（环境科学专业论文）石头口门水库双阳河流域农业非点源污染发生潜力评价.pdf

i 目i i 嚣篓鐾耋譬囊攀印j 咿睁钥雒岛拍媸州抖臼钳印：2 谨嘎唧惟j | ! ? ：；目i i ；s 目! l ；i l 誊岳影? 靴交研；搿到羲晷良配“鏊孽q 鸯孔雌们攀铲至 | ij 酲蝼藕等繇：i i ! ：l i ；j 了萤妻一薹塞要 ! ! ic 雾爱量妻淄溶墨密窜雹量到幕也小包宙蠢镬噎俺穗唧哪：i i ；：j | l l j i i 一! l ；! i ；拦煞翟i 晴萄，。l 哩倡里强盟翟型未墅薯珐豢嗣幂矗；j ；曩玩敬，霞埋黑：；g i l 建；笋! ；i 霉亭；曩 ；萎霍；薹磊髻警吾隧j 童璧薹i i 鞘妻 t 童主； 善霉霪霪；i 苫| i j 垂i 羔萝亨詈 呈萋要手耋兰毒孝g ；当；i 至 ；耋i 錾言节型二；：；i 毒手；事i 蚕i i g 耋享誉；吾? j ；薹i 奠基l2 薹 ￥! i 嘉毒剧三 i ! ! 妻 i i i 舌l 霉霉：考妻蚕丢! i 雯蔓i ；兰 羹羹妻薹l l i i 蠹薹羹；薹羹雾；羹塞军二簪# 舞瑾删硼罐崤翟彳赫礓謦孤独沼l ij 等有聋稿品畏； 爹妻善i 萋! 秦ii 喜董 x 第一章绪论 一、非点源污染概述 ( 一) 非点源污染的概念 水体的污染源主要有两大类，即点源污染( p o i n ts o u r c ep 0 1 l u t i o n ) 和非点源污染 ( n o n d o i n ts o u r c ep 0 1 l u t i o n ) 或散源污染( d i f f u s es o u r c ep 0 1 l u t i o n ) 。点源污染 是指废水通过排水管道等途径直接进入到受纳水体引起的污染。与点源污染相对，非 点源污染( n o n p o i n ts o u r c ep o l l u t i o n ) ，是指溶解的或固体污染物( 地面的各种污 染物质如城市垃圾，农村家畜粪便，农田中的化肥、农药、重金属及其它有害有机物) 从非特定的地点，在降水和径流冲刷作用下，通过径流过程而汇入受纳水体( 如河流、 湖泊、水库、海湾等) ，给水体功能带来负面影响，引起的水体污染“”“。由于非点源 污染起源于分散、多样的土地区，其地理边界和位置难以识别和确定，与点源污染相 比，非点源污染时空范围更广，不确定性更大，成分过程更复杂，危害规模大，加深 了相应的研究治理和防治对策制定的难度。 ( 二) 非点源污染的类型 在非点源污染引起的各种水环境问题中，不同的地区起主导作用的污染源类型不 同。根据产生污染物的非点源污染体的不同，可分为农业非点源污染，城市非点源污 染，采矿引起的非点源污染，林业活动引起的非点源污染，大气沉降引起的非点源污 染( 张水龙，1 9 9 8 ；王学军，2 0 0 2 ) “”。 1 农业非点源污染主要是指农业生产活动中，农田中的土粒、氮素、磷、农药及 其它有机或无机污染物质，在降水或灌溉过程中，通过农田地表径流、农田排水和地 下渗漏，使大量污染物质进入水体，造成的污染。 2 城市非点源污染主要是指在降雨过程中，雨水及所形成的径流，流经城镇地面， 如商业区、街道、停车场等，聚集一系列污染物，如原油、盐分、氮、磷、有毒物质 及杂物，进入河流或湖泊，污染地表水或地下水。 3 矿山非点源污染主要是由于人类活动引起的，大面积的露天开采土石方，破坏 了原来的土壤结构和植被，导致高度的水土流失。此外，在降雨条件下，散落在矿区 地表的泥沙、盐类、酸类物质和残留矿渣等污染物，全随地表径流进入水体，形成非 点源污染。 4 林地非点源污染般来说树叶、土地、覆盖物、土壤有机物及租糙地形有很高 的地表蓄水能力，但是在低洼森林地带由于土壤淋滤而使河流中的有机质和营养物的 含量升高。此外不加限制的森林砍伐会破坏森林防止土壤侵蚀的作用，根据观察和记 录的资料，几乎所有流入水道的森林地的泥沙都来自修造伐木道和砍伐作业的林区， 而堆积在运木路面上的碎屑，会随森林地表径流进入水体。 5 大气沉降引起的非点源污染主要是指大气中的营养物质和有毒物质直接或随 同降雨降落在土壤或水面，引起的非点源污染。酸雨引起的植被或水体污染就是典型 的一类。 ( 三) 农业非点源污染的概念 农业非点源污染是最普遍的非点源污染，因而受到了普遍关注，各国纷纷开展了对 农业非点源污染的研究和控制工作。农业非点源污染是指人类进行农业生产和农村生 活等活动时产生的污染物( 沉淀物、营养物、农药、盐份、病菌等) ，在降水或灌溉过 程中，通过农田地表径流、农田排水和地下渗漏等途径汇入水体引起的污染“”。由于 农业生产活动的多样性，农业非点源污染主要来源于农田农药化肥、畜禽养殖、农田 固体废弃物和农村生活等几方面。由于农业非点源污染是导致水质污染最主要原因之 一，因此重视农业非点源污染是国际大趋势。 农业非点源污染具有三个主要特点：一是随机性，非点源污染受降雨时间的影响较 大，因而其污染发生具有较大的随机性：二是污染物及排放途径的不确定性，由于非点 源污染影响因素多，排放途径较复杂，因而排出的污染物是难以确定的：三是污染负荷 的时空差异性大，非点源污染过程与径流过程呈现大致相同的变化趋势，由于径流的时 空变化大，因此降雨径流污染的时空变化也大。 ( 四) 农业非点源污染源 1 化肥 由于化肥在作物增产中的重要作用，长期以来，我国化肥的生产和使用一直在增长 ( 见表卜1 ) ，目前化肥施用量约4 0 0 k g h m 2 ，已成为世界上化肥施用量最多的国家之一 “8 。1 ”。盲目地过量使用化肥以及施肥不合理，使化肥带来的环境污染日益突出。我国氮 肥的利用率仅为3 0 一3 5 ，磷肥为1 0 一2 0 ，钾肥为3 5 一5 0 1 ，大量未被利用的化肥通 过径流、淋溶等方式污染了地表水环境。 表卜l 化肥在中国使用量的增加 1 年份 1 9 4 91 9 6 51 9 8 51 9 9 01 9 9 31 9 9 51 9 9 61 9 9 72 0 0 02 0 0 1 l 使用量 o 61 9 41 7 7 62 5 9 03 1 5 03 5 9 53 8 0 03 9 8 04 2 0 24 2 5 4 l ( 万吨) 2 农药 据统计，目前世界上化学农药的产量己超过2 0 0 万t ，品种达1 0 0 0 种以上。我国 农药的产景和使用量都居世界前列，1 9 9 7 年农药总产量为6 6 6 万t ，使用量1 3 1 2 万t ，平均用量为1 4 h 莳，比发达国家高出l 倍，但利用率不到3 0 ( y o n g l i 1 9 9 9 ；彭 奎等，2 0 0 1 ) 。”3 。我国是一个农业大国，也是生产和消费农药的大国之一。农药是用 于防治农作物病虫害、消除杂草、消灭动物体内外寄生虫和调节植物生长的药剂。它 的生产使用，大大地促进了农业生产的发展。但同时，大量使用农药，虽然控制了病 虫害，但大部分农药残留于环境中，造成潜在的环境威胁，农药对环境造成的污染也 就成了中国影响范围最大的一种有机污染。农药在田间使用后，会进人地面水、地下 3 被誉为“天下第一秀水”的千岛湖也在9 7 ，9 8 年后发生蓝藻爆发。据太湖污染源调查， 发现来自农业非点源的总氮排放量达2 7 6 7 9 4 吨，占该区总氮排放量的3 6 1 ；滇池 中来自农业地表径流的氮、磷分别占总量的5 3 和4 2 ，造成滇池严重的富营养化。 2 严重污染地下水 地下水污染的原因较为复杂，分析表明污染原因与生活污水和农业生产有关。来自 肥料和农药的氮、磷、钾及其化合物以及各种重金属元素，由于溶解度较低，活动性差， 因此在土壤和非饱和带中逐渐积累，成为地下水的潜在危险，而土壤中大量氮的淋失和 下渗，使地下水中硝态氮含量严重超标。近几年来，许多地区地下水和地表水体不同程 度地受到了硝酸盐污染的问题，硝酸盐在水体中容易转化为致癌物亚硝胺的前体物质 亚硝酸盐，人体长期摄入还极易引起高铁血红蛋白血症( m e t h e m 0 9 1 0 b i n e 嬲) ，威胁人 类健康( c h e nx m ，2 0 0 3 ；王超，1 9 9 7 ) 晦蚓。此外，灌区农药的大量使用也使其随水 迁移到地下水的危险增大啊1 。据统计我国5 0 的地下水被污染，4 0 9 6 的水源水己不能饮 用。苏、浙、沪二省一市1 6 个县内饮用井水硝态氮和亚硝态氦的超标率已达3 8 2 和 5 7 9 因此农业非点源污染应该是污染地下水的主要原因之一。 3 淤积水体，降低水体功能 由于水土流 拼接成一副完整的专题地图。接着利用屏幕矢量化软件醚醵鞑奠。嚼美耋jl口n；塞广_ 。进入9 0 年代后，随着对非点源污染问题的进一步研究，计算机软件开发，g i s 作为 空间数据采集、存储、运算、管理和显示的数据处理技术手段，正被广泛地应用到农业 非点源污染评价研究中，农业非点源定量化模型及农业非点源污染潜在发 生力的评价 畜禽粪便被随意堆放，造成大量养分流失，带来严重的环境污染隐患。因此，在进行 农业非点源污染危险评价时，人为因素占有不可忽视的重要地位。 参考美国p e n n s y l v a n i a 水土资源保护局评价n p s 发生潜力的方法，郭红岩等在太 湖流域的一级保护区内武进市雪堰镇，利用田间实验与野外实地调查相结合的方法， 将影响农业n p s 发生的主要因子：径流指数、泥沙流失指数、化肥使用量指数、人畜 排放量指数，进行量化，研究了水稻季节各种典型类型农业非点源氮污染的负荷以及 水稻季节各种类型非点源氮污染对水体氮污染的贡献率，在地理信息系统( g i s ) 支持 下，运用g i s 软 x 源污染尤其是农业非点源污染的研究十分重要，有效的控制农业非点源污染对改善湖 泊富营养化、改善地下水质有重要意义。用农业非点源污染发生潜力评价方法开展农 业非点源污染的危险性评价，是基于一种对自然影响因素和人为影响因素区别对待的 思路，在不同地区给予不同的权重值，来估算在他们影响下的发生潜力。这一方法在 东北的应用还是第一次。 2 应用价值 石头口f 了水库位于我国东北吉林省中部，是长春市的饮用水源地之一。但近些年来， 水库的水质下降，其中总氮总磷均严重超标，导致水库的污染和富营养化，逐渐引起 人们关注，也直接影响了下游人的生存和发展。用农业非点源污染发生潜力的评价方 法对石头口门水库双阳河流域进行农业非点源污染危险性评价，能够较好地、快速地 识别流域内易于发生非点源污染的危险区域，将有限的经济投入分配到需要控制和治 理的关键源区，对流域非点源污染的控制及水质状况的改善都有重要意义。 四、研究方法 本论文的主要研究思路即结合石头口门水库双阳河流域牲畜养殖、化肥等人为扰动 因素和地学特征、水文特征、对土壤植被及土地利用、耕作方式等各种因素进行实地 调研，结合航拍、卫片判读，划分不同类型，利用g i s 技术手段，采用农业非点源污 染发生潜力的指数评价方法a p p i 模型来评价双阳河流域农业非点源污染的危险性。研 究过程见图卜1 。 图卜l研究过程图 8 第二章研究流域概况 一、自然环境 ( 一) 地理位置 双阳河小流域位于吉林省中部、长春市石头口门水库南部，跨东经 1 2 5 。2 6 ，一1 2 6 。0 0 ，北纬4 3 41 6 一4 3 。5 6 ，东濒饮马河与永吉县隔河相望，南 与磐石市为邻，西与伊通县按壤，北与长春市的南关区和二道区相连。行政上隶属长 春市双阳区和二道区，包括双阳区的太平镇、鹿乡镇、齐家镇、双营予回族乡、奢岭 街道办事处、山河街道办事处、云山街道办事处、平湖街道办事处和二道区的劝农山 镇。 ( 二) 地貌特点 双阳河小流域地处吉林准褶皱带边缘，南北为低山丘陵，南部以石灰岩浸蚀剥蚀 低山为主，山高坡陡，海拔3 0 0 一7 0 0 米；中部为河谷盆地，海拔3 0 0 米左右，由波状 起伏的岗地和冲击平原组成。流域境内的山脉多东西走向，大小山峰近百座，其中海 拔6 0 0 米以上的有3 座，最高峰大砬子山，海拔7 1 l 米。阶地、坡地和沟谷土层较厚， 特别是在阶地、河漫滩等部位的地块较大，有一定的水源保证，适宜农作物和果树生 长，有较大的开发潜力。 ( 三) 气候资源 本地区气候属于北温带半湿润大陆性气候，冬季千冷且漫长，夏短而湿热，四季 分明，年平均气温为4 8 ，年平均气压为9 8 6 6 m p a ，年平均湿度为6 5 ，年平均降 雨量6 1 9 4 咖，时空分布不均，局部暴雨频繁。降雨主要集中在6 、7 、8 三个月份。 年平均风速为3 ，6 m s ，全年主导风向西南风，春季风较大。年日照时数2 5 3 2 6 小时， 冻土厚度1 6 一1 8 m 。年平均无霜期为1 3 6 天，早霜始于9 月上旬，霜冻可延续到次年 5 月中旬。 ( 四) 水资源 流域内大小河流2 0 余条，其中较长的有两条：一条是与永吉县分界的松花江主要 支流饮马河，一条是斜穿全境的双阳河。在这两条河的沿岸，形成了较大的冲击平原， 土质肥沃，是流域内的重点产粮区。流域地表水可利用量为8 1 0 2 万立方米，地下水可 利用资源量为1 0 4 亿立方米。 流域内主要有双阳水库，双阳水库位于饮马河上游，坝址距离河源约28 公里处， 水库下游2 公里处为双阳城区。该水库以防洪、灌溉为主兼顾养鱼、旅游为一体的多 年调节中型水库。 9 ( 一) 数字商程模型的生成 本研究在小流域l ：l o o o o o 、等高线的高程值为z 值的地形图上，选取大量插值运 算的高程点，利用屏幕矢量化软件r 2 v ，进行配准和图形数字化，将栅格图像转成矢 量图。应用a r c v i e w 的空间分析模块( 3 d a n a l y s t ) 建立了流域的数字地面模型( ( d e m ) ， 该模型的格式是三角格网( t i n ) ，它是由一组不规则的空间点和基线建立起来的，这些 点具有x ，y 坐标和z 值。d 跏建成后也可以转成为栅格( g r i d ) 数据格式，每一栅格面 积为5 0 mx5 0 m ，更能直观的显示地貌特征线和地貌部位，模拟地貌形态。栅格数据 可以计算坡度、坡向、体积、剖面，决定河网和山脊线以及泰森( t h i e s s e n ) 多边形的 生成，小流域的数字地面模型包含了流域内每个点的地面高程值，它可以给基于小流 域的研究提供基础地理数据。数字高程模型是非点源污染研究中确定坡度坡长参数l s 的基础。 ( 二) 专题图的生成 小流域非点源污染信息数据库建立后，可以方便地应用g i s 软件分析和运算数据， 输出专题图片和统计表格。小流域的基础专题图片不仅显示了流域的直观影像，而且 直接显示出非点源污染物的空间分布规律，为流域的专题研究提供了重要的基础数据。 ( 三) 空间分析 先将矢量图转为栅格数据格式，利用g i s 强大的空间分析能力，可以综合分析d e m 、 坡度、土地利用、各种分级专题图，研究它们之间的相互关系。 三、双阳河小流域主要矢量图层 利用地理信息系统a r c i n f o 软件分别对收集到的地图进行绘图、g i s 经纬度配准 和矢量化，得到对应矢量图层，并在属性表中添加相关数据信息。在a r c i n f o 中矢量 图图层主要有四层： 1 乡界图层( 如图3 2 ) ，根据双阳河小流域乡界将该流域划分为9 个行政区域。 2 土壤类型图层( 如图3 3 ) ，石头口门水库流域上游地区土壤主要有2 3 个土类， 4 8 个亚类。为适合非点源污染负荷计算的参数确定，将原有土壤类型概化为1 2 类： 暗棕壤、白浆土、草甸白浆土、潜育白浆土、黑土、黑钙土、栗钙土、草甸士、水稻 土、草甸沼泽土、低位泥炭土、冲击土，并重新进行编码。见表3 一l 。流域内土壤以 暗棕壤为主。 表3 1 双阳河流域土壤类型代码 土壤类型土壤代码 6 、7 、l o 、1 1 、1 2 、1 4 、1 6 、1 7 、2 0 、2 l 、 暗棕壤 2 2 、2 4 、2 5 、2 6 白浆土 2 9 、3 0 、3 1 、3 2 草甸白浆土 4 1 潜育白浆土 4 2 黑土 4 7 、4 8 、4 9 、5 0 、5 1 、5 4 、5 5 、5 8 、6 l 、6 2 图3 2 乡界图图3 3 土壤类型图 图3 _ 4 高程水系图图3 5 土地利用类型 表4 2 不同土壤类型的水文类型 土壤渗水速率 土壤类型土壤质地水文土壤分类 ( 硼h ) 暗棕壤轻壤土 2 9b 白浆土重壤土 1 5b 草甸白浆土重壤土 1 5 b 潜育白浆土重壤土 1 5b 黑土中壤土2 5b - i 钙土 壤土轻壤土 2 9b 粟钙土 重壤土 1 5b 草旬土粘土 0 5 d 水稻土粘土 0 5 d 草甸沼泽士粘土o 5d 低位泥炭土粘土 0 5d 冲击土粘土0 5d 综合考虑流域内的土壤渗透率和产流能力，确定双阳河小流域地区在s c s 模型土 壤分类表中土壤水文类型以b 型、d 型土壤为主。 2 土壤的前期含水量 在s c s 模型中，决定径流曲线的另一个参数是前期土壤湿润程度( a n t e c e d e n t m o i s t u r ec o n d i t i o n ，简称a ) ，决定曲线参数c n 选择的前期土壤湿度条件划分为 三类，具体分类如下： c n i ：干旱型，流域土壤水分条件为土壤干早，但未达到枯萎点，有良好的耕作和 耕种。 c n i i ：平均型，每年发生洪泛时的平均情况，即许多流域洪水出现前夕的土壤水 分平均状况。 c n i i i ：湿润型，暴雨前5 天内有大雨或小雨和低温出现，土壤几乎呈饱和土壤水 分状况。 表4 3 前期土壤湿润程度等级划分 前五天降水总量( 册) 前期湿度类型生长期休止期 i 2 8 i i1 3 2 8 3 6 5 3 i i i 2 8 5 3 其中平均土壤含水条件( a m c i i ) 对应的径流陆线数( c n i i ) 可以在美国水土保持 局提供的有关表中直接查到，列于下表4 4 。则对应的c n i 和c n i i i 值分别为： c n i = 4 2 c n i i ( 1 0 一o 0 5 8c n i i ) ( 8 ) c n 工i i = 2 3 c n i i ( 1 0 + 0 1 3c n i i ) ( 9 ) 表4 4 平均曲线参数值c n i i 覆盖 水文土壤分类 l 土地便用土地覆盖处理水文条件labcd 休闲地直行 好差f7 7 7 28 6 8 1 9 1 8 8 9 4 9 l 条行耕地直行 _ 芟 差8 7 07 8 6 78 5 8 48 9 8 8 本论文采用长春市气象站提供的双阳河流域2 0 0 2 年6 8 月逐日降雨量资料做为 降雨量p ，并带入降雨径流公式计算s 值和日径流深r ( 硼) ，累积得到2 0 0 2 年6 8 月的总径流深，流域总径流量由累计径流深与土地面积乘积得到。见表4 6 。 表4 6 双阳河流域各乡镇径流指数表 乡镇名称土地面积( 1 【i n 2 )径流深( 硼)总径流量( m 3 ) 太平 3 2 62 3 9 56 7 1 9 4 3 云山7 71 9 1 4 “3 9 3 4 山河 3 0 52 5 2 67 1 1 5 4 5 鹿乡 2 7 32 3 3 35 2 6 9 4 9 平湖 8 02 9 0 61 7 5 3 0 9 双营 6 22 0 5 31 1 9 9 9 0 齐家 2 7 72 8 9 77 9 7 6 4 8 奢岭 2 8 22 2 2 75 5 3 8 2 0 劝农山 1 2 2 2 5 0 83 0 5 6 7 5 从表4 6 我们可以看出，山河、太平、劝农山、齐家和平湖的径流指数要高于其 他乡镇，这主要是因为山河、太平、劝农山、位于双阳河流域的南部和北部，山地占 的面积比重较大，故径流指数也相应较大；双阳水库位于平湖街道办事处内，导致平 湖的径流指数比附近的云山和双营要大很多；齐家境内有饮马河经过，耕地所占比重 比较大，为4 7 5 ，所以其径流指数最高。 二、泥沙流失量指数( s p l ) 的计算 影响泥沙流失指数的参数比较多，有降雨侵蚀参数、土壤侵蚀参数、地形参数、 植被覆盖参数和管理参数等等。本论文用土壤侵蚀模数来代替泥沙流失指数。单位时 间单位面积内产生的土壤侵蚀量，称为土壤侵蚀速率( 或速度) ，或称为土壤侵蚀模数， 量纲是t k m 2 a 。 ( 一) 土壤侵蚀模型 水土流失是非点源污染的一个主要形式 乡镇名称土地面积( 1 【i n 2 )径流深( 硼)总径流量( m 3 )太平3 2 6 23956 7 1 9 4 3云山7 71 9 1 4“3 9 3 4山河3 0 52 5 2 6 711545 应用u s l e 的关键是选用合适的算法获取方程各因子指标值，应用g i s 和u s l e 模 型预测土壤侵蚀的关键也是各因子图的生成。 ( 二) 各参数的确定 1 1 卜降雨侵蚀力因子的估算 降雨侵蚀力是降雨引起侵蚀的潜在能力，它是土壤流失方程中的首要因子a 降雨 侵蚀力与降雨量、降雨强度、降雨历时、降雨动能等因素有关，反映降雨特性对土壤 侵蚀的影响。在我国，r 值的简易计算主要采用经验计算公式，其中w i s c h m e i e r 建立 算r 值的方法，既考虑了年降水总量，又考虑了降水的年内分布，数据也容易获取具 有较好的应用价值。 双阳河小流域符合w i s c 1 m e i e r 经验公式 胆三 1 7 3 5 b 印 1 5 j 嘶。( 硝力一0 8 1 8 8 ) 式中：p 为流域内年平均降雨量( m ) ；p i 为流域内各月平均降雨量( m ) 。 本文选择位于小流域的的气象站1 9 8 8 2 0 0 2 年观测资料，由于小流域面积不大， 该降雨资料基本上能反映流域的降雨情况，对具有代表性的2 1 年降雨资料进行统计， 整理得出各月平均降雨量及年平均降雨量，代入公式计算出流域的r 值，该区的年均 降雨量为6 1 5 3 衄，r 值为2 7 5 9 。 2 k 一土壤可蚀性因子的估算 土壤可蚀性是定量计算土壤流失的重要指标，k 值的大小表示土壤被冲蚀的难易 程度，是影响土壤流失量的内在因素。估算k 值的方法很多，各国学者采用野外抗冲 试验、小区测定资料、水动力学模型实验求解法和遥感方法对不同地区的土壤可蚀性 进行了研究，取得了不少成果。实际上，通用土壤流失方程中的k 值是一个由试验确 定的定量数值，直接测定k 值既费时间又费财力，有限分析数据也难以外推应用到所 有的研究地区。1 9 7 1 年美国学者w i s c h m e i e rw h 根据实测的土壤可蚀性因子k 值与 土壤性质的相关性，建立了土壤可蚀性k 值与土壤质地、土壤有 x 工一( 志) “ 。上 1 + 口 肛赢商务丽 其中，l 为坡长因子：a 为坡长( m ) ；m 为坡长指数，由坡度芦( ) 计算得出a ( 2 ) 坡度因子s 本研究坡度因子s 的计算进行分段考虑，公式如下： s 一1 0 8 s i n 口+ 0 0 3 s 9 ，6 s - 1 6 8 s i 口一o 5 0s = 9 式中s 为坡度因子，日为坡度( ) 。 5 p _ 水土保持因子的估算 土壤流失方程式中的p 因予反映了水土保持措施对于坡地土壤流失量的控制作 用。它是在其它条件相同的情况下，布设某一水土保持措施的坡耕地土壤流失量与无 任何水土保持措施的坡耕地土壤流失量之比值，p 值的大小一般在o 到l 之间。根据 有关文献提供的资料，不同水土保持措施的p 值( 见表4 9 ) 。 表4 9 不同水土保持措施p 值 坡度其他( 等高沟垄种植) 水平梯田 2 0 5 oo 4o 1 0 5 1 9 0o 5 5o 1 6 9 1 1 6 0o 7 0o 1 6 1 6 1 2 0 0o 8 5o 1 6 2 0 1 2 5 oo 9 5o 1 6 ( 三) 计算结果 根据双阳河小流域内不同土地利用方式的降雨、土壤地形、植被、耕作方式和水 土保持措施的值，利用通用土壤流失方程a = r k l s ) c c p ，可计算出小流域多年平均 土壤流失量。见表4 1 0 。 表4 1 0 双阳河流域土壤侵蚀模数表 乡镇名称土地面积( k 2 )平均侵蚀模数( t k m 2 a )总侵蚀量( t a ) 太平3 2 6 7 8 7 5 9 2 1 9 9 9 2 6 1 云山7 72 5 7 8 41 6 7 6 5 0 8 山河 3 0 56 7 1 7 01 8 5 2 4 4 7 0 鹿乡 2 7 35 1 7 7 91 1 5 6 9 0 5 7 平湖8 0 2 1 4 9 0 1 4 1 0 6 6 3 可出栏1 2 万头，生猪年饲养量达到4 0 万头，年可出栏2 5 万头，笼养蛋鸡发展到4 0 0 万只；双阳河流域有全国著名的“梅花鹿之乡”，流域内梅花鹿存栏达到9 2 0 0 0 只，现 有鹿5 0 0 头以上规模的鹿场1 5 家；可农户散养仍占较大比重，集约化程度低。畜禽粪 便虽可做到有效还田，但营养物的转化率低。在农田、果园施用粪肥中的氦、磷因降 雨淋溶到土壤环境中，最终在地表径流和侵蚀泥沙的携带下进入到地表水体中。另外， 规模化养殖场所排放的废水和粪便堆存期间因降雨而淋失出来的污染物也排入到周围 的土壤环境，然后通过水土流失进入地表水。 本流域畜牧业，大牲畜以牛为主，猪、羊、鹿、鸡的养殖量也很大，不同乡镇的 畜禽养殖数量相差较大，双阳河小流域畜禽基础数据见表4 一1 2 。 表4 一1 2 双阳河小流域畜禽基础数据表 乡镇名称牛猪羊( 包括鹿)家禽 太平 2 4 0 0 06 0 0 0 04 2 3 0 06 1 8 0 0 0 云山 5 0 0 0 2 0 0 0 04 9 0 9 2 6 0 0 山河 2 0 0 0 05 5 0 0 0 7 0 0 0 5 8 4 0 0 0 鹿乡 2 6 0 0 06 5 0 0 05 7 l o o5 9 1 0 0 0 平湖 4 5 0 0 03 5 0 0 01 0 6 07 4 0 0 0 0 双营 7 4 0 02 0 0 0 01 6 2 0 5 0 0 0 0 齐家 3 0 0 0 01 5 0 0 0 01 7 4 0 05 5 0 0 0 0 奢岭 1 9 0 0 07 5 0 0 02 3 0 01 3 8 0 0 0 0 劝农山 2 5 0 0 02 0 0 0 01 3 0 03 0 0 0 0 0 ( 二) 指数计算 本论文为了计算和评价方便，人畜排放量用当量猪的数量来代替，具体的换算比 例如下： 根据g b l 8 5 9 6 2 0 0 l 畜禽养殖业污染物捧放标准，把其他畜禽污染物排放量折 合为猪的头数计算：3 0 只蛋鸡折算成1 头猪，6 0 只肉鸡折算成l 头猪，l 头奶牛折算 成1 0 头猪，1 头肉牛折算成5 头猪。 参考高祥照等人编写的肥料实用手册5 ”中对人和家畜粪便量的排放系数，我 们把3 只羊折算成1 头猪，3 个人折算成l 头猪。 经过折算，得到流域内各个乡镇人畜排放量见表4 1 3 。 表4 1 3 双阳河小流域人畜排放量表 乡镇名称土地面积( k 】1 】2 ) 人口 当量猪( 头)单位面积当量猪( 头h m 2 ) 太平3 2 6 4 5 6 2 72 1 8 2 2 6 4 6 6 9 4 0 6 石山7 7 5 4 8 9 46 3 3 4 1 2 1 8 2 2 0 7 9 3 山河3 0 5 5 0 9 4 31 8 2 5 0 3 9 05 9 8 3 7 3 6 第五章结果与分析 一、农业非点源污染发生潜力指数( p p l ) ( 一) 计算模型 本论文采用郭红岩等农业非点源污染发生潜力的指数评价方法a p p i 模型来评价 石头口门水库流域农业非点源污染的危险性。模型公式及各参数含义如下： p p i i = r i i w f l + s p i i w f 2 + c u i i 耶3 + p a l i i w f 4 r i( r u n o f fi n d e x ) 径流指数，评价区域内的地表径流产生能力。 s p i ( s e d i m e n tp r o d u c t i o ni n d e x ) 泥沙产生指数，评价区域的泥沙流失潜力。 c u i ( c h e m i c 8 lu s ei n d e x ) 化肥使用指数，评价区域内化肥使用对非点源污染发 生潜力的贡献。 p a l i ( p e o p l ea n da n i m a ll o a d i n gi n d e x ) 人畜排放指数，评价区域内人畜排泄 物的发生潜力及其对水体的影响。 i 表示不同的区域。 w f ( w e i g h t i n gf a t o r s ) 表示不同指数的权重。 a p p i 模型既考虑了影响农业非点源污染的自然因素( 客观因素) ，又考虑了人为 因素( 主观因素) 。 ( 二) 各指数计算及权重的确定 根据已建立的农业非点源污染发生潜力指数( a p p i ) 模型可知，要确定a p p i 指数 的值，首先需要先求得各个区域单个指数，其次对各个指数赋予一定的权重。 1 指数标准化 在第四章中，我们已经计算出各因予指数，为了使评价误差趋于最小，我们采用 美国p e n n s y l v a n i a 水土资源保护局在评价非点源污染发生潜力中所用的标准化方法， 对所求得的各因子指数进行标准化。标准化的方法是将各因子指数与同组指数平均数 的差值除以同组指数的标准偏差。最后所得的结果见表5 1 。 表5 1 各因子指数标准化结果 乡镇土地面径流指数泥沙流失指数化肥施用量人畜排放量 名称积( k m 2 )指数指数 r i n o l 硼 s p i n 0 r m c u i n o r m p a l i n o r m 太平 3 2 6 2 3 9 5 0 0 77 8 7 5 91 8 4 1 8 7 3 0 1 3 1 6 6 9 一o 6 0 云山7 7 1 9 1 41 5 82 5 7 8 4一o 7 2 2 5 1 5 0 o 3 l8 2 20 4 3 山河 3 0 5 2 5 2 60 ，3 46 7 1 7 01 2 8 2 0 2 3 0 0 9 35 9 8一o 6 8 鹿乡 2 7 3 2 3 3 30 2 65 1 7 7 9 0 ，5 4 2 1 2 3 0 一o 6 88 7 20 3 7 平湖 8 0 2 9 0 f1 5 3 2 1 4 9 0o 9 3 2 8 9 8 0 1 - 2 7 3 6 4 42 7 4 双营 6 2 2 0 5 3一1 1 41 7 2 2 9 一l _ 1 4 3 1 0 4 0 1 7 9l o 0 90 2 2 齐家 2 7 7 2 8 9 71 5 0 2 8 0 7 2- 0 6 2 2 6 3 9 0 0 6 21 1 9 3一o o l 奢岭 2 8 2 2 2 2 70 6 02 6 6 1 8一o 6 8 2 2 4 3 0 o 3 87 4 0一0 5 2 劝农山 1 2 2 2 5 0 80 2 84 9 4 8 3o 4 2 2 1 1 9 0 0 6 9 1 2 8 00 0 9 2 各指数权重的确定 在本论文中各指数权重的确定比较困难。根据本论文所研究区域的地形地貌、土 地利用、人口密度、农牧等情况，参考近几年对本地区农业非点源污染方面的研究， 又采用专家调查法，确定单个指数的权重，见表5 2 表5 2a p p i 模型中各指数权重值 i 指数 r is p ic u ip a l i l 权重( w f ) o 2 0 3o 1 40 3 6 ( 三) 非点源污染发生潜力指数a p p i 计算结果 根据各个指数的标准化结果，运用a p p i 模型，可以得到双阳河流域各乡镇的农业 非点源污染发生潜力指数a p p i ，结果见表5 3 。 表5 3 双阳河流域非点源污染发生潜力指数 乡镇名 r i s p ic u ip a l ia p p ir a n k 称n o m n o r mn o r mn o r m 太平 一o 0 71 8 4 一1 3 10 6 00 1 43 云山一1 5 8一o 7 2o 3 10 4 3 一o 6 49 山河 o 3 41 2 80 9 3一o 6 8o 0 85 鹿乡一0 2 6 0 5 4 一o 6 8 一o 3 7一o 1 26 平湖1 5 3一o 9 3 l - 2 72 7 41 1 91 双营 一1 1 41 1 41 7 9一o 2 2一o 4 07 齐家 1 5 00 6 20 6 2一o o lo 2 02 奢岭一o 6 0一o 6 80 3 80 5 2一o + 5 68 劝农山 o 2 8o 4 2一o 6 9o 0 9o 1 24 根据所求得的双阳河流域内各乡镇a p p i 值，利用a r c i n f o 软件生成专题地图的功 能，可以得到形象表示双阳河流域各乡镇发生农业非点源污染潜力大小的专题图层， 见图5 一l 。 表5 6 双阳河流域畜禽粪便日排放量参数k g d 猪牛 。 芏 家禽 f 粪 4 02 5 o2 5 0 1 2 i 尿 3 51 0 o 2 畜禽粪尿中氮磷的含量 国内外已有很多人开展了这方面的研究，见表5 7 ，参考国内外分析测试的结果， 确定双阳河流域畜禽粪尿中氮磷的含量，见表5 8 。 表5 7 国内外畜禽粪尿成分 粪尿 猪 牛 芏 家禽猪 牛 氮 o 5 6 0 9 70 3 0 5o 6 1 1 21 0 3 一1 7 60 3 9 一o 5o 5 6 1 0 磷0 4 l 一1 1 60 1 0 3 40 1 5 一o 30 4 6 一1 5 40 0 5 一o 0 7o o l 一0 1 表5 8 双阳河流域畜禽粪尿成分 粪尿 猪 止 兰 家禽猪 止 氮 o 7o 3 5 0 61 3 0o 51 o 磷 0 6o 20 31 1 00 0 5o 1 3 年粪尿排放量计算公式 年粪尿的排放量计算公式为“”： 年产粪量( 吨年) = 个体日产粪量( 千克天头) 饲养期( 天) 饲养( 头、只) 1 0 1 年产尿量( 吨年) = = 个体日产尿量( 千克天头) 饲养期( 天) 饲养( 头、只) 1 0 叼 4 计算结果 在估算各种畜禽平均饲养时间长度时，存栏天数的饲养期按全年计算；出栏头数 的饲养期参考国内外资料和调查情况，确定不同种类的出栏畜禽饲养期。 猪：出栏猪饲养天数约3 0 0 天；牛、羊：生长期比较长，按3 6 5 天计；家禽：一般为 5 0 _ 5 5 天，估算中以5 5 天计；计算的结果见表5 9 。 表5 9 双阳河流域各乡镇禽畜污染负荷量t a 乡镇名称n 负荷p 负荷合计 太平2 7 4 6 1 21 1 4 9 7 63 8 9 5 8 8 云山 6 2 5 8 22 7 2 0 68 9 7 8 8 山河2 2 0 7 9 39 2 4 4 33 1 3 2 3 7 鹿乡 3 0 2 9 9 61 2 7 0 7 44 3 0 0 7 0 第六章控制对策 一、水土保持措施 1 、加强流域水土流失治理，2 5 度陡坡地和2 0 度以上坡地开垦的坡耕地逐步退耕 还林，其余的坡耕地修建成水平梯田或采取保土耕作等措施加以治理。 2 、水田田埂及大型种植场周围合理的建设固土能力强的防护带，减少土壤细颗粒 的流失，从而防治n p 养分进入水体污染环境。建设农田排水沟渠，有利于减轻暴雨 径流引起造成的土壤细颗粒的流失。 3 、双阳河、饮马河沿岸建设生态河堤，河床较低的岸边建设植被缓冲带，不仅可 以净化水体，而且能阻止农田排放及土壤细颗粒进入河流。 二、台理施肥 施用于农田中的化肥流失受施用量、施用时间、施用方法等因素的影响，因此合 理施肥是减少土壤氮磷流失的有效措施，是非点源污染控制和管理的重要内容之一， 主要措施如下： 1 、整个流域全面实旖按土壤肥力和作物需肥特性确定的平衡施肥技术，控制不合