井柳新，魏明海，孫宏亮

(生態(tài)環(huán)境部環(huán)境規(guī)劃院，北京 100012)

0 引 言

飲水安全關(guān)系到群眾健康和社會(huì)穩(wěn)定，強(qiáng)化飲用水水源地環(huán)境保護(hù)刻不容緩。近年來，農(nóng)業(yè)面源污染問題日益突出，已成為我國(guó)水環(huán)境保護(hù)的一大難題?！掇r(nóng)業(yè)農(nóng)村污染治理攻堅(jiān)戰(zhàn)行動(dòng)計(jì)劃》要求到2020年，實(shí)現(xiàn)“一保兩治三減四提升”，其中“一?！奔幢Ｗo(hù)農(nóng)村飲用水水源，“四提升”第一便要求提升主要由農(nóng)業(yè)面源污染造成的超標(biāo)水體水質(zhì)?！端廴痉乐涡袆?dòng)計(jì)劃》也明確提出了“保障飲用水水源安全”和“控制農(nóng)業(yè)面源污染”的要求?？梢?，加強(qiáng)水源周邊的農(nóng)業(yè)面源污染風(fēng)險(xiǎn)防控勢(shì)在必行[1,2]。

《水污染防治法》要求劃定飲用水水源保護(hù)區(qū)，但一些地區(qū)飲用水水源保護(hù)區(qū)劃定不清、邊界不明、環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)隱患突出[3]；全國(guó)農(nóng)村“千噸萬人(日供水千噸或服務(wù)萬人)”規(guī)模以上飲用水水源保護(hù)區(qū)劃定率僅為68.5%，長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶鄉(xiāng)鎮(zhèn)級(jí)集中式飲用水水源保護(hù)區(qū)劃定率僅為71.2%，可見存在相當(dāng)一部分飲用水水源地未劃定水源保護(hù)區(qū)，飲水安全無法得到有效保障[4]。農(nóng)業(yè)面源污染又具有隨機(jī)性強(qiáng)、潛伏期長(zhǎng)、影響范圍廣等特點(diǎn)，因此，劃定水源農(nóng)業(yè)面源污染風(fēng)險(xiǎn)防控區(qū)、及時(shí)采取有效防控措施尤為重要[5,6]。

1 水源農(nóng)業(yè)面源污染風(fēng)險(xiǎn)計(jì)算方法

1.1 農(nóng)業(yè)面源污染排放量計(jì)算

農(nóng)業(yè)面源污染主要指農(nóng)村生活污染、農(nóng)業(yè)種植污染和畜禽養(yǎng)殖污染等[7]?；谒粗苓呂廴驹凑{(diào)查情況，依據(jù)相應(yīng)的污染物排污系數(shù)，分別計(jì)算農(nóng)村生活、農(nóng)業(yè)種植及畜禽養(yǎng)殖污染產(chǎn)生的污染負(fù)荷。

1.1.1 農(nóng)村生活污染

按照相關(guān)部門確定的排放系數(shù)[8]，每人每天平均排糞0.25 kg，尿液1.00 kg，農(nóng)村居民以10.00%人糞尿進(jìn)入水環(huán)境計(jì)算，計(jì)算公式如下：

N1=n人×0.25

(1)

M=n人×1.0

(2)

N1總=(N1+M)×10%

(3)

式中：N1為農(nóng)村生活污染糞便排放量，kg/d；n人為人口數(shù)量，個(gè)；M為尿液排放量，kg/d；N1總為進(jìn)入水體環(huán)境中的農(nóng)村生活污染物總量，kg/d。

各項(xiàng)污染物所對(duì)應(yīng)排污系數(shù)如表1所示。

表1 生活污染源污染物的排污系數(shù)[9] g/(人·d)

因此：

Q1COD=(n直排×63.00+n化糞池×54.00)/1 000

(4)

Q1TN=(n直排×10.60+n化糞池×9.40)/1 000

(5)

Q1TP=(n直排×0.74+n化糞池×0.65)/1 000

(6)

式中：Q1COD為農(nóng)村生活污染進(jìn)入水環(huán)境中COD污染物分量，kg/d；Q1TN為農(nóng)村生活污染進(jìn)入水環(huán)境中TN污染物分量，kg/d；Q1TP為農(nóng)村生活污染進(jìn)入水環(huán)境中TP污染物分量，kg/d；n直排為污染物直排人數(shù)，個(gè)；n化糞池為使用化糞池人數(shù)，個(gè)。

等標(biāo)排放量P計(jì)算公式如下：

(7)

1.1.2 農(nóng)業(yè)種植污染

計(jì)算水源周邊農(nóng)業(yè)種植產(chǎn)生的污染負(fù)荷。

計(jì)算公式如下：

N2=Wb

(8)

式中：N2為化肥污染排放量，kg；W為化肥施用量，kg；b為流失系數(shù)。

肥料中TN、TP流失量按照不同模式選取不同系數(shù)，具體見表2。

1.1.3 畜禽養(yǎng)殖污染

計(jì)算水源周邊畜禽養(yǎng)殖產(chǎn)生的污染負(fù)荷，其中不同養(yǎng)殖類型產(chǎn)生的糞便量及污染物含量如表3所示。

表2 農(nóng)業(yè)種植污染物流失系數(shù)[10] kg/hm2

表3 畜禽糞便排放系數(shù)及其中的污染物組分含量[11]Tab.3 Emission coefficient of livestock and poultry feces and the contents of pollutant components

畜禽糞便進(jìn)入水體中的流失率可達(dá)到25.00%～30.00%，其中，TN、TP、COD進(jìn)入水體流失率如表4所示。

表4 畜禽糞便污染物進(jìn)入水體流失率 %

依據(jù)上述數(shù)據(jù)計(jì)算水源周邊村莊畜禽養(yǎng)殖產(chǎn)生的污染物對(duì)水體造成的污染負(fù)荷。

計(jì)算公式如下：

N3=N豬×5.30+N?！?1.00+N雞×0.10+N羊×2.38

(9)

Q3=N3×25.00%

(10)

N3TN=N豬×5.30×0.24%+N?！?1.00×0.35%+

N雞×0.10×1.03%+N羊×2.38×1.01%

(11)

N3TP=N豬×5.30×0.07%+N牛×21.00×0.08%+

N雞×0.10×0.41%+N羊×2.38×0.22%

(12)

N3COD=N豬×5.30×3.10%+N?！?1.00×3.80%+

N雞×0.10×4.30%+N羊×2.38×4.20%

(13)

Q3TN=N豬×5.30×0.24%×5.34%+N?！?1.00×

0.35%×5.68%+N雞×0.10×1.03%×8.47%+

N羊×2.38×1.01%×5.30%

(14)

Q3TP=N豬×5.30×0.07%×5.25%+N?！?1.00×

0.08%×5.50%+N雞×0.10×0.41%×8.42%+

N羊×2.38×0.22%×5.20%

(15)

Q3COD=N豬×5.30×3.10%×5.58%+N牛×21.00×

3.80%×6.16%+N雞×0.10×4.30%×8.59%+

N羊×2.38×4.20%×5.50%

(16)

式中：N3為畜禽養(yǎng)殖糞便排放量，kg/d；Q3為畜禽養(yǎng)殖糞便進(jìn)入水體中的流失量，kg/d；N3TN為畜禽養(yǎng)殖TN污染物含量，kg/d；N3TP為畜禽養(yǎng)殖TP污染物含量，kg/d；N3COD為畜禽養(yǎng)殖COD污染物含量，kg/d；Q3TN為畜禽養(yǎng)殖TN污染物進(jìn)入水體中的流失量，kg/d；Q3TP為畜禽養(yǎng)殖TP污染物進(jìn)入水體中的流失量，kg/d；Q3COD為畜禽養(yǎng)殖COD污染物進(jìn)入水體中的流失量，kg/d；N豬為豬的數(shù)量，頭；N牛為牛的數(shù)量，頭；N雞為雞的數(shù)量，只；N羊?yàn)檠虻臄?shù)量，只。

1.2 農(nóng)業(yè)面源污染風(fēng)險(xiǎn)計(jì)算方法及步驟

農(nóng)業(yè)面源污染風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)劃分參考《集中式地下水飲用水水源地補(bǔ)給區(qū)污染源強(qiáng)分級(jí)評(píng)價(jià)技術(shù)指南(試行)》中的指標(biāo)法。污染源分級(jí)評(píng)價(jià)方法按照不同指標(biāo)，從污染物存在時(shí)間、排放方式、遷移轉(zhuǎn)化途徑等多因素考慮[12-15]，按照不同指標(biāo)的分級(jí)評(píng)價(jià)方法對(duì)污染源進(jìn)行整體綜合評(píng)價(jià)。

水源地污染風(fēng)險(xiǎn)分級(jí)指標(biāo)包括優(yōu)控污染物綜合評(píng)價(jià)(B1)、排放源強(qiáng)(B2)、排放位置(B3)、排放路徑(B4)、距離水源地的距離(B5)、防滲措施(B6)。

(1)優(yōu)控污染物綜合評(píng)價(jià)(B1)。優(yōu)控污染物綜合評(píng)價(jià)表示不同污染物對(duì)地表水環(huán)境可能造成的風(fēng)險(xiǎn)大小，采用修正的內(nèi)梅羅指數(shù)法進(jìn)行計(jì)算，具體計(jì)算方法如下：

首先依據(jù)《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 3838-2002)，將第i種污染物的濃度與標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行對(duì)比，依據(jù)表5確定第i種污染物的評(píng)分值Li。

表5 地表水質(zhì)量評(píng)分Tab.5 Surface water quality scores

污染物的特征屬性包括濃度、毒性、遷移性、降解性等指標(biāo)，修正的內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)法是以地表水優(yōu)控污染物識(shí)別結(jié)果為基礎(chǔ)，在計(jì)算過程中引入各污染物的權(quán)重排序li，利用L加權(quán)平均代替Liave(n種污染物評(píng)分的平均值)。

L加權(quán)平均計(jì)算公式如下：

(17)

式中：L加權(quán)平均為n種污染物評(píng)分加權(quán)平均值；ai為第i種污染物的權(quán)重，其大小由該污染物在地表水優(yōu)控污染物識(shí)別后的排序位置而定，可將各種污染物的地表水危害性大小排序表示為li，計(jì)算公式如下：

(18)

式中：li為第i種優(yōu)控污染物的排序。

計(jì)算修正的內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)，公式如下：

(19)

式中：L綜為修正的內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)，即優(yōu)控污染物綜合評(píng)價(jià)指數(shù)B1。

(2)排放源強(qiáng)(B2)。排放源強(qiáng)即面源污染排放量。

(3)排放位置(B3)。本研究排放位置僅限地表，評(píng)分統(tǒng)一設(shè)定為6。

(4)排放路徑(B4)。地表水排放路徑包括滲水井、直排及地表徑流，分別進(jìn)行不同的賦值。

(5)距離水源地的距離(B5)。按照不同污染源位置進(jìn)行分類，距離水源地越近，則污染風(fēng)險(xiǎn)越高，相應(yīng)評(píng)分值越高。

(6)防滲措施(B6)。按照是否有防滲措施，進(jìn)行相應(yīng)的評(píng)分賦值。

詳細(xì)的指標(biāo)評(píng)分見表6所示。

表6 地表水飲用水水源地污染源風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)評(píng)分Tab.6 Pollution source risk index score of surface drinking water source

依據(jù)各指標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)程度對(duì)其進(jìn)行權(quán)重賦值，如表7所示。

表7 地表水飲用水水源地污染源風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)權(quán)重Tab.7 Weight of pollution source risk index of surface drinking water source

則污染源風(fēng)險(xiǎn)總指數(shù)計(jì)算方法如下：

B=0.36B1+0.17B2+0.15B3+

0.08B4+0.17B5+0.07B6

(20)

式中：B為總風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)；Bi為各指標(biāo)評(píng)分。

將B計(jì)算結(jié)果按照等間距法，取值范圍(0.00～10.00)分為4個(gè)等級(jí)，B值越大，污染源風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)越高，具體分級(jí)結(jié)果如表8所示。

表8 B值分級(jí)結(jié)果Tab.8 B value classification results

2 案例分析

2.1 研究對(duì)象概況

選擇承德市雙峰寺水庫(kù)及其周邊區(qū)域?yàn)檠芯糠秶?，開展農(nóng)業(yè)面源污染風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)及分級(jí)。雙峰寺水庫(kù)位于武烈河干流上，水庫(kù)總庫(kù)容1.37 億m3。除防洪功能外，雙峰寺水庫(kù)還可為承德市的城市生活和工業(yè)用水提供清潔可靠水源，保障城市供水安全。

雙峰寺水庫(kù)目前處于蓄水狀態(tài)，還未正式運(yùn)營(yíng)供水，屬于規(guī)劃型水源地。水庫(kù)周邊農(nóng)業(yè)面源污染風(fēng)險(xiǎn)較為突出，包括農(nóng)村生活污染、農(nóng)業(yè)種植污染、畜禽養(yǎng)殖污染等，本次研究調(diào)查范圍詳見圖1。

2.2 農(nóng)業(yè)面源污染調(diào)查

據(jù)調(diào)查，雙峰寺水庫(kù)周邊存在8個(gè)村莊；種植作物種類主要為玉米，使用化肥類型為尿素；部分村莊還種植果樹，主要使用化肥類型為磷酸氫二胺。具體調(diào)查資料詳見表9。

2.3 農(nóng)業(yè)面源污染負(fù)荷計(jì)算

(1)農(nóng)村生活污染。根據(jù)式(1)計(jì)算P，具體如表10。

(2)農(nóng)業(yè)種植污染。為確保玉米的正常生長(zhǎng)需求，根據(jù)測(cè)土配方施肥法每公頃玉米尿素用量約為482.4 kg；果樹種植磷酸氫二胺使用量一般為1.00～1.50 kg/棵，1 hm2土地通?？煞N植750～1 200 棵。

表10 農(nóng)村生活污染源產(chǎn)生的污染負(fù)荷計(jì)算Tab.10 Pollution load calculation of rural household pollution sources

氮肥的流失系數(shù)根據(jù)研究地區(qū)的氮肥流失定點(diǎn)試驗(yàn)結(jié)果確定，玉米對(duì)尿素的利用率為52.00%，其余尿素流失量占到48.00%；根據(jù)對(duì)磷酸氫二胺化肥的定點(diǎn)試驗(yàn)研究，磷酸氫二胺化肥的流失量占當(dāng)年施肥量的25.00%左右[16]。

計(jì)算水庫(kù)周邊村莊農(nóng)業(yè)種植污染負(fù)荷如表11所示。

表11 農(nóng)業(yè)種植污染負(fù)荷計(jì)算Tab.11 Pollution load calculation of agricultural planting

(3)畜禽養(yǎng)殖污染。計(jì)算水庫(kù)周邊畜禽養(yǎng)殖污染負(fù)荷，詳見表12所示。

表12 畜禽養(yǎng)殖污染負(fù)荷計(jì)算 kg/d

2.4 風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)結(jié)果

按照Bi計(jì)算方法，分別計(jì)算水庫(kù)周邊不同村莊污染風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，水庫(kù)周邊污染源風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)計(jì)算結(jié)果如表13至表16所示。

表13 水庫(kù)周邊村莊污染源B1值Tab.13 values of B1 in the surrounding villages of the reservoir

以西黃土坎村為例，計(jì)算過程如下：首先依據(jù)《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》，將COD、TN、TP的濃度與標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行對(duì)比，依據(jù)表5確定3種污染物的評(píng)分值Li。再計(jì)算L加權(quán)平均：

其他幾個(gè)村的B1數(shù)值按照上述步驟完成。

表14 水庫(kù)周邊風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)Bi計(jì)算結(jié)果Tab.14 Bi calculation results of risk assessment indicators around the reservoir

表15 水庫(kù)周邊污染源風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)評(píng)分Tab.15 Risk rating of pollution sources around the reservoir

表16 各個(gè)村莊污染源等級(jí)分級(jí)(圖例)Tab.16 Classification of pollution sources in each village

綜上，雙峰寺水庫(kù)周邊，西黃土坎村、甸子村、山灣子村、下河口村、南觀音堂村、下南山村、上窩鋪村7個(gè)村莊為Ⅳ級(jí)風(fēng)險(xiǎn)源，該7個(gè)村莊距離水源地最近，且村莊內(nèi)無統(tǒng)一的污水處理設(shè)施，產(chǎn)生的污水直排農(nóng)田或河道、廢棄物隨意堆放在土壤表面，對(duì)入庫(kù)水質(zhì)產(chǎn)生較大的污染風(fēng)險(xiǎn)。因此，將該7個(gè)村莊分布范圍劃定為雙峰寺水庫(kù)農(nóng)業(yè)面源污染風(fēng)險(xiǎn)防控區(qū)，面積為20.93 km2，詳見圖2。

3 結(jié)論與建議

開展水源周邊農(nóng)業(yè)面源污染風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)，以村莊為單位劃定水源農(nóng)業(yè)面源污染風(fēng)險(xiǎn)防控區(qū)，針對(duì)防控區(qū)內(nèi)污染源特點(diǎn)，及時(shí)采取有效措施，保障水源安全。

雙峰寺水庫(kù)農(nóng)業(yè)面源污染風(fēng)險(xiǎn)防控區(qū)范圍為20.93 km2，防控區(qū)內(nèi)主要污染問題為村莊生活污水直排、生活垃圾及畜禽糞便任意堆放，以及化肥不合理施用等。因此，提出以下幾點(diǎn)建議：

(1)強(qiáng)化生活污水、垃圾收集處理。加強(qiáng)村鎮(zhèn)污水收集處理設(shè)施建設(shè)。推進(jìn)污水配套管網(wǎng)建設(shè)，將城鎮(zhèn)管網(wǎng)延伸至農(nóng)村，實(shí)現(xiàn)村鎮(zhèn)污水統(tǒng)一收集處理，減少對(duì)水庫(kù)水源污染風(fēng)險(xiǎn)。對(duì)人口規(guī)模較小、居住分散、污水不易集中收集的地區(qū)，可采用凈化槽或其他單戶處理工藝進(jìn)行處理。

實(shí)行村鎮(zhèn)生活垃圾統(tǒng)一規(guī)劃、管理，積極推進(jìn)城鎮(zhèn)垃圾處理設(shè)施和服務(wù)向農(nóng)村延伸。

(2)規(guī)范畜禽養(yǎng)殖污染防治。嚴(yán)格落實(shí)相關(guān)法律法規(guī)，科學(xué)劃定和調(diào)整畜禽養(yǎng)殖禁養(yǎng)區(qū)、限養(yǎng)區(qū)。建造畜禽養(yǎng)殖糞污廢水處理池和垃圾無害化處理站。推廣農(nóng)村沼氣、有機(jī)肥生產(chǎn)等資源化項(xiàng)目。

(3)加強(qiáng)農(nóng)業(yè)種植污染防治。減少種植區(qū)的農(nóng)藥用量?？刂苹适┯梅N類，推廣有機(jī)施肥。研究科學(xué)施肥配方，推廣平衡施肥技術(shù)，提高肥料的利用率，降低其對(duì)水源污染的風(fēng)險(xiǎn)。

圖2 水庫(kù)農(nóng)業(yè)面源污染風(fēng)險(xiǎn)防控區(qū)Fig.2 The prevention and control area of agricultural non-point source pollution in reservoir

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