg， 全年猪排放的总磷负荷0.1417 kg/a×10855头×0.1=154.25kg；

  38. 全年羊排放的总氮负荷0.4 kg/a×8900只×0.3=1068kg， 总磷负荷0.045 kg/a×8900只×0.3=120.15kg； 全年家禽排放的总氮负荷0.04kg/a×16500000×0.05=33000kg 全年家禽排放的总磷负荷0.0054kg/a×16500000×0.05=4455kg。

  39. 汇报提纲 农业非点源污染基本概念 农业流域非点源污染负荷估算方法介绍 以社河流域为例估算农业非点源污染负荷 结论与展望

  40. 结论与展望 不同农业非点源污染负荷估算方法各有优缺点，详细全面的数据资料是准确估算的基础。 水文部门在水量水质监测方面具有得天独厚的有利条件，通过分布在全国的水文观测站网，水文部门掌握了大量的水量水质监测信息。最严格水资源管理制度要求加强水功能区限制纳污红线管理，严格控制入河湖排污总量，水文部门在做好洪水和旱情的监测与预报服务的同时，适当增加观测项目和监测频次，合理经济地获得相对准确的非点源污染负荷估算结果，为实施最严格水资源管理制度提供技术支撑。

  41. 汇报完毕，敬请批评指正！ 谢谢！ 陆海明 南京水利科学研究院水文水资源研究所 手机：13913021187 电话： 025-8582 8519 传真： 025-8582 8555 电邮：hmlu@nhri.cn

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