于桥水库流域污染负荷估算和管理效果评估

利用模型进行流域非点源管理已成为国内外通 用 且 有 效 的 手 段 。近 年 来 ，现 代 计 算 机 及 “3S ”技术 与 非 点 源 污 染 模 型 结 合 ，涌 现 了 一 大 批 具 备 空 间 数 据 处 理 、可 视 化 模 拟 等 强 大 功 能 的 新 的 非 点 源 污 染 模 型 ，使 其 在 非 点 源 污 染 的 时 空 分 布 、关键源区识别 以 及 最 佳 管 理 实 践 （BM Ps)方 案 制 定 等 方 面 有 广 泛 的应用[2]，如 水 土 评 估 模 型 SW A T™ 、农 业 非 点 源 模 型 AnnAGNPSw 、流 域 水 环 境 模 拟 工 具 BASIN 等 [5]。复 杂 模 型 对 环 境 问 题 的 描 述 较 精 确 ，但需要 收集大量的观测数据和具有空间属性的图件作为输 人 数 据 ，模 拟 过 程 也 涉 及 大 量 的 复 杂 参 数 ，在实际应 用 中 要 受 到 了 诸 多 因 素 的 限 制 。本 研 究 采用受美国
主要河流有淋河、沙 河 、黎河等，多为季节性河流，其
中黎河为引滦调水输水河道。流域地形地貌特征为 北高南低，丘陵、山地、平原均有分布，海拔9〜1 201
m 。流域土地利用类型多样，根 据 2 0 1 0 年土地利用
现状图可知，流域耕地面积比例最大，为 3 8 . 2 % ，其
次依次为有林地、灌木 林 、建筑用地（见 表 1)。2010
⑴
i?, =0.050 + 0.009X 7,
(2)
式中：L P为污染物负荷，kg/a;_P为降雨量，mm/a;_P.丨
为降雨产流率，默认 取 〇.9;_R,为 第 z 种土地利用类型
的地表径流系数;C,为 第 e'种土地利用类型的污染物
输出质量浓度，mg/L ;A ,为 第 z 种土地利用类型的面
Keywords： Yuqiao Reservoir；P LO A D ；non-point source pollution；management practices
于 桥 水 库 作 为 “引 滦 人 津 输 水 工 程 ”的调蓄水 库 ，自 1 9 8 3 年 通 水 Βιβλιοθήκη Baidu 今 ，已 累 计 向 天 津 市 安 全 供 水 271.1亿 m3 ，不 仅 保 证 了 城 市 人 民 的 饮 水 安 全 ，也极 大 改 善 了 天 津 市 的 投 资 环 境 和 生 态 环 境 ，为天津市 经 济 社 会 发 展 做 出 了 重 要 贡 献 。然 而 ，随着流域内 社 会 经 济 的 发 展 ，于 桥 水 库 水 质 不 容 乐 观 ，富营养化 趋 势 明 显 [1]。2 0 1 5 年 4 月 ，国 务 院 印 发 了 《水污染
摘 要 于 桥 水 库 流 域 非 点 源 污 染 已 成 为 政 府 高 度 关 注 的 热 点 问 题 之 一 。使 用 非 点 源 污 染 负 荷 模 型 PLOAD,以流域数字高 程 模 型 （DEM)、 2 0 1 0 年土地利用现状图和不同土地利用的污染物输出系数等作为模型主要输人数据，结 合流域现场调查监测等 方 式 ，对 于 桥 水 库 流 域 的 T N 和 T P 污染负荷 进 行 估 算 ，分析污染物的空间分布特征，模 拟 实 施 不 同 管 理 实 践 下 的 流 域 T N 和 TP 削 减 率 。结 果 表 明 ，于 桥 水 库 流 域 内 T N 和 T P 污 染 负 荷 分 别 约 为 22 3 .4 、19.5 t/a，分 布 特 点 为 “南 部 高 于 北 部 ，河流和水库沿岸 污染较重” 。综 合 管 理 实 践 对 T N 和 T P 的 削 减 率 分 别 为 2 4 .49% 、2 7 .2 3 % ，其 中 农 村 人 畜 粪 便 管 理 、生 态 移 民 等 的 去 除 效 果 较 显著。
-^BMP，i = (Lp X a;-) X (1 一
(4)
L=
+ L P X (A b — ^ A S bmp,；) / A B
年流域内总人口约194万人。
表 1 2010年研究区土地利用类型及面积比例 Table 1 Land use type and proportion of study area in 2010
项目 草地 水域 耕地 建筑用地 有林地 灌木林 园地 总计
面 积 /km2 102.2 111.4 801.8 214.2 578.6 222.0 67.1
防 治 行 动 计 划 》（通 称 “水 十 条 ”），明 确 提 出 “强化饮 用 水 水 源 环 境 保 护 ”、“确 保 引 滦 人 津 等 调 水 工 程 水 质安 全 ”。因 此 ，开 展 于 桥 水库流域污染源分析与水 环 境 管 理 研 究 ，对 于 完 成 “水 十 条 ”考 核 任 务 ，维持天 津 市 的 社 会 稳 定 和 经 济 发 展 ，具 有 重 要 现 实 意 义 。
Abstract ： Non-point source pollution of Yuqiao Reservoir was of great concern to the government. The PLOAD model was employed to estimate the TN and TP loads generated from various land use in the watershed. The datasets included digital elevation model (D EM ) ,land use data of 2010 and pollutant export coefficient data, which were col­ lected from the literature and field investigation. Several single management practices as well as the combined practice were designed,and their pollution load removal rates were estimated by the model. The results showed that the TN and T P pollution loads of Yuqiao Reservoir watershed were 223.4 and 19.5 t/a? respectively. The pollution load was higher in the southern areas than in the northern areas? and the higher load was distributed around the rivers or the reservoir. The removal rates of the TN and T P pollution loads of the combined management practices reached 24.49% and 2 7 .23% respectively. Among the single practices, the human and animal manure management in rural areas prac­ tice , ecological migrants practice and so on were efficiency.
环 境 污 染 与 防 治 第 39卷 第 7 期 2017年 7 月
于桥水库流域污染负荷估算和管理效果评估
李泽利1 周笑白1 赵兴 华 1 梅 鹏蔚1# 张 震 1 王玉秋2
( 1 . 天 津 市 环 境 监 测 中 心 ，天 津 300191 ; 2 . 南 开 大 学 环 境 科 学 与 工 程 学 院 ，天 津 3 0 0 0 H )
1 研究区域
于桥水库流域（见 图 1)跨 津 冀 两 个 省 市 ，流域 面 积 2 060 km2，其中河北省境内占全流域面积的 78% 。流域属于暖温带半湿润 大 陆 性 季 风 型 气 候 区，多 年 平 均 气 温 约 为 n .5 °C'，多年平均年降水量 为 750 mm ，多 年 平 均 年 蒸 发 量 为 1 000 mm。流域
第 一 作 者 : 李 泽 利 ，男 ，1 9 8 4 年 生 ，博 士 ，工 程 师 ，主 要 从 事 水 污 染 防 治 工 作 。* 通 讯 作 者 。 * 国 家 重 大 科 技 专 项 （NO.2013ZX07603-003-006) 。
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李泽利等于桥水库流域污染负荷估算和管理效果评估
环境保护署（USEPA)支 持 、集 成 在 B A S IN 系统里 的 非 点 源 污 染 负 荷 模 型 PLO AD[6]M4，该模型能在 年 尺 度 上 估 算 非 点 源 污 染 的 负 荷 ，特 别 是 能 预 测 和 评估实施管 理 实 践 后 的 效 果 。相对于复杂模型而 言 ，它 需 要 的 数 据 量 较 少 ，能在数据缺乏的地区应 用 ；模拟结果显示形象直观，对研究人员的数理知识 要 求 不 高 ，较 易 推 广 应 用 。
关 键 词 于 桥 水 库 PLO AD 非点源污染管理实践 D 0 l：10.15985/j.cn k i.l0 0 1 -3 8 6 5 .2 0 1 7 .0 7 .0 1 2
Estimating pollution load and evaluating management practices for Yuqiao Reservoir watershed L I Z e h 1 ,Z H O U X iaobai1 ， Z H A O X in ghu a1 ， M E I P en gy u 1 ， Z H A N G Z hen1 ， W ANG Yuqiu2. (1 . Environment M onitoring Center o f T ia n jin ， T ia n jin 3 0 0 1 9 1 ；2. College o f Environm ental Science and E n gin eerin g , Nankai U niversity， T ianjin 300071)
PLOAD模型在国外许多流域被应用于估算非 点源污染负荷[71u]。国 内 也 有 学 者 运 用 PLOAD模 型在一些流域做了案例研究。崔 广 柏 等 ™ 运 用 PLOAD模型识别出了太湖锡山流域的关键污染源 区，提出了 B M P s方 案 ；周 慧 平 等 [12]利 用 PLOAD 模型模拟了浙江省剡江流域的B O D 污染负荷；熊丽 君等[13]重点探讨了 PLOA D 模型中的径流系数的 确定方法；张淼淼[14]利 用 PLOAD模型估算了柳河 流域的非点源污染负荷。本 研 究 采 用 PLOAD模型 对于桥水库流域主要污染物TN 、T P 污染负荷进行估 算 ，并对已采取或拟采取的管理实践的削减率进行分 析 ，以期为于桥水库流域管理提供科学依据。
2 097.3
比 例 /% 4.9 5.3 38.2 10.2 27.6 10.6 3.2
100.0
2 数据与方法
2.1 模型原理 2.1.1 PLOAD模型污染负荷估算
PLOAD模型在年尺度上估算流域非点源污染 负 荷 ，其 估 算 方 法 如 下 ：
L P= ^](0.01 / P / P , / R , / C, / A ,)
积 ，hm2;7,为 第 ；种土地利用类型的不透水率，％。
地表径流系数是指降雨产生的径流量与降雨量
之 比 ，与流域下垫面的不透水率相关[6]7'
2.1.2 PLOAD模型管理实践效果评估
PLOAD模型评估或预测实施管理实践后的污
染负荷削减率原理如下：
—A S bmp,；/A b X 100 %
(3)