东圳水库流域氮磷面源污染现状调查与分析

东圳水库流域氮磷面源污染现状调查与分析

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林建国 杨玉波

（福建省近岸海域环境监测站，福建 莆田 351100）

[摘要] 面源污染已成为当前水环境的重要污染源。该文以莆田东圳水库流域为研究背景，通过对其2017年各类污染源进行统计调查，结合库区和入库河流水质监测，研究东圳水库流域氮磷面源污染的主要来源与负荷。结果表明，东圳水库流域的主要污染物为总氮和氨氮，主要污染源是农田径流，农业面源污染贡献了66.3％的总氮负荷。相应的，提出了东圳库区氮磷面源污染的控制措施。 [关键词] 面源污染 氮磷负荷 东圳水库

[中图分类号] X524 [文献标识码] A [文章编号]1673-8683(2019)02-0006-04

面源污染具有一定的随机性、不确定性、污染面广、时空差异大等特点，是当前大部分流域水质污染的重要原因[1-2]。在荷兰，农业总氮、总磷面源分别占水环境污染的60%和40%～50%[3]。在我国，北京密云水库、天津于桥水库、安徽巢湖、江苏太湖上游地区、云南洱海、上海淀山湖、黄浦江上游等水域，面源污染已逐渐成为威胁饮用水源的主要原因[4]。

近年来，我国水环境污染防治形势发生了新的变化，氮磷逐渐成为重点湖库水质的首要污染物[5]。氮磷超标是水体富营养化的重要原因，Liebig的“最小值定律”也说明氮磷的浓度决定着水体富营养程度，国内外对水质的评价几乎都有采用氮磷含量，美国曾通过控制氮磷等营养盐进行富营养化的治理[6]。

东圳水库是莆田市最大的水库，是莆田人民的重要饮用水源地和工农业主要用水基地，其水质好坏直接关系到城市的经济和社会发展。近年来，福建省、莆田市高度重视东圳水库的生态环境保护工作，相继实施了畜禽养殖场污染整治、城镇生活污水处理、农村环境综合整治等一系列项目，取得了一定成效，但是仍存在一些难以解决的问题。本文通过在东圳水库流域开展氮磷面源污染调查研究和监测，以查明当前库区氮磷污染的主要来源和负荷，为库区面源污染评价与控制提供基础数据。

* 基金项目：莆田市科技计划项目（编号：2017S3003）。

1 调查方法和范围

东圳水库流域面源污染源调查主要通过统计年鉴、实地调查、政府部门提供基础资料相结合的方法进行。东圳水库流域跨越城厢区和仙游县，主要包括城厢区常太镇的大部分以及仙游县钟山镇和游洋镇的一部分。面源污染调查内容主要包括2017年流域内农村生活污水、农村生活垃圾、农业径流污染、分散养殖污染、水土流失污染等。 2 水环境监测

2018年，对东圳水库库区（共7个站位）及4条入库河流（东太溪、西太溪、院里溪、延寿溪）开展了水质监测。监测项目主要包括水文参数和水质参数，监测时间为 3月、5月、7月和11月。 3 调查结果 3.1 农村生活污水

调查发现，流域内农村地区尚未建立农村污水处理设施，所产生的生活污水直接排入环境。参考《全国水环境容量核定指南》中人均产污系数的推荐值[7]，并结合流域内农村的特点，确定流域内农村人均综合用水量为120L/人·天，污水排放系数为0.60，人均产污系数为：

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2019年第2期 海峡科学 HAI XIA KE XUE

氨氮4g/人·天，总氮5g/人·天，总磷0.44g/人·天。根据 统计年鉴中的农村常住人口数，计算流域内农村生活污水氮磷排放量，结果如表1所示。

表1 农村生活污水氮磷排放量

乡镇 人口/人 污水量 排放量/t·a-1 /万t 总磷 氨氮 总氮 常太镇 40367 106.08 6.48 73.67 58.94 钟山镇 27291 71.72 4.38 49.81 39.84 游洋镇 4094 10.76 0.66 7.47 5.98 合计

71752

188.56

11.52

130.95

104.76

3.2 农村生活垃圾

调查发现，流域内的大部分农村地区建立了生活垃圾转运设施，仅部分生活垃圾产生的污染物最终进入环境。参考《第一次全国污染源普查》排污系数手册[8]，估算流域内农村人均每天产生生活垃圾约0.31kg，每吨生活垃圾的氨氮、总氮和总磷释放量分别为8.1kg、14kg和2.8kg。根据农村地区的实际垃圾收集清运情况，估算生活垃圾收集率约为90%，由此计算农村生活垃圾氮磷排放量，结果如表2所示。

表2 农村生活垃圾中氮磷排放量

排放量/t·a-1

乡镇

人口/人 垃圾量/t 总磷 氨氮 总氮 常太镇 40367 4567.53 1.28 6.39 3.70 钟山镇 27291 3087.98 0.86 4.32 2.50 游洋镇 4094 463.24 0.13 0.65 0.38 合计

71752

8118.74

2.27

11.37

6.58

3.3 农业污染

经走访和调查，流域内农业施肥大部分为表施，肥料随雨水径流进入水库，对水库水体造成污染。根据《全国水环境容量核定技术指南》中相应的修正系数（表3），以及实地调查和国土资源部门提供的土地利用数据估算农业氮磷排放量，如表4所示。

表3 流域内农业源强系数修正表

修正因子 修正依据 修正系数 坡度 坡度在 25°以下 1.0 农田类型 主要种植稻谷、枇杷

1.1 土壤类型 壤土 1.0 化肥使用量 平均31.50kg/亩 1.1 降水量

平均年降水量大于 800 mm

1.2

表4 流域内农业氮磷排放量

乡镇

面积/亩

排放量/t·a-1 水田 旱地 园地 总磷 氨氮 总氮 常太镇 10409 3749 54954 19.08 152.67 229.01 钟山镇 13010 10048 1508 10.10 80.83 121.25 游洋镇 2035 1258 945 1.64 13.13 19.69 合计 31778

17462

68913

37.41

299.29

448.94

3.4 分散式畜禽养殖

调查流域内各乡镇的分散式畜禽养殖情况，获得猪、牛、鸡、鸭、羊的分散式养殖量，并换算成猪的量。根据国家环境保护部公布的数据，猪的养殖排污系数为：氨氮 3.2 g/头·天、总氮5 .8 g/头·天、总磷 0.8 g/头·天，估算分散式畜禽养殖氮磷污染物的排放量，如表5所

示。

表5 流域内畜禽养殖氮磷排放量

乡镇 折合猪/头 产生量/t·a-1

总磷 氨氮 总氮 常太镇 2390 0.70 2.79 5.06 钟山镇 1152 0.34 1.35 2.44 游洋镇 1502 0.44 1.75 3.18 小计

5044

1.48

5.89

10.68

3.5 城镇地表径流

城镇地表径流中的污染物主要来自降雨径流对城镇地表的冲刷[9]。

根据全国水资源综合规划地表水水质评价方法，参考李立青等人的研究[10-11]，氨氮流失量按总氮流失量的10%进行估算。结合流域内城镇的特点，确定城镇径流雨水中氨氮浓度为0.22mg/L，总氮浓度为2.2mg/L，总磷浓度为0.4mg/L。依据《室外排水设计规范》[12]，东圳水库流域是多山多雨，流域内城镇建筑稀疏，地表径流系数大致选取为0 .2。2017 年流域降雨量为 1700 mm，根据流域内各城镇建成区面积来计算城镇径流氮磷排放量。

表6 流域内城镇地表径流氮磷排放量

乡镇 面积/km2

年雨水径流量

排放量/t·a-1 /万 t

总磷 氨氮 总氮 常太镇 3.25 124.23 0.40 0.22 2.19 钟山镇 2 76.45 0.24 0.13 1.35 小计

5.25

200.68

0.64

0.35

3.53

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HAI XIA KE XUE 海峡科学 2019年第2期

3.6 水土流失

水土流失是面源污染的重要原因，土壤中氮磷含量越高，侵蚀泥沙中的颗粒态氮磷含量也越高。流域内水土流失面积和侵蚀量由莆田市水土保持委员会办公室提供，土壤中的氮磷含量根据实测数据进行核算，估算水土流失产生的污染物的量，结果如表7 所示。

表7 流域内水土流失氮磷排放量

乡镇 常太镇 钟山镇 游洋镇 小计

侵蚀量/t 13290 45718 4622 63630

排放量/t·a-1 总磷 7.58 40.00 2.61 50.19

总氮 12.76 96.69 5.10 114.55

3.7 氮磷入河量

确定氮磷入河量的关键是确定入河系数。本文根据已有的研究成果 [13]，并结合流域的实际状况，确定各类污染源入河系数。根据流域内氮磷的排放量和入河系数，计算流域中的氮磷入河量（见表8）。由表8可知，东圳水库流域2017年总磷、氨氮、总氮的入河量分别为20.54、83.25、135.43t。可见，总氮和氨氮是库区最主要的污染物，其中农业污染的氮磷入河量占比最高，是库区最主要的污染源。

表8 2017年流域各种污染源的氮磷入河量汇总

污染源 农村生活污水 农村生活垃圾 农业污染 分散养殖 城镇径流 水土流失

小计

入河系数

排放量/t

0.15 0.15 0.2 0.3 0.8 0.2

11.52 2.27 37.41 1.48 0.64 50.19 103.51

总磷 入河量/t 1.73 0.34 7.48 0.44 0.51 10.04 20.54

比例 8.4% 1.7% 36.4% 2.2% 2.5% 48.9% 100%

排放量/t 130.95 11.37 299.29 5.89 0.35 — 447.85

氨氮 入河量/t 19.64 1.71 59.86 1.77 0.28 — 83.25

比例 23.6% 2.0% 71.9% 2.1% 0.3% 0.0% 100%

排放量/t 104.76 6.58 448.94 10.68 3.53 114.55 689.04

总氮 入河量/t 15.71 0.99 89.79 3.20 2.82 22.91 135.43

比例 11.6% 0.7% 66.3% 2.4% 2.1% 16.9% 100%

随着点源污染得到有效控制，面源污染已成为流域重要的污染源，如何有效控制面源污染已成为一个紧迫的任务。在各类面源污染引起的水环境污染问题中，农业面源污染是最普遍的[14-15]。近年来，化肥、农药等用量不断增加，加上使用技术不合理，氮磷面源污染问题日益突出，湖泊、水库、河流普遍富营养化。因此，控制和治理氮磷面源污染不仅关系到自然生态环境的保护，而且关系到社会和经济的可持续发展。 4 监测结果 4.1 水库监测结果

根据《地表水环境质量标准》 [16]，2018年东圳水库主要污染物为总氮，年平均值为0.82mg/L，最高月份为1.03 mg/L。

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2018年3月 2018年6月 2018年9月 2018年11月 年平均值

表9 东圳水库主要污染物监测和评价结果

总磷

监测时间

/mg·L-1 0.03 0.03 0.02 0.02 0.02

总氮 /mg·L-1 0.84 0.69 0.72 1.03 0.82

氨氮 /mg·L-1 0.10 0.20 0.17 0.22 0.17

水质类别 III III III IV III

主要污染物 总氮 总氮 总氮 总氮 总氮

4.2 入库河流监测结果

2018年东圳水库入库河流东太溪、西太溪和延寿溪的总氮浓度均超过《地表水环境质量标准》III类水质标准，东太溪水质最差，总氮浓度最高为1.96 mg/L。

2019年第2期 海峡科学 HAI XIA KE XUE

表10 入库河流主要污染物监测（年平均值）

和评价结果

氨氮

总磷 总氮 河流 水质类别

主要污染因子

/mg·L-1 /mg·L-1 /mg·L-1 东太溪 0.182 0.050 1.613 V 总氮 西太溪 0.111 0.028 1.370 IV 总氮 院里溪 0.160 0.040 0.810 III 总氮 延寿溪

0.090

0.040

1.263

IV

总氮

5 问题及建议 5.1 主要环境问题

调查和监测研究表明，东圳水库流域存在以下问题。

（1）水库和入库河流总氮浓度较高。水库和4条入库河流的总氮浓度均超过《地表水环境质量标准》Ⅱ类水质标准。东太溪水质最差，为V类水质，总氮年平均浓度为1.613mg/L。

（2）流域内农业面源污染严重。目前，流域内农业施肥大部分为表施，大面积施用农家肥，肥料随雨水径流进入水库，对饮用水源水体造成污染。

（3）城镇污染治理设施建设滞后。目前，流域内常太镇的城镇生活污水已接管到市区污水处理厂集中处理，其他乡镇大部分生活污水未经处理或仅作简单处理就直接排放，最终进入水库。随着城镇化水平的加快和农村经济的发展，城镇人口规模不断扩大，农村生活方式改变，生活污水污染问题日益突出。 5.2 对策建议

5.2.1 加强农业面源污染控制

针对流域农田分布面广、分散的特点，推广配方施肥，做到因土、因作物、因生育期、因肥效配方施肥。引导农民因地制宜开发利用有机肥源，无机肥、有机肥结合施用，推广平衡施肥。

5.2.2 加快城镇生活污水处理工程建设

建设城镇生活污水处理及配套管网工程、实现达标排放。针对流域内存在的农村环境问题，开展流域农村环境综合整治工程，主要包括农村生活污水处理、生活垃圾收集转运处置和农业面源污染控制工程。

5.2.3 入库河道生态保护与修复

针对流域内河流环境现状，开展入库河道环境综合整治工作，以河道疏浚、岸坡整治、生态修复等为主要整治措施，提升河流水环境的自我修复和净化能力。

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