大凌河入湖污染物的非点源分割

大凌河入湖污染物的非点源分割

沿海水体污染物的浓度分布是陆地污染源、海洋污染源和最终值全面影响的结果。随着河流入海量的增加和沿海人类活动的加剧，陆地污染源已成为影响海上污染的主要因素。在控制污染物的海上生产中，我们必须控制海上生产中非点源的比例，在监测和管理污染物方面发挥重要作用，并直接决定污染的方向和强度。针对这种情况，作者以大凌河为例，介绍了一种简单的点源和非点源的分布方法，然后计算和分析了点源和非点源之间的关系，为控制大凌河和辽东湾的水域污染提供了基础。1统计分析方法规范.主要分为5.从方法学的角度来看,非点源预测的方法大致有3类[6,7,8,9,10,11,12,13]:a.机理模拟法.又称白箱方法,强调对非点源的产生量、产生机制、产生过程进行比较精确的定量描述.强调对流域水文过程(如降雨、汇流、产流)的精确把握及对地形、土地利用、植被的定量把握.可以对污染物的产生、变化、发展、归宿进行预测.机理性模型的预测精度取决于数据、资料的可获得性和可靠性;建模时影响因子的取舍;模型参数的分布特征的复杂程度等.比较常见的模型有美国通用土壤流失方程(USLE)、土壤和水评价模型(SWAT)等.b.统计分析法.从本质上讲是一种黑箱方法,即不考虑过程,只关心输入和输出,通过输出对输入的响应关系进行预测.资料需求主要是排放负荷量及控制断面实测负荷量.主要方法有输出系数法(单位负荷法)、化肥流失率估算法等.c.产出类方法.该方法忽略污染源的产生量及产生过程,而只关心输出的总量,这种只关心结果不注重机理的需求主要体现在水环境的日常管理上,如入湖库、入海的年通量估计;河流断面通量点源与非点源的贡献比例.资料需求主要是水文资料及控制断面实测负荷量,主要方法有水文分割法、降雨量插值法.以上3类方法的比较分析见表1.“估算精度”均给出的是“中等”的评估,主要理由:①机理模拟法取得全部的分布式数据比较困难,要精确确定几十乃至上百个参数,往往难于实现.退而求其次,通常只能验证几个最敏感的参数.即使这样,多参同效也可能出现,使估算的可靠性较难把握.可能需要很长时间的很多次的验证,才能提高实用性.②统计分析法采用的先验模式,误差不可避免;而如果采用人工神经网络类的模式识别统计法进行模式识别,则需要海量信息,对于水文过程尚有可能,而对负荷、水质变化实测要取得海量数据比较困难,从而限制了该类方法的应用.③产出类方法主要是根据实测河流通量确定实际点源和非点源对通量的贡献,预测功能有限.由于直接采用实测通量估计,排污量的总贡献清楚,误差来源在于点源和非点源的分割方法.2水文分割法fdi由于在水体的总量监控管理中更关注实际的输出总量,产出类方法更容易为管理者所采用.河流断面任一时刻的通量包括污染点源负荷、污染非点源负荷和自然背景负荷三部分(以下简称后2项为非点源负荷).即使点源负荷的排放量在年内为一个常数,但由于径流量的变化导致从排放点到控制点的输移时间有别,使非保守物质在同一断面的不同时刻有不同的贡献,再加上取用水、沉积物变动等源汇导致的影响,点源负荷在同一断面的过程是波动的.非点源的贡献与降雨强度、径流量关系密切,无闸坝控制的河流的非点源量为丰水期大,枯水期小.目前,水文分割法采用枯水期无明显地表产流时段的河道通量作为点源的贡献.其缺陷在于:枯水期忽略非点源贡献是合理的,但枯水期点源的流达率最低,将枯水期平均通量作为点源平均通量推广到全年,则可能导致对点源年通量的低估.由于目前我国的河流常规监测频率一般不高于12次/a.因此,时段通量的最小单位可取月通量,则用水文分割法计算年通量的公式:年通量=12×枯水期平均月通量(点源的低流达率所致)+(丰水期平均月通量-枯水期平均月通量)×丰水期月数(非点源贡献与点源的高流达率所增加的贡献之和)改进的公式:年通量=12×枯水期平均月通量(点源的低流达率所致)+丰水期点源通量增量(点源的高流达率所增加的贡献)+丰水期非点源通量增量由于非点源贡献率与径流一般呈正相关,采用相关系数(r)作为丰水期通量增量中的比例系数,有:丰水期点源通量增量=(1-r)×丰水期通量增量丰水期非点源通量增量=r×丰水期通量增量根据上述关系,可以得到河流年通量的简单分割公式.枯水期平均月通量:点源年通量:非点源年通量:式中,Ffj为丰水期或平水期第j月的月通量;Fdi为枯水期第i月的月通量;m为丰、平水期月数;n为枯水期月数.3大凌河磁体的贡献分析3.12压力和流量2003年大凌河入海月通量采用文献的方法进行估算.图1为2003年大凌河入海径流量情况(根据锦县水文站流量资料估计).表2为2003年各类污染物指标的月通量(按西八千河口断面统计).表3为根据4—11月实测数据分析得到的各类污染物指标与径流量的相关系数.考虑到锦县站流量不包括金城造纸的污水量,径流量增加0.375m3/s.由图1和表2可以看出,在2003年4—8月的丰水期内,大凌河各类污染物指标的入海通量的贡献率较高,与径流量有较高的相关性.由表3可知,大凌河总氮、总磷和石油类的入海通量与径流量的相关系数分别为0.81,0.79和0.79,说明这些指标的入海通量与径流量关系密切;高锰酸盐指数和氨氮的入海通量与径流量相关系数较低,为0.49和0.64.这一差别应该是该类污染物指标的点源贡献率较高所致.表2丰水期8月CODCr和高锰酸盐指数的下降应该与金城造纸集团的生产调度有关,其排放的CODCr占大凌河流域工业CODCr排放总量的70%以上.3.2点源贡献率分析根据式(1)～(3)估算的点源与非点源贡献率见表4.作为对比结果,表5列出了按枯水期平均通量方法估计的点源与非点源对入海通量的贡献率.对比表4,5可知,采用笔者的方法计算的各类污染物的点源贡献率均较常规方法有一定的提高,表明了二者的差距.由于大凌河流域造纸业对CODCr排放量贡献很大,加上生活污水的贡献,点源占绝对优势,该方法较常规方法计算的高锰酸盐指数更加突出了这一点.另外笔者的方法对于丰水期某些月份小于枯水期平均通量的情况,也可以进行点源和非点源的分割,用以处理重点企业停产、闸坝小规模调控等情况,较一般水文分割方法的实用性更强.4实际应用效果a.采用控制断面实测通量方法进行点源与非点源分割的常规方法,容易夸大非点源的贡献率.笔者提出的简易分割技术在概念上明确改进的方法,从实用角度提出以月径流