城市水源地非点源污染研究综述

第11卷 第6期 中 国 水 运 Vol.11 No.6 2011年 6月 China Water Transport June 2011

收稿日期：2011-04-13

作者简介：徐洪庆（1982-），男，山东菏泽人，山东省胶东调水局青岛分局助理工程师。

城市水源地非点源污染研究综述

徐洪庆1

，宋晓冉2

，杜子龙

3

（1山东省胶东调水局 青岛分局，山东 青岛 266000；

2青岛水文水资源勘测局，山东 青岛 266017；3山东省水文水资源勘测局，山东 济南 250014）

摘 要：随着城市水源地点源污染控制水平的不断提高，非点源污染也越来越受到人们的重视。文中在阐述非点源污染概念的基础上，概述了国内外城市水源地非点源污染的研究现状，分析了国内外研究存在的问题，并讨论了城市水源地非点源污染研究的未来发展趋势。 关键词：非点源污染；城市水源地；发展趋势

中图分类号：S157.1 文献标识码：A 文章编号：1006-7973（2011）06-0183-03

非点源是指时空上无法定点监测的、与大气、水文、土壤、植被、地质、地貌、地形等环境条件和人类活动密切相关的，可随时随地发生的，直接对大气、土壤、水构成污染的污染物来源[1]。它包括大气环境的非点源、土壤环境的非点源和水环境的非点源三类。水环境的非点源包括大气干湿沉降、暴雨径流、底泥二次污染和生物污染等诸多方面。长期以来点源污染一直是城市水源地水环境污染防治和管理的重点，但是随着对工业污染和城市生活污染控制水平的提高，特别是近年城市化发展迅速，农用化肥、农药数量急剧增加，以至我国城市水源地非点源污染问题日益突出。研究表明，即使点源污染得到全部控制，水源地水环境也得不到根本的改善，水质达标率仅为42%～65%[2]，北京密云水库、天津于桥水库、巢湖和太湖等水域的非点源污染比例已超过点源污染。可见非点源污染已经成为城市水源地的重要污染源，对非点源污染研究也已成为国际上环境问题研究的活跃领域。

一、国内外研究现状 1．国外研究现状

国外农业非点源污染研究起步于60年代，首先美、英、日等一些发达国家率先开展，70年代以后在世界各地逐渐受到重视，尤以美国研究历史较长[3]。但70年代初进行的非点源污染研究仅是在非点源污染特征、影响因素、单场暴雨和长期平均污染负荷输出等方面的初步认识研究。当然，土壤侵蚀的定量化研究这一时期已相当成熟，只是当时的研究角度不是非点源。70年代中后期的非点源污染研究有很大发展，影响因素和宏观特征研究[4]由相关因素分析和时空分异分析转向与非点源污染控制密切相关的主控因子和源区（危险区域）空间分析。有关非点源污染物的迁移和转化研究也有初步进展，径流和水质模型的对接方法开始探讨。

80年代非点源污染基础研究地域范围广、类型多样（新增生物源），因素分析和污染物（特别是农药）迁移机理研究更加深入。非点源污染模型在建立新的应用型模型的基础上，重点加强了3S（RS、GPS、GIS）在非点源污染定量负荷计算、管理和规划中的应用研究。这一时期GIS 研究与应用

的突出成果是专业GIS 软件开发并用于潜在非点源污染的三维图形输出。

进入90年代，微生物的迁移成为非点源污染物迁移、转化研究的新增长点。地下水的反补给也被列为地表水源的重要非点源。与非点源污染负荷估算相关的流域开发方向、非点源污染管理模型和非点源污染风险评价成为本时期应用模型研究的最新突破点。计算机软件的开发—混合专家系统、多语种非点源污染模型软件的出现为非点源污染的研究、削减和控制提供了前所未有的方便。非点源污染的管理和控制方面的研究以美国的“最佳管理措施”最具代表性。有关非点源毒性污染物的主要源区分析与处理、非点源毒性污染物对水生生物以及通过食物链对人体健康的危害研究已成为90年代以来非点源污染物毒理学研究的热点。

2．国内研究现状

70年代我国城市水源地水环境研究的重点是由点源、非点源造成的湖泊富营养化，但我国真正意义上的非点源污染研究是从北京城市径流污染研究开始的，之后相继在上海、杭州、苏州、长沙、南京、成都等城市开展了城市非点源污染研究；1980~1990年我国的非点源污染研究仅是农业非点源和城区径流污染的宏观特征与污染负荷定量计算模型的初步研究。基于受纳水体水质分析，计算汇水区农业非点源污染输出量的经验统计模型这一时期发展较快并广泛应用。通用土壤流失方程首次在我国用于非点源污染的危险区域识别研究。进入90年代，我国的非点源污染研究更加活跃。农药、化肥污染的宏观特征、影响因素研究和黑箱经验统计模式继续在农业非点源污染研究中占重要席位。将农业、城市非点源污染负荷模型与3S 技术结合、与水质模型对接用于流域水质管理成为农业、城市非点源污染研究的新生长点。油田开发区石油污染、生物污染、大气沉降等非点源污染研究也有一定进展。这一时期的首要成就当推李怀恩等的机理型流域暴雨径流响应模型。我国的非点源污染控制与管理措施除了一些水土保持方法和尹澄清的“多塘系统”外，其它成就不是很多。

二、研究方法

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非点源污染的过程由降雨一径流、水土流失、污染物迁移三个环节组成。降雨一径流过程是造成非点源污染物输出的主要动力，水土流失是污染物的迁移载体，而地表和土壤的污染物含量及污染物在迁移过程中所发生的降雨、截留、溶解、化学反应和生物过程等，又直接影响污染物的输出量。总之，非点源污染既服从水文学的降雨、产汇流规律，又有污染物本身的物理运动、化学反应和生化效应的演变，是水文、地理、气象和水土保持等多种因素综合作用的结果。非点源污染特征及负荷定量化研究，涉及多学科，可以从不同角度来研究[5]。目前使用较多的方法如下：

1．根据污染物性质

（1）颗粒物

由于人们对土地不合理的开发利用，破坏了天然植物，引起土壤流失，不仅降低了土地土壤质量，也影响了河流水质。据美国环境保护署分布的数字，仅农田年侵蚀量就高达225t/hm2，河流、湖泊中沉积的泥沙有50%来自农田。由于土壤颗粒本身就能污染水体，加之又是化学物质的携带者，因而土壤流失量是最早研究的非点源问题。

（2）营养物和有机物

为提高农业产量，防治病虫杂草危害，需要使用农药、化肥，但其中氮、磷只有很少部分被植物利用，未被利用的部分便构成了潜在的污染源。波特等人综台分析了农业非点源污染物产生的速率，发现氮磷产生量以施用化肥和有机肥料的农地为最多。

（3）农药

主要根据农药本身的性质，研究其在土壤中的残留量随降雨径流的损失及其对水质的影响。

2．选择试验小区

非点源污染物来源于土地表面，因而地面的各种自然地理特征，如地形、坡度、土壤类型、植被状况等，都直接影响到污染物的流失过程。人们不可能对整个流域所有地表都进行研究，需要选择有代表性的试验小区，通过分析研究非点源污染的性质，掌握污染的形成规律，为进一步的工作提供依据，因而被广泛应用。

3．研究水源地水体的水质变化

地面径流最终携带各种污染物质进入城市水源地，因而水源地水体的水质变化也就能反映出非点源污染的影响，因此，采用这种方法能最有效地把非点源污染的影响结合进水质规划中。不过这种方法只能得出某种地表条件组合的综合效果，不能提供非点源污染产生的机制。

4．人工降雨模拟

这一方法简化了自然界的变化，突出了某一种或几种主要因素的影响，易于进行定量化定量化研究。但由于与实验条件有所差别，不能直接用于实际污染负荷的计算，多被用于模拟暴雨径流过程中污染物流失机制的研究。

5．采用数学模型

数学模型是评价污染物迁移转化，制订规划管理的有效措施．初期的统计模型，根据长期大量实测数据，建立污染物流失量与自然界中影响因素的统计规律。这类模型不能反映实际的污染物迁移转化过程，无法从机理上解释非点源污染的性质，因而在应用上存在局限。而后逐渐发展的推理型模型，通过对自然变化过程的分析，根据机理建立方程连续模拟污染的迁移变化，能够反映出时空上的变化，应用范围也较广。另外，最初的模型以土壤流失量力中心，不能完全代表污染的流失，尤其是可溶性营养物和农药的流失。现已发展出既考虑泥沙吸附态污染物，又计算溶解态污染物流失的模型，研究污染物各种形式间的转化和吸附与解吸过程，并用相应的方程表达。

以上方法都具有各自的特点，同时也有一定局限性。非点源污染是一个涉及面很广泛的问题，需要根据水环境保护的要求和流域研究的侧重点，在特定区域，结合多种方法，构建一个完整的研究系统。

三、国内外研究存在的问题

综合分析国内外研究现状，水源地非点源污染研究还存在一下问题：

1．对非点源污染研究重视程度不够

我国虽已开始注意到非点源污染问题，但因点源污染形势仍很严峻，人们的注意力仍主要集中于点源的控制、管理，对非点源污染研究的重要性认识不足，非点源污染研究方面的科研工作显得十分薄弱[6]。

2．缺少对大气干沉降的研究

由于农田径流和城镇径流规模庞大、污染严重，长期以来，人们研究的重点都放在地表非点源上，而对大气干沉降这一空中非点源研究却重视不够[7]。事实上，干沉降对一个湖库传输的污染物远比一个主要公路径流传输的污染物多，而且可通过远距离输送进入森林累积，使不受干扰的森林汇水区污染物输出逐年增加。

3．对非点源毒性污染物研究较少

具体污染物的迁移转化研究多针对COD、N、P、大肠杆菌等常规指标，而非点源毒性污染物在空中、地表的迁移转化研究却涉及较少，对毒性污染物的认识不足，优先污染物的筛选缺乏充足的理论依据，另外，对非点源毒性污染物的控制、管理也带有一定的盲目性。

4．模型化研究不够成熟

目前国外的非点源污染模型中研究型的多、应用型的少，经验型的多、机理型的少。机理型要求资料多，率定困难。经验型具有局地特点，难以大范围推广应用。我国的非点源污染模型也多为经验型或带有局地特点，李怀恩等的机理模型的可推广性也还需接受后期检验。

5．非点源污染的管理和控制措施不够完善

国外对于非点源污染的管理和控制措施研究进行的较多，但存在损一保一的现象。我国目前的污染控制重点仍主要放在点源上，非点源污染没有得到应有的重视，其管理和控制措施比较零散，还没形成完整的体系。

6．研究手段落后

目前，我国城市水源地非点源污染研究中虽然已开始采用遥感、人工模拟试验及3S等技术，但应用水平不高，除了一些零散、初步的工作外，尚未进行全面系统的研究，更没有开展这些先进技术的综合应用研究，制约了非点源污染研究的发展。