汾河运城段氨氮、总氮非点源污染负荷成因分析

陈杨娜 贺金花 王一霖 张引栓

（运城市汾河运城段河道管理站 山西运城 044000）

1 水环境概况

运城处于汾河最下游，是控制污染物排入黄河的最后一道关口。汾河自新绛南梁入境，流经新绛、稷山、河津、万荣4县（市），至万荣庙前汇入黄河，区段流长109 km，境内流域面积2 943 km2。流域面积达100 km2的一、二级支流有8条：浍河、三泉河、三交河、马壁峪河、黄华峪河、瓜峪河、续鲁峪河、黑河。随着工业化、城市化和农业现代化建设，一方面水资源过量开采，河道流量减小，另一方面城市污水和工业废水超标排放，导致水质恶化，发黑发臭。2005年以来经过各级政府加大水污染治理力度，点源污染得到有效控制，DO、CODcr、BOD等污染指标已达到或接近Ⅴ类水质标准，但由于农田过量施用化肥，化肥残留物通过降雨径流排入汾河，或通过灌溉渗入地下，最终排入汾河，导致氨氮、总氮居高不下，超Ⅴ类水标准近10倍，可见控制非点源污染已迫在眉睫。

2 总氮、氨氮超标原因分析

通过分析2005～2010年区段进口新绛和出口河津断面监测资料，总氮、氨氮年际变化波动很大（见图1、图2）,2005～2008呈增势，2008年最高，随后趋于下降，但总体在高位徘徊，而且出口（河津）大于进口（新绛）。以2008年为例，这两项指标，出口比进口分别增加2.9,和3.6，说明区段内污染负荷增加量超过了河道自然消减量。

从排污调查可知，区域内氨氮点源排放主要集中在新绛煤化园和稷山丰喜集团见表1。

表1 氨氮点源排放指标

虽然两处日排量只有近5 000 t,但氨氮含量均值42.9 mg/l，最高范围值达127 mg/l，是造成河道该两项指标河津比新绛增高的一方面因素。但两断面都超出V类标准8～10倍，说明不只存在点源污染，还有非点源污染。汾河中下游是全省重要的农业产区，近三十年过量使用化肥导致大量氨氮随地表径流或地下渗流排入河道，造成该项指标严重超标，所以削减该两项污染因子，不仅要治理点源污染，重要的是防治非点源污染，否则仅靠企业废水和城市污水处理解决不了根本问题。

3 非点源污染成因分析

非点源污染是相对于工业废水和城市污水集中排放而言，比较分散的农业和村镇污染，污染源不是通过集中的排污渠而是通过地表径流、土壤侵蚀、农田排水、地下淋溶、大气沉降等形式进入河流。

与点源污染相比，非点源污染起源分散，地理边界和发生位置难以识别确定，随机性强、成因复杂、潜伏周期长，因而防治十分困难。随着各级政府对点源污染控制的重视，点源污染在好多河流已得到较好的控制和治理，而非点源污染，由于涉及范围广、控制难度大，目前已成为影响水体环境质量的重要污染源。

降雨径流污染，即狭义的非点源污染，是与降水过程伴随进行的地表径流污染。非点源污染源虽然来自于化肥过量使用、废弃物堆放、城市膨胀、土地利用方式不合理等，但降雨形成的地面径流是造成污染物转移，河流非点源污染指数增高的直接媒介，降雨产流的边界条件如地面纵坡、地形状况、下垫面结构等在流域内是固定不变的，经过三十年的快速工业化，流域内化肥使用量也趋于稳定，那么降雨就是造成河流污染物指标变化的主要变量，通过降雨和河段内污染物增量建立相关模型，分析非点源污染负荷成因，为控制非点源污染寻找理论依据。

图1 汾河两断面氨氮年际变化趋势图

3.1 月降雨量与非点源污染相关分析

收集2005—2010年区段流域内新绛、稷山、河津月降雨系列资料，按面积加权得出流域降雨系列，利用进出口控制断面监测资料，计算出区段污染物增量W增:

式中：Q河津——河津断面监测流量，m3/s；

w河津——河津断面污染物浓度，mg/l；

Q新绛——新绛断面监测流量，m3/s；

w新绛——新绛断面污染物浓度，mg/l；

W点源——区段内煤化园、丰喜集团点源污染量，排放相对稳定，按均值计算为2.387 g/s。

图2 汾河两断面总氮年际变化趋势图

把断面监测空缺或河道断流的月份剔除进行对应分析，月降雨量与氨氮、总氮增量相关分析见表2，图3、图4，相关系数分别为0.21和0.25，说明监测断面计算出的污染增量与月降雨量没有明显的因果对应关系。

3.2 汛期强降雨与非点源污染关系分析

根据产流原理，该段汾河流域农业产区主要位于黄土丘陵和平原区，一般降雨大多数入渗，很少能产生地面径流，只有汛期前期降雨充沛，后期强降雨才能产生径流，根据区段内一级支流马壁峪入汾河口观测，该河属于典型的季节性河流，2005—2010年平均每年发生一次地表径流，多数时间在9月，个别年份7、8月也发水，因此把7、8、9三个月日降雨大于25mm的强降雨量累计，与同期污染物增量进行相关分析，见表3，图5、图6，相关系数分别为0.90和0.94，说明强降雨是导致污染物增量的主要因素，表3中2010年9月虽然有一场26.3 mm大雨，但前期降雨偏少，支流没有形成地表径流，加上区段内汾河水面挥发、河道内抽水灌溉以及部分污染物经河床垂直下渗等消减因素，出口呈负增量，把此项剔除进行分析，见图7、图8，相关系数分别为0.88和0.93，反而不如原来的相关性好。由此反证不论有无流域内坡面沟道地表径流，该段汾河都存在污染物垂直向转移和自然降解现象，只有当地表径流挟带的污染物超过一定限度才产生出口增量。负增量正是地表径流少的客观反映，污染物依然储存在田面，只是没有足够的降雨挟带转移而已。

另一方面，不论降雨强度大小，氨氮和总氮的相关系数都在0.96以上，说明流域非点源污染主要因子是氨氮，而其它有机氮和无机氮污染负荷低，是次要因子，控制非点源污染的核心是控制农业化肥施用量及流失量。

4 结论

图3 降雨量与氨氮增量相关分析

表2 月降雨量与氨氮、总氮增量相关分析

图4 降雨量与总氮增量相关分析

通过降雨与污染物增量相关分析，找出非点源污染产生、存储、转移机理，便可以从源头到产流到汇流入河全过程综合防治：（1）优化施肥结构.非点源污染物的控制，核心在控制农业化肥使用量，尤其是要改变农民以施用氮肥为主的不良习惯，把好非点源污染防治第一道关；（2）整理田面坡度.进行田面土地整理，调缓地面坡降，改善耕作方式，实行节水灌溉，提高田间持水量，减少养分从田面随水流转移；（3）治理水土流失.在中小河道修建水库，在黄土沟壑区打坝蓄水，进行水土流失治理，延长污染物转移时间，增加转移过程自然降解量，从而消解地面径流挟带的非点源污染，也能起到积极的作用。

图5 强降雨与氨氮增量相关分析

图6 强降雨与总氮增量相关分析

图7 强降雨与氨氮增量相关分析

图8 强降雨与总氮增量相关分析

表3 强降雨与污染物增量相关分析表