张 军, 李 鹏, 唐润芒, 贾春蓉, 王 添, 汤珊珊

(1.西安理工大学 水利水电学院, 西安 710048; 2.西华师范大学国土资源学院, 四川 南充 637009; 3.陕西省水土保持局, 西安 710004)

陕西省丹汉江流域农业非点源污染区划

张 军1,2, 李 鹏1, 唐润芒3, 贾春蓉2, 王 添1, 汤珊珊1

(1.西安理工大学 水利水电学院, 西安 710048; 2.西华师范大学国土资源学院, 四川 南充 637009; 3.陕西省水土保持局, 西安 710004)

农业非点源污染是导致地表水环境质量恶化的重要原因。丹汉江流域是南水北调中线工程的主要水源地，实现农业非点源污染分区管理分类控制，将进一步确保中线工程的水质安全。以陕西省丹汉江流域27个县(区)为基本单元，采用水质指数法、聚类分析法和等标污染负荷法等方法，进行了污染源敏感性评价和污染类型识别，进而实现流域农业非点源污染分区。结果显示：(1) 丹汉江流域农业非点源污染可分为5级敏感区，且敏感区等级呈现以中心城市为核心，以干流为轴线，向南北两侧递减的分布格局。(2) 农业非点源污染控制类型主要包括农业种植、畜禽养殖、生活排放3种基本类型。(3) 敏感区等级越高，污染类型越复杂。

农业非点源污染; 丹汉江流域; 敏感区; 污染类型

随着点源污染逐步得到控制，非点源尤其是农业非点源已成为地表水环境恶化的主要原因[1-3]。农业非点源污染发生具有分散性、随机性、不确定性、滞后性等特点[4]，导致其控制难度大、成本高、治理难以抓住重点[5-6]。因此，加强对农业非点源污染的控制与管理，已成为学界研究的热点[7]。而科学划分农业非点源污染控制区和识别主要污染源是非点源污染控制管理的关键[8-9]。目前，国内学者从排污源、区域地貌、社会经济[10]等因子入手对农业非点源污染进行分区。也有学者以流域水功能区为基础，多级子流域为基本单元，划分流域水质控制区[11]，这些探索为我国非点源污染控制提供了有益的帮助。但也存在不能反映区域农业非点源污染程度，打破了行政管理界限等问题，不利于非点源污染控制工作的开展。因此，建立以传统行政区为基本单元，以污染程度为分类依据，以污染类型为控制对象的分区管理、分类控制体系，将为农业非点源污染控制区划提供新的方向。

陕西省丹汉江流域是丹江口水库的主要水源区，该流域的水质状况对入库水质具有重要影响。治理丹汉江流域非点源污染，对确保南水北调中线工程的水质安全尤为重要。目前，针对丹汉江流域农业非点源污染控制区划的研究还鲜见报道。本文以陕西省丹汉江流域各县(区)为基本单元，识别流域重点污染源和污染源的空间分布特征，并依据污染源贡献程度划分控制区等级，实现分区管理分类控制，希望为陕西省丹汉江流域农村非点源污染控制与管理提供参考。

1 研究区域

1.1 研究区概况

陕西省丹汉江流域位于31°42′—34°11′N，106°47′—111°18′E，包括汉江干流和丹江支流两条流域，涉及汉中市、安康市和商洛市(洛河流域除外)3个地级市共27个县(区)[12]，流域总面积62 731 km2，其中，汉江流域55 180 km2，丹江流域7 551 km2。区域年平均降雨量为790～1 200 mm，无霜期达170～250 d，属于热带湿润区。流域内山高坡陡，土薄石厚，坡耕地面积较大，水土流失严重，根据长江水利委员会2007年遥感调查数据，丹汉江流域水土流失面积占土地总面积的41.9%，年输沙总量1 926万t。

1.2 农业非点源污染

丹汉江流域水资源充足，物产丰富，特别是汉江流域自古以来被誉为“陕西的小江南”，粮食作物以水稻、小麦和玉米为主。丹汉江流域水源区多为贫困山区，农地较多，但农业生产技术极不发达，处于粗放型生产阶段。农业非点源污染主要由不合理使用化肥、农药，分散的畜禽、水产养殖排放物直接入河，农村生活污水随意排放，秸秆遗弃等原因引起，所产生的主要污染物为COD，TN和TP等[13-14]。因此，本文选取COD，TN和TP作为主要污染物，以农业种植污染、水产养殖污染、畜禽养殖污染、农村生活污染等作为主要污染源。

2 研究方法

2.1 农业非点源污染敏感区划分

农业非点源污染敏感区是指根据地表水环境与农村社会经济活动中非点源污染排放之间响应的敏感程度来划分的区域，具有一定空间分异规律。敏感性常用来表征这种敏感程度的大小[15]。敏感性一般分为5级：极敏感(Ⅴ)、高度敏感(Ⅳ)、中度敏感(Ⅲ)、轻度敏感(Ⅱ)、不敏感(Ⅰ)。目前，用于农业非点源污染敏感性评价的方法主要有水质指数法、内梅罗指数法、加权指数法[16]等。单项水质指数评价可以直接反映水质参数现状与标准的关系，简单易行。陕西省丹汉江流域水质基本超过《地表水环境质量标准》(GB3838—2002)的Ⅱ类水质标准，部分超过了Ⅲ类水质标准。因此，本研究采用单项水质指数法进行计算，并以《地表水环境质量标准》(GB3838—2002)的Ⅲ类水质标准作为基准。

(1)

式中：Ii表示第i项污染物水质指数；Ci表示第i项污染物实测浓度；C0i表示第i项污染物达标浓度。

当Ii≤1，表示农业非点源污染风险小；Ii>1，表示存在农业非点源污染风险。然后对Ii进行聚类分析，根据聚类分析结果划分出敏感区。

2.2 农业非点源污染类型划分

农业非点源污染类型划分主要根据不同污染源对区域非点源污染贡献率的大小确定，污染负荷比、水质污染指数比等是常用的方法。本文用污染物排放量占总污染物排放量的比例来划分。首先，按农业种植污染、水产养殖污染、畜禽养殖污染、农村生活污染等4种污染源核算出各区域污染源的等标排放量，并分别计算其占总污染排放量的比例(等标污染负荷比)。具体计算如下：

(2)

式中：Kij表示第j个县(区)第i种污染源的等标排放负荷比；Pij表示第j个县(区)第i种污染源等标排放量(t)；Qj表示第j个县(区)污染源等标排放总量(t)。

然后，在每个县(区)按照各污染源的等标污染负荷比从大到小排序，分别计算累计百分比。一般用累计百分比≥80%来确定主要的农业非点源污染类型。本文根据丹汉江实际情况将污染源分为3种形式。(1)单一型：当某一种污染源Kij≥60%，且其余污染源比例较低时，以该单一污染源作为污染源类型名称；(2)组合型：当有两种污染源累计百分比≥80%时，以这两种污染源组合命名；(3)复合型：当有三种及三种以上污染源的累计百分比≥80%，直接命名为复合型。

2.3 农业非点源污染物排放量的计算

计算农业非点源污染物等标污染负荷比必须知道农业非点源污染物排放量，目前，非点源污染物排放量核算方法有：模拟估算法[17]、输出系数法[18]、排污系数法[8,19]等，本文采用基于清单分析的排污系数法对污染物排放量进行计算，计算公式如下：

(3)

(4)

式中：Ui为第i种污染物指标统计数量；Ri为i种污染物的产污系数；Ci为i污染物的流失系数，它由污染源和空间特征S决定，表征区域地理特征、降水、水文和农业管理措施等对农业非点源污染的综合影响。本研究污染物排放量及污染物排放浓度数据来源于全国污染源普查数据。

3 结果与分析

3.1 农业非点源污染物排放量

通过陕西省丹汉江流域27个县(区)农业非点源污染物COD，TN和TP排放量和排放浓度比较可知(图1)，污染物排放量最大的是COD，最小的是TP。排放量高值区主要分布在西乡县和汉滨区；排放浓度高值出现在汉台区。可见丹汉江流域污染物排放量和排放浓度的分布不完全一致，这主要是由污染源类型差异引起。由图2可见，除汉台区COD水质指数大于1之外，其余县(区)均≤1，因为，丹汉江流域COD主要来源于生活和养殖业污染物排放，而这两种污染源都具有排放量大，排放分散，排放浓度低的特点。与此相反，TN和TP虽然排放量相对较小，但水质指数大部分都大于1，可见农业种植是导致该流域TN和TP浓度超标的主要原因。

丹汉江流域农业非点源污染中农业种植污染、水产养殖污染、畜禽养殖污染、农村生活污染等标排放量分别是18 789.77，1 174.15，23 652.42，28 268.85t(表1)。其中农村生活污染等标排放量比例最大(39.32%)，最小的是水产养殖污染排放量，所占比例为1.63%。农业种植污染、畜禽养殖污染和农村生活污染等标排放量所占比例相差不大。就污染源等标排放量比例而言，陕南三地市情况各有差异。安康市，农村生活污染最高，为40.52%、农业种植次之，为31.90%，畜禽养殖为26.24%；汉中市，畜禽养殖最高，为38.06%，农村生活污染次之，为35.75%，农业种植为22.83%；商洛市，农村生活污染最高，为44.99%，畜禽养殖业次之，为32.13%，农业种植污染为22.87%。三地市水产养殖所占比例均为最小。

图1农业非点源污染物排放量和排放浓度

图2 农业非点源污染物COD，TN和TP的水质指数表1 丹汉江流域农业非点源污染等标排放量与比例

3.2 敏感区划分

陕西省丹汉江流域非点源污染可分成5个类型的敏感区(图3)，其中不敏感区(Ⅰ)1个，轻度敏感区(Ⅱ)11个，中度敏感区(Ⅲ)11个，高度敏感区(Ⅳ)3个，极敏感(Ⅴ)1个，表明丹汉江流域非点源污染以轻度敏感区、中度敏感区为主，且有向高度敏感区转移的趋势。从敏感区的空间分布来看，具有一定的规律性。高度敏感区和极敏感区分布于三个地级市及其周边，其中唯一的一个极敏感区(汉台区)位于汉中市主城区；中度敏感区主要分布在丹汉江干流上，其比例占所有中度敏感区的63.64%；轻度敏感区分布在丹汉江干流南北两侧的县(区)，其比例占到所有轻度敏感区的72.73%。可见丹汉江流域形成了以中心城市为核心，以丹汉江干流为轴线，向南北两侧敏感度递减的敏感区分布格局。因此我们认为城市发展水平对水资源需求是影响丹汉江流域非点源污染的重要因素。

图3陕西省丹汉江流域农业非点源污染敏感区划分

3.3 污染源类型的划分

在确定敏感区的基础上，计算各县(区)主要污染源类型。首先计算等标排放比例，按等标排放比例从大到小排序，分别计算累计百分比，并以此确定各县(区)的主要污染物类型。由表2可见，陕南27个县(区)农业非点源污染类型可以分为农业种植型、畜禽养殖型、生活排放型三个基本类型。

丹汉江流域农业非点源污染类型中复合型比例最高，占51.85%，其次是种植+生活型，占22.22%，养殖+生活型，占18.52%，以单一污染类型为主的是养殖型和生活型各占3.70%。另外，复合型中均包括了生活污染源，说明在丹汉江流域农村生活污染物排放对地表水的影响十分显著。从敏感区污染源类型构成来看，复合型在除不敏感区外其他各级敏感区划中所占比例均高于其他类型，而且在极敏感区中只有复合型一种，可见复合型污染源是丹汉江流域污染最主要的形式，且该地区有从单一污染源向复合型污染源转移的趋势，将导致整个流域水质变差。

表2 陕西省丹汉江流域农业非点源污染控制分区

4 结 论

陕西省丹汉江流域农业非点源污染区划按敏感度可分为5级敏感区。从5级敏感区的空间分布来看可归纳为中心城市污染控制区，干流污染综合治理区和山地丘陵污染防治区3个敏感控制区。

农业非点源污染源类型主要包括农业种植型、畜禽养殖型、生活排放型三个基本类型及其组合形式。且该地区有从单一污染源向复合型污染源转移的趋势。

农业非点源污染一级敏感区和污染类型二级划分结果表明，丹汉江干流是主要敏感区域，且污染类型多为复合型。随干流向南北两侧敏感性递减，所对应的污染类型也依次向组合型、单一型变化。

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ZoningofAgriculturalNon-PointSourcePollutioninDan-HanRiverBasininShaanxiProvince

ZHANG Jun1,2, LI Peng1, TANG Runmang3, JIA Chunrong2, WANG Tian1, TANG Shanshan1

(1.CollegeofWaterResourcesandHydraulicPower,Xi′anUniversityofTechnology,Xi′an710048,China; 2.CollegeofLandandResources,ChinaWestNormalUniversity,Nanchong,Sichuan637009,China; 3.SoilandWaterConservationBureauofShaanxiProvince,Xi′an710004,China)

Agricultural non-point source pollution (ANPSP) is an important cause of surface water quality deterioration. The Dan-Han River Basin is the major water sources of the middle route of the South to North Water Diversion Project. Zoning management and classified control implemented for ANPSP will further ensure the water quality safety of the middle route. We took 27 counties (or districts) in Dan-Han River Basin in Shaanxi Province as basic units, the sensitivity assessment and pollution type identification of ANPSP were calculated using the methods of index of water quality, cluster analysis and the equivalent pollution loading. Finally, the pollution control zones were determined. The results show that: (1) the sensitive zones of ANPSP of Dan-Han River Basin were divided into five levels, taking the central city as the core, the main stream as the axis trace, and decreasing on both sides of the main stream from the north-south, this distribution pattern of sensitive zone based on the sensitivity has been formed; (2) the control types of ANPSP included three basic types, such as agricultural cultivation, livestock and poultry breeding， life discharge; (3) the higher levels of sensitive zone were, the more complex pollution types were.

agricultural non-point source pollution; Dan-Han River Basin; sensitive zone; pollution types

2016-01-16

：2016-06-19

国家自然科学基金重点项目(41330858;41471226);陕西省自然科学基础研究计划项目(2014JM2-4036)

张军(1979—),男,四川省南充市人,博士研究生,主要研究方向为土壤侵蚀及水土保持。E-mail:zhang822@yeah.net

李鹏(1974—),男,山东烟台人,教授,博士，主要研究方向土壤侵蚀与水土保持研究。E-mail:lipeng74@163.com

X32

：A

：1005-3409(2017)02-0325-05