车尔臣河流域面源污染负荷量分析

苏海波

(新疆水利水电勘测设计研究院，新疆 乌鲁木齐 830000)

车尔臣河是沿昆仑山北麓最大的一条河流，是台特玛湖重要水系之一，对维护塔里木河盆地东南绿洲有着重要意义。车尔臣河流域地处沙漠边缘，中游绿洲平原区被沙漠包围，整个流域内植被稀疏，土壤发育程度较低，荒漠化、沙化和盐碱化特征明显。流域地理区位优越，是丝绸之路经济带及中巴经济走廊的重要通道。近年来，随着流域内人类社会经济发展、人工放牧加剧、人工绿洲与耕地发展的扩增，在区域大风、沙尘暴、东北风的作用下，促使沙漠向西南推进直逼绿洲，在一定程度上挤占了荒漠-绿洲过渡带的空间，而荒漠-绿洲过渡带是干旱区绿洲的自然生态防护屏障，它的萎缩将会降低整个区域的自然生态系统防护功能，并危及区域生态安全。流域内面源污染主要来源于农村居民生活污水和废弃物、农村畜禽粪便、分散式禽畜养殖，农业化肥等，脆弱的生态环境屏障导致流域农村水环境面临严峻挑战，防治流域面源污染将对保护流域脆弱的生态屏障具有积极意义。

面源污染特点是扩散范围广、源头较难处理，常见的计算方法有：输出系数模型、源强系数法、排污系数法等标污染负荷计算法；依据ARCGIS结合DEM数据进行计算分析的模型有SWAT、HSPF、AGNPS、SWMM、BASINS等。刘邵伟等采用问卷调查搜集数据结合等标污染负荷计算法对流域面源污染进行分析。石金昊等依据SWAT模型模拟不同土地利用类型下的面源污染。刘武等基于SWAT模型预测2020—2050年流域面源污染月度、年度负荷量以及空间分布特征。本文利用现状流域污染负荷数据，采用产污系数法、排污系数法、流失系数法、入河系数法计算流域面源污染，分析流域面源污染影响最大的因素，并对规划年面源污染负荷入河量进行预测，这对未来流域污染物入河控制具有积极作用，对改善区域水质水环境空间环境具有指导意义。

1 研究区概况

车尔臣河流域地处中纬度欧亚大陆中心，属极端干旱区，位于新疆巴州且末县和若羌县境内，总面积4.74万km2。流域总的地势为南高北低，南起昆仑山和阿尔金山山脉，北部深入塔克拉玛干大沙漠与尉犁县，西临喀拉米兰河流域，东至江尕萨依河流域，东北部在若羌县境内与塔里木河流域相连，归宿于台特玛湖。流域河流水系主要由车尔臣河及其它小河及间接性的山洪沟组成，车尔臣河是流域内最大河流，河全长813km，为典型的冰雪消融型河流，年径流量的87%来自冰川和永久性积雪，径流量年际变化相对平稳，年内分布不均匀，全年近半数径流量产自于夏季。流域昼夜温差大，日平均温差30.5℃。年降水较为稀少，多年平均降水量25.7mm。2019年流域农业用水(含渔业、牲畜)占用水总量的98.5%，生活、工业等其他行业用水占比仅为1.5%，农业用水带来的产值仅占29%，而工业、生活等用水带来的产值为71%，流域用水结构严重失衡。虽然流域在近20年尤其是近10年水资源处于丰水期，生态环境恶化的趋势尚不明显，但2019流域地表水供水量3.3亿m3，地表水、地下水均超出三条红线控制指标，如果不改变现状的开发格局与用水规模，将进一步加剧流域水生态环境脆弱性，生态环境进一步恶化的风险性也会日益增加。

2 研究方法

车尔臣河流域地处内陆干旱地区，降雨少、蒸发量大，城镇降雨径流产生的面源污染有限，面源污染主要来自农、牧区的化肥农药施用、农村生活污水、生活垃圾及分散式畜禽养殖。面源污染物入河量估算内容包括面源源强和流失量(或排放量)调查、入河量估算两部分。一般采用产污系数估算面源污染物源强，排放系数估算污染物排放量，流失系数估算污染物流失量。在污染物流失量的基础上，采用入河系数计算污染物入河量。

2.1 农村生活污水污染负荷估算

农村生活污水中，污染物排放浓度取COD∶50g/(人·d)、NH3-N∶3.2g/(人·d)、TN∶6.4g/(人·d)、TP∶1.3g/(人·d)。依据《新疆地表水资源研究》农村生活污水流失量的按产生量的12%进行估算，流失系数取12%，农村生活污水入河量的入河系数取值在0～10%。

2.2 农村生活垃圾污染负荷估算

农村生活垃圾中，农村生活垃圾和固体废弃物产生量(t)按照污染物含量估算，取值在0.02%～0.25%。其中COD∶0.252%、NH3-N∶0.021%、TN∶0.21%、TP∶0.22%。农村生活垃圾和固体废弃物流失量按照产生量的流失损失估算，流失系数取13%。农村生活垃圾和固体废弃物入河量的入河系数取值为0～10%。

2.3 化肥施用及污染负荷量

化肥施用量含氮肥、磷肥和复合肥，不含钾肥。化肥流失量中，化肥有效成分中COD、TN分别按氮肥的80%、20%计，NH3-N按TN的10%计，TP按磷肥的15%计。化肥入河量按照化肥流失量进行估算，流失系数取值为15%～25%。

2.4 分散式禽畜养殖污染估算

畜禽粪便污染物含量按照畜禽种类的排泄量及污染物含量参数表进行估算，见表1。分散式禽畜污染物流失量，按产生量的12%估算，畜禽粪便污染物入河量按照污染物流失量进行估算，入河系数取值为0～10%。

表1 分散式禽畜养殖污染物排泄量及污染物含量参数表

3 结果分析

3.1 污染负荷量估算

2019年，车尔臣河流域农村总人口为4.6万人，禽畜养殖总量共计为60.16万头(只、羽)，化肥施用量(不含钾肥)共计为1.31万t(按折纯法计)。依据2019年农村人口、牲畜数量、化肥数量数据，结合计算得出农村生活污水排放量和流失量、农村生活垃圾产生量和入河量、化肥施用量和入河量。不同水平年牲畜数量表，见表2。流域2019年面源污染负荷入河量汇总表，见表3。

表2 不同水平年牲畜数量表 单位：头(只、羽)

表3 车尔臣河流域2019年面源污染负荷入河量汇总表 单位：t/a

由表3可知，按排污系数60%计，现状流域农村生活污水排放量为102.5万m3。农村生活垃圾产生量按1.0kg/(人·d)计，则，现状流域农村生活垃圾产生量为1.67万t/a。化肥有效成分中，TN、TP含量分别为0.85万、0.32万t。流域农村生活用水量共计为170.8万m3。从污染负荷来源分析，化肥施用是流域主要的面源污染源，其产生的污染负荷占到流域污染负荷的90%以上。化肥施用对车尔臣河流域的污染，主要表现有：化肥的大量使用，特别是氮肥用量过高，使部分化肥随降雨、灌溉和地表径流进入河、湖、库，污染水体，造成水体富营养化。

规划2025年，车尔臣河流域农村总人口为4.0万人，农村生活用水量共计为164.6万m3。化肥施用量(不含钾肥)共计为1.04万t(按折纯法计)。禽畜养殖总量共计为70.59万头(只、羽)，车尔臣河流域2025面源污染负荷入河量汇总表，见表4。

表4 车尔臣河流域2025面源污染负荷入河量汇总表 单位：t/a

规划2035年，车尔臣河流域农村总人口为4.0万人，农村生活用水量共计为164.6万m3。化肥施用量(不含钾肥)共计为1.04万t(按折纯法计)。禽畜养殖总量共计为70.59万头(只、羽)，车尔臣河流域2035面源污染负荷入河量汇总表，见表5。

表5 车尔臣河流域2035面源污染负荷入河量汇总表 单位：t/a

3.2 规划水平年面源污染负荷变化分析

将规划水平年2025年面源污染负荷入河量与2019年对比，并将规划水平年2035年面源污染负荷入河量与2019年对比，计算减少幅度，结果见表6—7。

由表6可知，规划2025年车尔臣河流域面源污染负荷入河量较现状年有所减少，面源污染负荷COD、NH3-N、TN、TP较现状年减少量分别为325.4、8.5、51.2、14.8 t/a，减幅分别为20.5%、23.4%、 24.0%、26.1 %。其主要原因为规划2025年流域农业灌溉面积较现状灌溉面积减少了约14万亩，同时，化肥施用方式更加科学合理，化肥施用量大幅减少。从污染负荷来源分析，污染源负荷减少量排序为：化肥施用>农村生活污水>农村生活垃圾，化肥施用是流域主要的面源污染源，其产生的污染负荷占到流域污染负荷的88%以上。分散式禽畜养殖污染负荷量增加，其原因为流域规划2025年较2019年新增分散式禽畜养殖总量11.5万头(只、羽)。

表6 车尔臣河流域规划2025年面源污染变化量分析表

由表7可知，规划2035年车尔臣河流域面源污染负荷入河量较现状年有所减少。规划2035年，流域面源污染负荷COD、NH3-N、TN、TP较现状年减少量分别为350.6、9.9、58.9、17.6t/a，减幅分别为22.4%、28.2%、28.6%、32.6 %。与规划2025年相比，规划2035年流域面源污染负荷COD、NH3-N、TN、TP都略有减少，降幅不大。但分散式禽畜养殖污染负荷量增加，其原因为规划2035年较2025年新增分散式禽畜养殖总量15.5万头(只、羽)。从污染负荷来源分析，污染源负荷量排序，化肥施用是流域主要的面源污染源，其产生的污染负荷占流域污染负荷的86%以上。

表7 车尔臣河流域规划2035年面源污染变化量分析表

3.3 面源污染控制措施

车尔臣河流域面源污染负荷入河量主要为进入水体的氮磷负荷，依据农业生产中对化肥和农药施用及流失的相关要求，从资源化利用角度出发，对流域农村生活污水和垃圾、禽畜粪便的治理提出相关建议。

(1)从源头控制面源污染是解决车尔臣河流域农业农村面源问题最有效解方法之一。根据流域面源污染污染源情况，采取的“减源”措施主要包括倡导家庭节水、农业固废处置及资源化从而减少农田化肥和农药的施用。

(2)根据流域水环境质量目标控制要求，按照土地承载能力和养殖类型，实施畜禽养殖废弃物处理利用工程。个体养殖以自然村为单元建设清洁养殖小区，实现粪便资源化利用；依据人畜分离原则，对产生的垃圾、废弃物进行定期清理和处理；将牲畜粪便进行深度处理回收利用生产有机肥，减少农村牲畜养殖对生态环境的污染；配套建设牲畜粪便、固体废弃物等废弃物处理利用工程。

(3)通过开展科技宣传、技术培训等形式多样的农业生产技术和实用技术培训，全面普及农业产品的科学、合理使用知识，使广大农民能够树立学科学、用科学的意识。对接受过义务教育、具有一定文化知识的农民，进行系统、重点的培训，使之熟练掌握某个作物的生产技术知识和操作规程，成为生产技术骨干。

4 结论

本文利用农村生活用水、牲畜、化肥等数据计算2019年车尔臣河流域面源污染，并对2025、2030年面源污染量进行预测。

(1)从污染负荷流失量来源分析，2019、2025、2035年化肥施用均为流域主要的面源污染源，其产生的污染负荷占流域污染负荷比分别为90%、88%、86%。

(2)从污染负荷入河量分析，规划2025年较现状2019年、规划2035年较2025年污染负荷入河量均有减少，其主要原因为农业耕地面积较少，化肥施用量减少。

(3)采取的面源污染防治措施主要有：利用“减源”措施防治农业化肥污染；对养殖、固体废弃物等配套建设废弃物处理利用工程；对农民普及农产品科学使用方法等。

(4)通过对现状年及规划年车尔臣河面源污染负荷流失量、面源污染负荷入河量计算，为识别流域主要面源污染源，有效防控农业、生活等因素造成的面源污染负荷风险，保障流域生态环境起到重要作用。