麻德明，彭 文，池 源，石洪華，李正光，劉曉環(huán)（.中國(guó)海洋大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，山東 青島6600；.國(guó)家海洋局第一海洋研究所，山東 青島 6606；.青島市第六人民醫(yī)院，山東 青島 660；4.國(guó)家深?；毓芾碇行?，山東 青島 667）

海島非點(diǎn)源污染負(fù)荷估算方法研究

麻德明1,2*，彭 文3，池 源2，石洪華2，李正光1,4，劉曉環(huán)1（1.中國(guó)海洋大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，山東 青島266100；2.國(guó)家海洋局第一海洋研究所，山東 青島 266061；3.青島市第六人民醫(yī)院，山東 青島 266033；4.國(guó)家深海基地管理中心，山東 青島 266237）

基于流域單元思想，提出一種非點(diǎn)源污染負(fù)荷估算方法:借助GⅠS提取模擬河網(wǎng)，識(shí)別流域邊界，并劃分匯水區(qū)和子流域，為流域非點(diǎn)源污染的估算提供基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)平臺(tái).在此基礎(chǔ)上，與土地利用專(zhuān)題圖疊加，計(jì)算各子流域內(nèi)不同土地利用類(lèi)型的面積，構(gòu)建非點(diǎn)源負(fù)荷系統(tǒng)，利用各污染排放系數(shù)和入海系數(shù)，結(jié)合多年的降雨量，并引入坡度因子作為限制條件，估算污染負(fù)荷總量.結(jié)果顯示，南長(zhǎng)山島非點(diǎn)源全氮、全磷年負(fù)荷量分別為11539kg和2025kg.氮污染中，各污染源強(qiáng)的貢獻(xiàn)率依次為居民生活＞大氣沉降＞土地利用＞畜禽養(yǎng)殖；磷污染中，各污染源強(qiáng)的貢獻(xiàn)率依次為居民生活＞土地利用＞大氣沉降＞畜禽養(yǎng)殖.基于此，探討海島地區(qū)非點(diǎn)源污染排放特征及對(duì)水環(huán)境質(zhì)量影響，可為海島地區(qū)污染物總量調(diào)控和環(huán)境健康發(fā)展提供一種技術(shù)方法.

匯水區(qū)；排放系數(shù)；入海系數(shù)；污染負(fù)荷

海島與外界相對(duì)隔離，形成了以農(nóng)業(yè)占主導(dǎo)的產(chǎn)業(yè)模式，海島地區(qū)農(nóng)業(yè)非點(diǎn)源污染將是一個(gè)長(zhǎng)期面臨的問(wèn)題；另一方面，隨著海島被大規(guī)模的開(kāi)發(fā)利用，非點(diǎn)源污染問(wèn)題日益加劇.《全國(guó)海島保護(hù)規(guī)劃》明確要求防治海島污染，制定海島主要水污染物減排規(guī)劃和固體廢棄物污染防治規(guī)劃，防止污染海島淡水和海水資源，增強(qiáng)海島居民海洋環(huán)境保護(hù)意識(shí).因此，開(kāi)展海島非點(diǎn)源污染負(fù)荷估算研究，探討海島地區(qū)非點(diǎn)源污染排放特征及對(duì)水環(huán)境質(zhì)量影響，有助于識(shí)別非點(diǎn)源污染的關(guān)鍵源區(qū)和非點(diǎn)源污染控制優(yōu)化措施，對(duì)于海島地區(qū)污染物總量調(diào)控和環(huán)境健康發(fā)展具有重要的現(xiàn)實(shí)和理論指導(dǎo)意義.

1 非點(diǎn)源污染負(fù)荷估算方法

由于非點(diǎn)源污染問(wèn)題的復(fù)雜性及監(jiān)測(cè)的成本和難度，直接計(jì)算污染負(fù)荷量困難較大，模型方法逐漸發(fā)展成為相關(guān)研究的主要工具，20世紀(jì)70年代以來(lái)，美國(guó)通過(guò)在北美地區(qū)開(kāi)展的一系列的研究，研發(fā)了包括輸出系數(shù)模型、機(jī)理模型等在內(nèi)的一系列估算方法［1］.隨后，該領(lǐng)域的研究在世界各國(guó)引起廣泛關(guān)注，學(xué)者相繼開(kāi)展相關(guān)研究，并取得了豐碩的成果［2-17］.目前常用的污染負(fù)荷計(jì)算方法可以歸納為以下4種：相減法、輸出系數(shù)法、統(tǒng)計(jì)分析法和機(jī)理模型.在國(guó)內(nèi)基本直接引用國(guó)外的成熟計(jì)算方法或者結(jié)合國(guó)內(nèi)實(shí)際情況在原有模型基礎(chǔ)上加以改進(jìn)進(jìn)行應(yīng)用，也有建立在大量監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)資料基礎(chǔ)上提出的諸如平均濃度法、降雨量差值法［9,18］等其它方法.

以上這些方法對(duì)數(shù)據(jù)資料要求和適用范圍的差異，導(dǎo)致他們優(yōu)缺點(diǎn)各異，相減法不同學(xué)者存在對(duì)點(diǎn)源與非點(diǎn)源定義的認(rèn)同點(diǎn)而影響估算結(jié)果［16］；統(tǒng)計(jì)分析法受限于長(zhǎng)期連續(xù)同步監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)匱乏；而機(jī)理模型法由于非點(diǎn)源污染產(chǎn)生機(jī)制尚不明確，除了對(duì)數(shù)據(jù)、資料要求高外， 模型參數(shù)眾多，參數(shù)的率定、模型的校準(zhǔn)和驗(yàn)證非常困難，僅參考國(guó)外研究者的研究結(jié)果確定參數(shù)，將會(huì)導(dǎo)致結(jié)果嚴(yán)重失真；輸出系數(shù)法簡(jiǎn)化了非點(diǎn)源污染形成的復(fù)雜過(guò)程，大大降低了對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的依賴(lài)性，比較適合數(shù)據(jù)資料相對(duì)缺乏的地區(qū)，由于一些不確定的自然和人為因素影響，該方法在平原流域河網(wǎng)地區(qū)的推廣也受到不同程度的限制.由于計(jì)算方法大部分是由發(fā)達(dá)國(guó)家開(kāi)發(fā)的，模型參數(shù)和機(jī)理并不一定完全適合于我國(guó)的區(qū)域［19］，此外，各模型的結(jié)構(gòu)不盡相同，對(duì)不同時(shí)間尺度的適應(yīng)性、水文學(xué)過(guò)程的模擬能力、不同類(lèi)型污染負(fù)荷的計(jì)算能力以及污染物運(yùn)移過(guò)程的描述等方面的性能也不盡相同［20］.因此，在實(shí)際非點(diǎn)源污染估算中，應(yīng)根據(jù)研究區(qū)域特征，結(jié)合模型自身結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和數(shù)據(jù)資料選擇適合的模型方法.

2 海島非點(diǎn)源污染模型構(gòu)建

2.1 海島非點(diǎn)源污染負(fù)荷估算難點(diǎn)

非點(diǎn)源污染具有隨機(jī)性、時(shí)空差異性、潛伏性和滯后性等特點(diǎn)，其地理邊界和位置難以準(zhǔn)確的識(shí)別和確定，加上涉及范圍廣、影響因素及作用過(guò)程復(fù)雜多樣，對(duì)它的形成機(jī)理尚不清楚.

海島作為一個(gè)獨(dú)立的水文單元，環(huán)境容量低，集雨面積有限，難以形成較大的水系，地表徑流大都直接入海［21-23］.另一方面，海島匯流規(guī)律的特殊性，歷史統(tǒng)計(jì)資料和實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)相對(duì)缺乏，計(jì)算結(jié)果也難以直接檢驗(yàn).這些理論、技術(shù)上的困難使得海島非點(diǎn)源污染負(fù)荷計(jì)算成為非點(diǎn)源污染研究中的難點(diǎn).因此，本研究基于流域單元思想，采用溯源追蹤的方法，基于陸海統(tǒng)籌的理念，在輸出系數(shù)模型的基礎(chǔ)上，提出一種模擬出水口和河網(wǎng)的非點(diǎn)源污染負(fù)荷估算方法.

2.2 海島非點(diǎn)源污染源強(qiáng)識(shí)別

本研究只考慮岸線以上島體部分產(chǎn)污量，暫不考慮海源的海水養(yǎng)殖和船舶污染.根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，海島非點(diǎn)源主要包括不同的土地利用、農(nóng)村居民生活、畜禽養(yǎng)殖和大氣沉降等，其污染物主要隨河流或降雨入海.

2.3 污染物指標(biāo)選取

根據(jù)國(guó)家水污染控制指標(biāo)，結(jié)合海島非點(diǎn)源污染的主要來(lái)源和對(duì)水環(huán)境影響程度以及排污系數(shù)的可獲取性，選取總氮（TN）、總磷（TP）2種作為估算的污染物指標(biāo).

2.4 建模思路

鑒于海島區(qū)域缺少監(jiān)測(cè)資料，而且無(wú)常年河水徑流，本研究探索基于輸出系數(shù)法開(kāi)展海島非點(diǎn)源污染估算方法研究，基于流域思想，利用GⅠS技術(shù)，通過(guò)模擬河流入海口進(jìn)而劃分匯水區(qū)和子流域，分別計(jì)算每個(gè)子流域內(nèi)的污染負(fù)荷量，在輸出系數(shù)模型基礎(chǔ)上，根據(jù)地形特征，引入地形因子進(jìn)行約束，同時(shí)考慮到不同源產(chǎn)生的污染物進(jìn)入到海中量的差異性，增加了入海系數(shù)，并把大氣沉降耦合到負(fù)荷估算模型中，綜合分析各污染源所產(chǎn)生的非點(diǎn)源污染中TN和TP污染負(fù)荷的流域分配情況.

2.5 負(fù)荷模型構(gòu)建

針對(duì)早期輸出系數(shù)模型的不足，許多學(xué)者進(jìn)行了改進(jìn)和發(fā)展，最具代表性的是英國(guó)學(xué)者Johns［4］在1996年評(píng)價(jià)與管理土地利用變化對(duì)氮磷負(fù)荷的影響提出的比較成熟和完備的改進(jìn)輸出系數(shù)模型.模型在考慮不同土地利用類(lèi)型的基礎(chǔ)上，結(jié)合居民產(chǎn)生的非點(diǎn)源污染物狀況、畜禽的數(shù)量和分布來(lái)確定不同污染源的輸出系數(shù).同時(shí)，模型在對(duì)總氮進(jìn)行估算時(shí)還考慮了植物固氮、氮的空氣沉降等因素，豐富了模型的內(nèi)容，提高了對(duì)土地利用類(lèi)型發(fā)生變化的估算精度［29］.模型的表達(dá)式為：

式中：L代表營(yíng)養(yǎng)鹽的流失量；Ei是第i種營(yíng)養(yǎng)鹽輸出系數(shù)；Ai是匯水區(qū)內(nèi)第i種土地利用類(lèi)型的面積，或者是畜禽數(shù)量或者是居民人數(shù)；Ii是第i種營(yíng)養(yǎng)鹽輸入源量；p是大氣沉降產(chǎn)生的營(yíng)養(yǎng)鹽.

海島非點(diǎn)源污染負(fù)荷估算模型是建立在Johns提出改進(jìn)的輸出系數(shù)模型的基礎(chǔ)上，考慮的非點(diǎn)源強(qiáng)包括不同土地利用類(lèi)型、居民生活、畜禽養(yǎng)殖和大氣沉降.

2.5.1 土地利用非點(diǎn)源負(fù)荷 把海島土地利用類(lèi)型劃分為：耕地、林地、草地、建設(shè)用地和其他用地5種類(lèi)型.根據(jù)劃分的子流域，分別計(jì)算每一個(gè)子流域不同土地利用類(lèi)型產(chǎn)生的非點(diǎn)源負(fù)荷：

式中：Wj為土地利用類(lèi)型產(chǎn)生污染負(fù)荷量（包括TN和TP，j=1或j=2，下同），Wij為匯水區(qū)內(nèi)第i個(gè)子流域第j種污染負(fù)荷量，Sm為第m種土地利用類(lèi)型的面積；Kjm為第m種土地利用類(lèi)型對(duì)應(yīng)第j種污染物的排污系數(shù)；Si為第i個(gè)子流域地形因子；Ljm為第m種土地利用類(lèi)型對(duì)應(yīng)第j種污染物的入海系數(shù)；

2.5.2 居民生活

式中：Pj為居民生活第j種污染年輸出量；Num區(qū)域內(nèi)人口數(shù)量；Fj是每人每年第j種污染物排污系數(shù)；Qj為第j種污染物入海系數(shù).

2.5.3 畜禽養(yǎng)殖

式中：Rj為畜禽養(yǎng)殖第j種污染物年輸出量；NOe區(qū)域內(nèi)第e種畜禽數(shù)量（包括牛、羊、豬、雞鴨等家禽）；Cje是每種畜禽第j種污染物每年排污系數(shù)；Dje為第j種污染物入海系數(shù).

2.5.4 大氣沉降

式中：Ij為大氣沉降產(chǎn)生第j種污染物負(fù)荷量；Iij為第i個(gè)子流域第j種污染物負(fù)荷量；Ai為第i個(gè)子流域面積；Uj為第j種污染源強(qiáng)大氣沉降系數(shù)；Si為第i個(gè)子流域地形因子；Tj為第j種大氣沉降所產(chǎn)生污染物入海系數(shù).

以上4種源強(qiáng)耦合成海島非點(diǎn)源污染負(fù)荷估算模型為：

式中：Yj是海島第j種污染物的總負(fù)荷量；Wj為土地利用產(chǎn)生的第j種污染物負(fù)荷量；Pj為居民生活產(chǎn)生的第j種污染物負(fù)荷量；Rj為畜禽養(yǎng)殖產(chǎn)生的第j種污染物負(fù)荷量；Ij為大氣沉降產(chǎn)生的第j種污染物負(fù)荷量.由于海島上居民和所飼養(yǎng)的畜禽相對(duì)比較分散，很難剝離并單獨(dú)分配到每個(gè)子流域中，故居民生活和畜禽養(yǎng)殖通過(guò)數(shù)量統(tǒng)計(jì)平均分配到所占土地單元中，而且暫不考慮增加地形因子進(jìn)行約束.

3 應(yīng)用實(shí)例

3.1 研究區(qū)概況

長(zhǎng)島又稱(chēng)廟島群島，位于膠東半島和遼東半島之間，黃渤海交匯處，地處環(huán)渤海經(jīng)濟(jì)圈的連接帶，島群區(qū)屬亞洲東部季風(fēng)區(qū)，具有大陸性和海洋性氣候特點(diǎn)，夏半年多偏南風(fēng)，冬半年多偏北風(fēng)，年平均氣溫12.1℃，年平均降水量為537.1mm.南長(zhǎng)山島位于廟島群島的最南部，長(zhǎng)7.35km，寬3.85km，海島面積13多km2，距大陸最近距離為6.7km［24］.島上由于沒(méi)有河流分布，地表水稀缺，降水補(bǔ)給是主要來(lái)源，加上海島山勢(shì)坡度較大、蓄水能力差，雨后地表徑流直接進(jìn)入海洋，居民生活用水主要依靠地下水，整個(gè)群島地下水資源總最為344萬(wàn)m3，實(shí)際可利用水量為131萬(wàn)m3，人均占有水資源量為山東省最低水平［25-26］.

3.2 模擬匯流河網(wǎng)和入海口

由于南長(zhǎng)山島較小，島陸無(wú)河網(wǎng)水系，故非點(diǎn)源污染隨降雨入海，根據(jù)降水從高處流向低處入海原理，基于DEM數(shù)據(jù)，借助GⅠS空間分析功能，模擬出匯流河網(wǎng)和入海口.

圖1 模擬匯流河網(wǎng)和入?？贔ig.1 Model simulation area of the confluence of river network and estuary

從DEM中自動(dòng)提取流域自然水系是基于水是沿斜坡最陡方向流動(dòng)的原理，依據(jù)DEM中數(shù)據(jù)點(diǎn)之間的高程差來(lái)確定水流方向，然后根據(jù)水流方向計(jì)算每一個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)的上游集水區(qū)；再利用集水區(qū)內(nèi)部和集水區(qū)之間的高程數(shù)據(jù)，通過(guò)設(shè)置閾值提取所屬水系的高程數(shù)據(jù)點(diǎn)；最后，基于水流方向數(shù)據(jù)，從源頭追溯出整個(gè)水系，同時(shí)劃分子流域，建立河網(wǎng)空間拓?fù)潢P(guān)系及編碼.

3.3 匯水區(qū)及子流域劃分

圖2 各子流域Fig.2 Distribution of Sub-watershed

圖3 坡度因子分布Fig.3 Spatial distribution of slope factor

遵循“先大后小，逐步遞進(jìn)”原則，按地形的分水線，從規(guī)則格網(wǎng)DEM提取匯水區(qū)域的方法.采用水系地表徑流漫流模型，即借助ArcGⅠS軟件中的ArcHydro水文分析模塊，先填洼，然后根據(jù)計(jì)算的水流方向和累積流量提取整個(gè)DEM區(qū)域內(nèi)河流的匯水網(wǎng)絡(luò)，再按照不同的需要?jiǎng)澐指髯恿饔?，完成?duì)流域地形分割及矢量化，并統(tǒng)計(jì)各流域匯水區(qū)面積.

地形坡度通過(guò)對(duì)降雨形成的徑流的流量和流速產(chǎn)生影響，從而控制TN和TP污染物的入海量.基于GⅠS對(duì)南長(zhǎng)山島的DEM數(shù)據(jù)計(jì)算獲得整個(gè)區(qū)域的坡度因子分布（范圍0°～50.3394°），在此基礎(chǔ)上，統(tǒng)計(jì)分析獲取每個(gè)子流域的平均坡度.

表1 南長(zhǎng)山島各子流域面積Table 1 The area of different sub-watershedson NanChangShan Island

3.4 排污系數(shù)和入海系數(shù)確定

排污系數(shù)反映了研究區(qū)域的獨(dú)特條件，直接決定了污染負(fù)荷總量估算精度的高低，利用已有文獻(xiàn)值存在著不確定性，因此，在對(duì)已有的成果系數(shù)進(jìn)行仔細(xì)甄別、遴選和綜合分析的基礎(chǔ)上，確定適合本研究區(qū)域的排污系數(shù).不同土地利用類(lèi)型排污系數(shù)依據(jù)應(yīng)蘭蘭等匯總不同學(xué)者研究成果的范圍值［27-35］，并結(jié)合研究區(qū)域的實(shí)際情況和特征條件，確定排污系數(shù)值；居民生活部分排污系數(shù)參照《全國(guó)水環(huán)境容量核定技術(shù)指南》提供的系數(shù)［36］；畜禽飼養(yǎng)用地內(nèi)各畜禽種類(lèi)排污系統(tǒng)采用國(guó)家環(huán)?？偩汁h(huán)發(fā)［2004］43號(hào)文件《關(guān)于減免家禽業(yè)排污費(fèi)等有關(guān)問(wèn)題的通知》中推薦的排污系數(shù)；大氣沉降的輸出系數(shù)根據(jù)Liu等［37］和宋歡歡等［38］的相關(guān)研究，并根據(jù)所在區(qū)域進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整.TN和TP的排污系數(shù)見(jiàn)表2.

海島非點(diǎn)源污染是一定時(shí)期內(nèi)，由降雨形成的地表徑流攜帶入海，要估算負(fù)荷入海量，需要確定入海系數(shù).入海系數(shù)一般需要長(zhǎng)期降雨時(shí)的同步監(jiān)測(cè)獲得，由于南長(zhǎng)山島缺少相關(guān)的資料，本研究利用已有的研究成果［39-44］，作為南長(zhǎng)山島非點(diǎn)源污染入海系數(shù)（表3）.

表2 排污系數(shù)Table 2 Emission coefficients of different land use

表3 入海系數(shù)（%）Table 3 Into the sea coefficients （%）

3.5 負(fù)荷總量估算及分析

利用Landsat8 30m分辨率遙感影像進(jìn)行解譯獲取南長(zhǎng)山島土地利用分布圖，為了便于對(duì)非點(diǎn)源污染負(fù)荷估算，把商服用地、工礦倉(cāng)儲(chǔ)用地、公共管理與公共服務(wù)用地、交通運(yùn)輸用地、住宅用地土地類(lèi)型合并為建設(shè)用地來(lái)處理.經(jīng)過(guò)疊加分析，分別計(jì)算10個(gè)子流域內(nèi)不同土地利用類(lèi)型面積（表4）.

根據(jù)山東省長(zhǎng)島縣國(guó)民經(jīng)濟(jì)統(tǒng)計(jì)資料和長(zhǎng)島年鑒，截止2010年底，南長(zhǎng)山鎮(zhèn)居民人口6123人，牛、羊55頭，豬103頭，雞、鴨5250只.

把上述已知數(shù)據(jù)代入非點(diǎn)源污染負(fù)荷估算模型，分別計(jì)算出各子流域不同源強(qiáng)產(chǎn)生的TN和TP總量（表5）.

圖4 南長(zhǎng)山島土地利用分布Fig.4 Spatial distribution of land use on Nanchangshan Island

由于地形對(duì)污染負(fù)荷隨降雨徑流的影響較大，本研究把坡度因子作為地形影響權(quán)重對(duì)負(fù)荷總量進(jìn)行約束，利用已有的研究成果［45］，坡度因子系數(shù)可定義為：

式中：L污染負(fù)荷量；m和n都為系數(shù)常量；β為研究區(qū)空間單元的坡度；θ為整個(gè)區(qū)域的平均坡度.利用文獻(xiàn)［35，46-47］中已有的數(shù)據(jù)可以得到n的值為0.6104，研究區(qū)的平均坡度為8.88°，由前面坡度值計(jì)算可得各子流域的坡度因子系數(shù)（表1）.

基于入海系數(shù)和坡度因子系數(shù)，分別計(jì)算各子流域的污染負(fù)荷量，因居民和畜禽養(yǎng)殖無(wú)法剝離分配到各子流域，本研究暫不考慮進(jìn)行地形約束.綜上，最終估算出南長(zhǎng)山島非點(diǎn)源污染負(fù)荷量.從表6可以看出南長(zhǎng)山島全氮年負(fù)荷量11539kg，貢獻(xiàn)量從大到小分別為居民生活、大氣沉降、土地利用和畜禽養(yǎng)殖，分別約占46.5%、42.4%、7%、4.1%；全磷年負(fù)荷量2025kg，貢獻(xiàn)量從大到小分別為居民生活、土地利用、大氣沉降和畜禽養(yǎng)殖，分別約占53.2%、27%、11.8%、8%.從總體來(lái)看，來(lái)自居民生活的污染源強(qiáng)的貢獻(xiàn)率最大，無(wú)論是全氮還是全磷基本維持在一半左右，而在全氮負(fù)荷量中，大氣沉降占據(jù)了很大的比例，是個(gè)不可忽視的污染源強(qiáng).

表4 各子流域土地利用類(lèi)型面積Table 4 Area of different land use types in sub basins

目前沒(méi)有見(jiàn)到針對(duì)南長(zhǎng)山島非點(diǎn)源污染負(fù)荷估算的報(bào)道，也沒(méi)有相應(yīng)的污染監(jiān)測(cè)資料，估算的結(jié)果尚不能與實(shí)際的污染總量進(jìn)行直接的對(duì)比來(lái)評(píng)定本研究的估算精度.因此，為使估算結(jié)果更接近實(shí)際，本文對(duì)海島小區(qū)域又進(jìn)行了精細(xì)劃分，以更小的計(jì)算單元為基礎(chǔ)，把已有的數(shù)據(jù)資料進(jìn)行細(xì)粒度劃分，同時(shí)利用地形因子加以約束.在排污系數(shù)和入海系數(shù)選擇上，優(yōu)先選擇更接近研究區(qū)域、且通過(guò)大量的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)或者實(shí)驗(yàn)得到的排污系數(shù)，同時(shí)每一類(lèi)型的排污系數(shù)在與已有的研究成果進(jìn)行對(duì)比、甄別與篩選的基礎(chǔ)上最終確定.由于南長(zhǎng)山島耕地較少，所以化肥、農(nóng)藥的使用量相對(duì)小，故耕地產(chǎn)生的氮磷偏少，因此不難理解氮磷主要來(lái)源于居民生活；已有研究發(fā)現(xiàn)黃海西部來(lái)自大氣沉降的溶解無(wú)機(jī)氮和磷分別占大氣與河流總輸入量的58%和75%［48］，在近海海域，大氣沉降可能是海洋中營(yíng)養(yǎng)鹽的重要來(lái)源［49-50］，在中國(guó)太湖地區(qū)的研究表明，大氣沉降數(shù)量不可忽視且已成為該地區(qū)氮污染的重要來(lái)源［51-52］，本研究的大氣沉降產(chǎn)生的污染負(fù)荷占據(jù)較大比例與上述學(xué)者的研究成果相符合.

表5 各子流域不同源強(qiáng)污染負(fù)荷量Table 5 Pollution load of different source in each sub basin

表6 南長(zhǎng)山島非點(diǎn)源污染負(fù)荷總量Table 6 Total non-point source pollution load onNanchangshan Island

4 結(jié)論

4.1 針對(duì)海島非點(diǎn)源污染現(xiàn)狀，基于輸出系數(shù)模型，耦合了大氣沉降源強(qiáng)，并以南長(zhǎng)山島為例，劃分了10個(gè)子流域，并對(duì)每個(gè)子流域進(jìn)行了地形坡度因子約束，分別估算了TN和TP的年負(fù)荷量分別為11539kg和2025kg，不難發(fā)現(xiàn)TN年負(fù)荷量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于TP，其中居民生活是最主要的污染源強(qiáng)，其貢獻(xiàn)率約占50%.為減少環(huán)境污染，應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)居民生活污水和垃圾的日常處理，識(shí)別海島區(qū)域非點(diǎn)源污染的負(fù)荷量及其空間分布，為海島管理措施的制定和環(huán)境的調(diào)控提供依據(jù).

4.2 在氮污染中，大氣沉降貢獻(xiàn)率占到了42.4%，幾乎和居民生活的貢獻(xiàn)相同，在磷污染中，大氣沉降的貢獻(xiàn)率也達(dá)到了11.8%，作為海島非點(diǎn)源污染源強(qiáng)的大氣沉降不可忽視，說(shuō)明大氣沉降應(yīng)當(dāng)作為非點(diǎn)源污染估算的重要考慮因素，應(yīng)及時(shí)開(kāi)展大氣沉降方面的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)工作.

4.3 在入?？诓荚O(shè)長(zhǎng)期觀測(cè)站，特別是降雨的時(shí)候?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)入海水質(zhì)狀況，進(jìn)行長(zhǎng)期動(dòng)態(tài)跟蹤研究；另外，建立入海主要污染物水質(zhì)模型和預(yù)測(cè)模型，分析入海污染物的排放特征，特別是非點(diǎn)源排放狀況和海水養(yǎng)殖排放頻率估算，掌握非點(diǎn)源污染物的動(dòng)態(tài)變化情況，逐步實(shí)現(xiàn)海島及其周邊海域環(huán)境質(zhì)量的實(shí)時(shí)監(jiān)控和預(yù)警，是下一步的研究方向.

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Study on estimation method of non-point source pollution load on Island.

MA De-ming1,2*， PENG Wen3， CHI Yuan2，SHI Hong-hua2， LI Zheng-guang1,4， LIU Xiao-huan1（1.College of Environmental Science and Engineering， Ocean University of China， Qingdao 266100， China；2.The First Institute of Oceanography， State Oceanic Administration，Qingdao 266061， China；3.Qingdao No.6 People's Hospital， Qingdao 266033， China；4.National deepsea center， State Oceanic Administration， Qingdao 266237， China）. China Environmental Science， 2016，36（10）：3150～3158

An estimation method of non-point source （NPS） pollution load based on watershed unit ideas was discussed in this study. Firstly， extracting the river network data， identifying the watershed boundaries， anddividing the catchment and sub basin using GIS were finished. And then， the data from first step weresuperposed with the thematic maps of land use and used to calculate the area of different land use types in each sub basin. Third， the NPS pollutant load system was constructed using the emissionfactor， the coefficient of the sea and years of rainfall. Also， the slope factor was introduced as the limiting condition. At last， the total amount of pollution load was estimated. The results indicated that the total nitrogen （TN） and total phosphorus （TP） loads of Nanchangshan Island from NPS were respectively 11539kg and 2025kg. For TN loads， the magnitude order of the contribution of NPS was as follows: resident life＞atmospheric precipitation＞land use＞livestock. For TP loads， the magnitude order was as follows: resident life＞land use＞atmospheric precipitation＞livestock. Based on this， the characteristics of NPS and its impact on water environment quality in the island area were discussed. And， it could provide a technique method for the total amount of pollutants controland the healthy development of the island environment.

catchments；emission coefficient；into the sea coefficients；pollution load

X321

A

1000-6923（2016）10-3150-09

麻德明（1982-），男，山東膠南人，助理研究員，博士研究生，主要從事環(huán)境規(guī)劃與管理研究.發(fā)表論文10余篇.

2016-02-15

國(guó)家海洋局第一海洋研究所基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)專(zhuān)項(xiàng)基金項(xiàng)目（2014G18）；科技基礎(chǔ)性工作專(zhuān)項(xiàng)（2012FY112500）；海洋公益性行業(yè)科研專(zhuān)項(xiàng)（201405028）

* 責(zé)任作者， 助理研究員， mdmwolf@fio.org.cn