海河流域农村生活非点源污染负荷量估算及环境风险分析，本文主要内容关键词为：海河论文,非点源论文,负荷量论文,流域论文,风险论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
改革开放以来，伴随着我国经济的快速增长，人类活动和资源环境的矛盾加剧，水资源短缺和水环境污染的形势严峻。《2008中国环境状况公报》指出，全国七大水系200条河流409个断面中，Ⅰ～Ⅲ类、Ⅳ～Ⅴ类和劣Ⅴ类水质的断面所占比例分别为55.0％、24.2％和20.8％。其中，珠江、长江水质总体良好，松花江为轻度污染，黄河、淮河、辽河为中度污染，海河为重度污染。
海河流域是我国的经济和文化中心，其中包括首都北京，但却也成为我国水污染最严重的流域之一。2008年，63个断面中，Ⅰ～Ⅲ类水质断面占28.6％；Ⅳ类占14.3％；Ⅴ类占6.3％；劣Ⅴ类占50.8％。因此，改善海河流域水资源和水环境任务迫在眉睫。
水体污染分为点源和非点源两大类，非点源污染又包括农业非点源和城市非点源。多年来，我们把关注的重点都放到了点源污染上，非点源污染没有引起足够的重视。《第一次全国污染源普查公报》显示，农业源污染物排放对我国水环境的影响较大。2007年化学需氧量排放量为1324.09×
，占化学需氧量排放总量的43.7％；总氮排放量270.46×，占排放总量的57.2％；总磷排放量28.47×，占排放总量的67.4％。可见，农业非点源污染是影响我国水体污染的重要因素。
到目前为止，国内还没有文献专门对海河流域全流域的农业非点源污染问题进行研究。海河流域第二次水资源评价首次涉及非点源污染调查，包括了城镇地表径流、化肥农药使用、农村生活污水及固体废弃物、水土流失、分散式饲养畜禽废水等5个方面，估算了2000年海河流域非点源污染的产生量和入河量，得出海河流域COD和氨氮主要来自于点源，总氮和总磷主要来自于非点源的结论。该项研究在流域级非点源污染负荷估算方面作出了积极的探索，但是总体上比较粗糙，没有细分各类非点源污染的贡献，没有区别不同区域非点源污染的差异，各种系数的选用也比较单一，缺乏科学依据。农业非点源污染来源于种植业、养殖业和农村生活三大部分。本文首次对海河流域农村生活非点源污染负荷进行专门研究，将研究区进行划分，细化了非点源污染负荷量的分区贡献，是评估农业非点源污染对水体污染的影响程度，科学分配点源和非点源的消减指标，进而采取有效控制措施的前提，同时对于探索符合中国实际的大尺度农业非点源污染负荷估算方法有着重要的现实意义。
1 材料与方法
1.1 研究区概况[1－4]
海河流域位于我国华北地区，地跨8省、自治区和直辖市，包括北京、天津全部，河北省绝大部分，山西省东部，河南、山东2省北部，以及内蒙古自治区和辽宁省一小部分。流域总面积32×
，占全国面积的3.3％。
海河流域包括滦河、海河和徒骇马颊河三大水系，分为滦河及冀东沿海、北三河、永定河、大清河、子牙河、黑龙岗运东、漳卫南运河、徒马河等八大河系。
海河流域的主体是京、津、冀，有首都北京、直辖市天津，地级以上城市26个，是我国的政治文化中心和经济发达地区，扮演着与长三角、珠三角鼎足而立的角色。2005年，海河流域人口1.34亿，占全国的10.2％，其中城镇人口5 023万，农村人口8 396万。国内生产总值25 750亿元，占全国的14.1％。在这片占国土面积3.3％的土地上，聚集了10％的人口和14％的经济总量。
海河流域是我国水资源开发利用程度最高的流域，也是水污染最严重的流域。自20世纪70年代初，先后发生了3起闻名全国的水污染事件，即1971年官厅水库、1974年蓟运河、1975年白洋淀水污染事件。进入20世纪80年代以后，随着社会经济的迅速发展，水污染形势愈发严重。水污染已由局部发展到全流域，由下游蔓延到上游，由城市扩散到农村，由地表延伸到地下。
根据《海河流域水资源公报》的数据整理分析，海河流域近年（1998—2008年）受污染（水质劣于Ⅲ类）河长平均占评价河长的65％，其中受严重污染（水质劣于V类）河长占评价河长的53％。受污染（水质劣于Ⅲ类）水库数量平均占评价水库总数的17.3％。水库富营养化问题也较为严重，自2005年开始就没有了贫营养水库，富营养水库数量急剧增加。
不仅是地表水，海河流域浅层地下水水质也堪忧。海河流域第二次水资源评价结果显示，评价区域的浅层地下水环境质量总体状况较差，海河平原及山间盆地受人类活动影响的地下水污染面积为6.24×，占评价面积的42.7％，其中轻污染面积占23％，重污染面积占18.6％。
1.2 估算模型
农村生活非点源污染来源于生活污水、生活垃圾和人体粪尿3部分。生活污水（本文指灰水）主要来源于洗衣、做饭、洗浴及其他零散用水，含有氮、磷等污染物。生活垃圾以有机物为主，能通过自然循环降解，不会造成二次污染；另一部分是不可降解物，如塑料袋、塑料餐盒、废旧电池、化肥包装袋、塑料薄膜等。人体粪尿中含有大量氮、磷、有机污染物及病原微生物。
对于农村生活污染物排放量的计算方法有2种，一种是实测法，一种是估算法。对于32×的大流域尺度而言，实测法不太现实，需要耗费大量的人力和财力；估算法则简单易用，可操作性强。另一方面，在同一区域内，农村经济发展水平、农民的收入水平、卫生条件等基本接近，采用适合该区域的产污、排污系数进行估算，也比较科学。本文借鉴输出系数法（或称单位负荷法）的思路[5－9]，针对海河流域不同农村生活污染源的产生和排放特点，分别建立了不同的输出系数模型，对海河流域农村生活非点源污染负荷量进行估算。
1.2.1 生活污水输出系数模型
影响农村生活污水非点源污染的主要因素是农村常住人口、农村人均用水量、污水产生系数、污水中污染物浓度等指标，农村生活污水输出系数模型计算公式如下：
1.2.2 生活垃圾输出系数模型
影响农村生活垃圾非点源污染的主要因素是农村常住人口、人均垃圾产生率、积存垃圾的N、P释放负荷等，农村生活垃圾输出系数模型计算公式如下：
1.2.3 人体粪尿输出系数模型
影响农村人粪便非点源污染的主要因素是农村常住人口、人均粪便排放量、粪便中污染物平均含量等，农村人粪便输出系数模型计算公式如下：
Le＝农村常住人口×人粪尿排污系数×10
式中：Le为年人粪便污染物产生量，单位为t；农村常住人口单位为万人；人粪尿排污系数单位为
。
1.3 估算思路
为了能反映不同水系、不同地形的农村生活非点源污染负荷，我们需要对海河流域进行分区。首先按照水系把整个海河流域分成4个二级区；在二级区的基础上，再按照地形分成15个三级区，其中7个山区分区，8个平原分区（表1）。
以每一个县（区、市）为单位，进行农村生活非点源污染负荷量的估算。把三级区内所有县（区、市）的污染负荷量加总，就得到该三级区的污染负荷量，再把15个三级区的污染负荷量加总，就可以得到整个海河流域的污染负荷量。
1.4 数据获取
污水产生系数是污水产生量占用水量的比例。冯庆等[10]（2009）对密云水库流域部分村庄农村生活污染的调查与监测发现，村民人均供水量在47～172 
，平均人均供水量为95 ，全天生活人均污水排放量14.50～32.50 ，计算得污水产生系数为22.75％。污水产生系数较低，这是因为部分农民自留地用水、畜禽用水、水冲厕用水等用途未计量在内以及用水浪费现象等造成的。
北方地区农户生活垃圾排放受季节影响大，在秋冬季，枯枝落叶及取暖燃煤灰垃圾占较大比例，而瓜果蔬菜残余将会在夏秋季节有所增加。冯庆等[10]（2009）对密云水库流域的研究表明，生活垃圾每日人均排放量为0.29 
，垃圾中氮、磷污染物平均浓度分别为总氮
。
2 结果与分析
2.1 农村生活非点源污染负荷量
运用上述模型，海河流域各省及水资源三级区2007年农村生活污水、生活垃圾、人体粪尿污染物负荷量及比例计算结果，见表2、图1和图2。
图1 海河流域各省农村生活非点源污染负荷比例
图2 海河流域各三级区农村生活非点源污染负荷比例
2.2 农村生活非点源污染环境风险分析[13－17]
农村生活非点源污染各项来源的大小都与农村生活条件有直接关系。根据各省第二次农业普查主要数据公报以及笔者的走访调查，在农村生活条件方面，北京天津相对较好，海河流域其他省市农村普遍较差。海河流域各省农村饮用水以净化处理过的饮用水和井水为主；炊事能源以柴草和煤为主，其中北京天津农村使用煤气、天然气占比较大，达一半左右；卫生设施以旱厕和简易厕为主，水冲厕只有北京天津农村占比较大；有垃圾集中处理的村（有垃圾处理设施或对垃圾集中清运）和沼气池的村占比普遍很少，北京天津有垃圾集中处理的村占比较大，河北河南有沼气池的村占比较大（表3）。
笔者调查的村庄都没有下水系统，生活污水基本上直接排放到房前屋后的地面上，下渗到土壤中。有的农户在自家屋外建有简易的下水井，储存污水，最终还是下渗到土壤中。在遇到暴雨的时候，随意倾倒的污水有可能随地表径流进入水体，对水体污染构成一定的威胁。同时下渗的污水，对地下水也构成一定的威胁。然而，海河流域的耗水率很高，根据海河流域水资源公报的统计，农村生活耗水率为85％，产生的生活污水量有限，基本都在农户院落里或院落周围渗漏，通常情况下，很难进入河道，对水体污染不构成主要威胁。
笔者调查发现，农户使用的厕所主要有4种类型：第一类为水冲厕，建于屋内，粪尿经地面储存槽、地下简易化粪池或三格化粪池存储。粪尿定期或不定期清淘，少数任其下渗；第二类为浅坑旱厕，建于屋外，坑深约1.0～1.5 m；第三类为深坑旱厕，坑深1.5 m及以上。旱厕也进行定期、不定期的清淘；第四类公共旱厕，有简易的化粪池。海河流域以浅坑旱厕为主，占一半以上，有的地区更高。绝大部分农户的粪便被作为农肥还田，占80％以上。村民将清掏出来的粪尿与灶灰混合后，露天堆放待耕作时施用。由于绝大部分粪尿都用作肥料，因此对水体污染也不构成主要威胁。
笔者调查的村庄都没有建设垃圾处理设施，生活垃圾采用转移处理的方式，被集中堆放到村庄附近的闲置空地上，如遇暴雨冲刷，有可能随地表径流进入水体，对水体污染构成一定的威胁。农户也有自行处理少量垃圾的传统，将垃圾堆肥利用。由于生活垃圾乱堆乱放的情况随处可见，如果发生强降雨或连续降雨，则很可能在雨水的冲刷下进入河道，是构成对水体污染的主要威胁。
3 结论
（2）从各省来看，在农村生活非点源污染负荷总量中，河北省所占比例最大，为57.69％，这是由河北省农村人口数量最多决定的。
（3）从水资源三级区来看，在农村生活非点源污染负荷总量中，徒骇马颊河平原所占比例最大，为15.54％；其次是黑龙港及运东平原，占11.57％。
（4）在非汛期，农村生活非点源污染的影响微乎其微；在汛期，特别是发生强降雨时，农村生活非点源污染对水体污染构成一定的威胁，尤其以生活垃圾的环境风险最大，这是由目前生活垃圾的处理和堆放方式决定的。
4 讨论
（1）本文估算得出的海河流域农村生活非点源污染负荷量指的是农村生活污水、生活垃圾和人体粪尿所产生的污染物，不等于各类污染物的排放量。污染物产生量减去已处理量就是排放量。根据笔者在海河流域农村的走访调查，村庄里都没有污水处理厂和垃圾处理厂，处理垃圾的主要方式是集中堆放，因此生活污水和生活垃圾排放量近似等于产生量。海河流域农村以旱厕为主，人体粪尿少部分用于沼气池，大多数作为有机肥还田，因此可以近似地认为已被处理利用。
（2）农村生活非点源污染对水体污染风险的高低不仅决定于排放量的多少，还与各类污染物的进入水体的比例有关。在非汛期，生活污水、生活垃圾和人体粪尿，都很难进入河道；在汛期，特别是有强降雨时，则有可能在雨水的冲刷下进入河道，尤其以生活垃圾的可能性最大，能够进入水体的污染物负荷量需要进一步的研究才能确定。
收稿日期：2010－05－17