陳 巖 趙翠平 郜志云 白 輝 趙琰鑫

(環(huán)境保護(hù)部環(huán)境規(guī)劃院，北京 100012)

我國(guó)流域河流污染問(wèn)題日益突出，面臨著有機(jī)污染物、重金屬、農(nóng)藥等帶來(lái)的巨大壓力。控制和消除河流污染源是防止污染的根本措施[1]。因此，流域污染負(fù)荷精確核算是污染控制的重要前提，也是污染治理的關(guān)鍵性因素。區(qū)域環(huán)境條件通常較復(fù)雜，污染來(lái)源較廣，與地形、水文、土地利用等條件息息相關(guān)。很多污染負(fù)荷排放量的核算工作較困難，除產(chǎn)排污系數(shù)法外，更多采用環(huán)境模型計(jì)算[2]。

在京津冀一體化的大背景下，本研究以南部典型的水資源超載區(qū)——滹沱河流域作為研究對(duì)象，核算流域內(nèi)的污染點(diǎn)源和農(nóng)業(yè)非點(diǎn)源。其中，點(diǎn)源包含工業(yè)、農(nóng)業(yè)和生活3個(gè)部分。農(nóng)業(yè)非點(diǎn)源基于流域分布式水文模型——SWAT模型進(jìn)行核算。通過(guò)準(zhǔn)確量化區(qū)域污染結(jié)構(gòu)，為流域水污染控制和水質(zhì)改善提供科學(xué)依據(jù)。

1 研究區(qū)域概況

滹沱河流域(見(jiàn)圖1)為海河流域子牙河系中兩大支流之一，發(fā)源于山西省繁峙縣泰戲山孤山村一帶，在西南方向經(jīng)過(guò)恒山和五臺(tái)山，在界河處轉(zhuǎn)往東流，穿過(guò)舟山和太行山，東至臧橋，在此處與子牙河的另外一個(gè)支流(滏陽(yáng)河)匯合，共同入海[3]。全長(zhǎng)587 km，流域面積27 300 km2。滹沱河流域內(nèi)支流較多，左岸有7條支流，右岸有8條支流，呈“羽狀”排列。多年平均徑流深10～200 mm，平均徑流量為7.3億m3。

滹沱河流域?qū)贉貛Т箨懶图撅L(fēng)氣候，主要表現(xiàn)為冬季干冷，夏季炎熱、暴雨集中，春季干旱風(fēng)沙多雨少，秋季溫和適宜。多年平均降雨量為495.5 mm，70%以上年平均降雨量基本集中在汛期6—9月。年平均氣溫-4.0～8.8 ℃。無(wú)霜期自南向北遞減，其中山區(qū)寒而微濕、無(wú)霜期短，平原區(qū)干燥、無(wú)霜期長(zhǎng)。多年平均風(fēng)速大致為1.8～8.9 m/s[4]。

2 數(shù)據(jù)來(lái)源

本研究中模型所用的流域地理數(shù)據(jù)包括中科院數(shù)據(jù)應(yīng)用中心的SRTM 90m分辨率的數(shù)字高程模型(DEM)、1∶100 000土地利用圖和1∶1 000 000土壤圖。人口數(shù)據(jù)來(lái)源于地球系統(tǒng)科學(xué)數(shù)據(jù)平臺(tái)。圖形庫(kù)中所有地圖的投影、坐標(biāo)系統(tǒng)一設(shè)置，采用高斯克魯格投影，北京1954坐標(biāo)系，單位為m。此外，數(shù)據(jù)還包括從中國(guó)氣象科學(xué)數(shù)據(jù)服務(wù)網(wǎng)下載的石家莊、大同、太原、原平、陽(yáng)泉和榆社6個(gè)氣象站2005—2014年的日最高溫、日最低溫、日平均溫、降雨量、相對(duì)濕度、風(fēng)速等氣象數(shù)據(jù)，以及小覺(jué)水文站2005—2014年的流量數(shù)據(jù)。污染物排放量數(shù)據(jù)根據(jù)2012年環(huán)境統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)、《“十二五”主要污染物總量減排核算細(xì)則》(環(huán)發(fā)[2011]148號(hào))計(jì)算得到。

圖1 流域概況Fig.1 The overview diagram of basin

3 模型結(jié)果評(píng)價(jià)

評(píng)價(jià)指標(biāo)的數(shù)值代表著模型在某一種參數(shù)組合下模擬結(jié)果與流域?qū)嶋H的比較情況，直接說(shuō)明模擬結(jié)果是否適用于流域分析和研究。本研究選取相對(duì)誤差(Re)、決定系數(shù)(R2)和Nash-Suttcliffe系數(shù)(ENS)3個(gè)指標(biāo)對(duì)滹沱河流域的地都和崗南水庫(kù)入口兩個(gè)站點(diǎn)的模擬結(jié)果進(jìn)行模型校準(zhǔn)驗(yàn)證，結(jié)果見(jiàn)表1。

地都站和崗南水庫(kù)入口站的水質(zhì)相比水文模擬結(jié)果較差，不排除水質(zhì)結(jié)果累加水文誤差的緣故，基本上模擬徑流量和氨氮的Re、R2、ENS均達(dá)到了數(shù)據(jù)要求，得到了較理想的擬合結(jié)果。通過(guò)數(shù)據(jù)檢驗(yàn)認(rèn)為模型模擬結(jié)果基本能代表流域河流的氨氮傳輸特點(diǎn)，適用于該區(qū)域水質(zhì)的分析和研究。

4 討論與分析

4.1 流域污染負(fù)荷結(jié)構(gòu)年均狀況

滹沱河子流域氨氮污染負(fù)荷結(jié)構(gòu)具體見(jiàn)表2。

表1 模型校準(zhǔn)驗(yàn)證結(jié)果

表2 滹沱河子流域氨氮污染負(fù)荷結(jié)構(gòu)

滹沱河流域氨氮污染負(fù)荷總量約為8 340 t。從氨氮污染負(fù)荷比例來(lái)看，生活比例最大，平均為56%；農(nóng)業(yè)比例次之，平均為42%；工業(yè)比例最小，平均為2%。子流域15的氨氮污染負(fù)荷量最大，為1 225.7 t。該子流域面積較大，人口分布密集，水土流失嚴(yán)重，面源污染也較明顯；另外，可能與崗黃水庫(kù)的調(diào)節(jié)蓄洪作用也有一定的關(guān)系。子流域17、20、19氨氮污染負(fù)荷量較大，這可能與各子流域人口數(shù)量關(guān)系較大有關(guān)。

4.2 不同水期的流域污染負(fù)荷結(jié)構(gòu)

將全年劃分3個(gè)不同的水期(豐水期、平水期和枯水期)，逐次分析不同水期滹沱河子流域氨氮污染負(fù)荷結(jié)構(gòu)，結(jié)果見(jiàn)表3。滹沱河流域豐水期氨氮污染負(fù)荷量約為3 898 t，占全年負(fù)荷總量的47%，其中農(nóng)業(yè)比例較大(平均為53%)；生活比例次之(平均為46%)；工業(yè)比例最小。平水期氨氮污染負(fù)荷結(jié)構(gòu)與枯水期相似，氨氮污染負(fù)荷量約為3 064 t，占全年負(fù)荷總量的37%，其中生活比例較大(平均為56%)；農(nóng)業(yè)比例次之(平均為43%)；工業(yè)比例最小。枯水期氨氮污染負(fù)荷量約為1 378 t，占全年負(fù)荷總量的17%，其中生活比例較大(平均為59%)；農(nóng)業(yè)比例次之(平均為39%)；工業(yè)比例最小。

不同水期各子流域的氨氮污染負(fù)荷結(jié)構(gòu)具有一定的差異性，與河川徑流量和下墊面條件關(guān)系密切。豐水期區(qū)域地表徑流量較大，泥沙和氮肥流失量較多，農(nóng)業(yè)面源污染負(fù)荷較大。滹沱河流域的農(nóng)業(yè)耕地管理水平較低，土地利用不合理，尤其近30年流域下游植被覆蓋度持續(xù)下降，導(dǎo)致下游產(chǎn)沙模數(shù)較高，這與子流域15、17、19、20的污染負(fù)荷較多一致。與豐水期相比，平、枯水期的地表徑流量較小，農(nóng)業(yè)污染負(fù)荷較小，生活污染影響較大。

表3 不同水期滹沱河子流域氨氮污染負(fù)荷結(jié)構(gòu)

5 結(jié) 語(yǔ)

滹沱河流域主要污染來(lái)源于生活和農(nóng)業(yè)。相對(duì)而言，農(nóng)業(yè)污染治理較困難，是滹沱河流域現(xiàn)在和今后的治理重點(diǎn)，建議在農(nóng)業(yè)用地中，增加有機(jī)肥料，減少農(nóng)藥化肥的使用，嚴(yán)格控制農(nóng)業(yè)非點(diǎn)源污染，提高農(nóng)業(yè)用地的質(zhì)量。流域水質(zhì)現(xiàn)狀堪憂，當(dāng)?shù)匦枰_(kāi)展農(nóng)業(yè)源與水質(zhì)斷面的輸入響應(yīng)研究，結(jié)合區(qū)域水資源和水環(huán)境承載能力，制定具有針對(duì)性的污染防治措施。

[1] 蘇丹，唐大元，劉蘭嵐，等.水環(huán)境污染源解析研究進(jìn)展[J].生態(tài)環(huán)境學(xué)報(bào)，2009，18(2)：749-753.

[2] 王慧亮，李敘勇，解瑩.多模型方法在非點(diǎn)源污染負(fù)荷中的應(yīng)用展望[J].水科學(xué)進(jìn)展，2011，22(5)：727-730.

[3] 許建廷.河北省滹沱河流域山區(qū)年徑流量變化情勢(shì)分析[J].水科學(xué)與工程技術(shù)，2008(6)：3-4.

[4] 王金哲，張光輝，聶振龍，等.滹沱河流域平原區(qū)人類活動(dòng)強(qiáng)度的定量評(píng)價(jià)[J].干旱區(qū)資源與環(huán)境，2009，23(10)：41-44.