汾河水库及其上游饮用水功能区农业面源污染及治理保护

汾河水库及其上游饮用水功能区农业面源污染及治理保护中国水土保持SWCC2010年第6期?55?汾河水库及其上游饮用水功能区农业面源污染及治理保护王晓宇(山西省水文水资源勘测局,山西太原030001)关键词饮用水功能区;农业面源污染;治理措施;水环境保护;汾河水库摘要汾河水库及其上游地表水源是山西省工农业生产和太原市人民生活用水的主要来源.饮用水功能区内因农田施用化肥,农药及农村生活废水造成的农业面源污染直接影响到水库供水安全.运用近年来的水质调查,监测,评价数据,结合汾河水库及其上游饮用水功能区的自然地理特征,分析了汾河源流区,汾河水库上游径流区农业面源污染状况.以农业面源污染发生的降雨径流,土壤侵蚀和污染物迁移转化3个主要过程为切入点,提出了相应的治理措施,并针对饮用水功能区农业面源污染的防控,提出了多元化,全方位开展区域水环境保护工作,为实施最严格的饮用水水资源管理制度创造条件的建议.中图分类号X592文献标识码c文章编号10000941(2010)060055一O3汾河是黄河的第二大支流,汾河水库位于汾河干流上游,距发源地122km,是山西省最大的综合性利用水利枢纽工程,库区总面积32.0km,控制流域面积5268km.万家寨引黄一期工程于宁武县头马营乡引黄河水进入汾河,再经81.2km的天然河道至汾河水库.目前汾河水库及其上游已列入山西省饮用水功能区,涉及山西省忻州市宁武县和静乐县,吕梁市岚县和太原市娄烦县.饮用水功能区所在区域的主要支流有洪河,鸣河,东碾河,涧河,岚河.汾河水库及其上游饮用水功能区所在区域由北向南,由东西两侧向中间河谷地势逐渐降低,最高为芦芽山荷叶峰(海拔2784m),最低为汾河水库坝基(海拔1070m).区域地形有河谷,河谷阶地,丘陵及低,中,高山,其中石山区1549kIn2,土石山区1570km,黄土丘陵沟壑区1870km,河谷阶地279km.1饮用水功能区农业面源污染状况万家寨引黄一期工程于2003年l0月通水后,人工引水水质不能稳定达到类,汾河干流水质多数情况下处于一V类,基本无稀释净化能力.从头马营到汾河水库81.2km的河段内水质为类的概率约为42.9%,IV类的概率超过50.0%,民生活用水和工业用水量又较大,应加强水库建设,提倡植树种草,广泛开展节约用水活动,推广工业节水技术,增加工业废水重复利用,同时加大区域水资源监控力度,确保水资源安全.(3)保护有限的耕地,改良土壤,提高土地产出率.虽然流域耕地资源状况相对较好,但是粮食安全问题始终要警钟长呜.应在全巢湖流域实施强有力的耕地保护措施,严禁非法占用农用地,不断提高粮食生产能力,并积极落实国家粮食补贴政策,不断提高农民的生产积极性.参考文献1高吉喜.可持续发展理论探索生态承载力理论,方法与应用M.北京:中国环境科学出版社,2001.2jGuevaraJC,CavagnaroJB,Estevez0R,eta1.Productivity,managementanddevelopmentproblemsinthearidrangelandscentralMendozaplainsJ1.JournalofAridEnvironments,1997,35(4).3封志明.土地承载力研究的过去,现在与未来J.中国土地科学,1994,8(3).4许有朋.干旱区水资源承载能力综合评价研究J.自然资源,1993,8(3).5唐剑武,郭怀成,叶文虎.环境承载力及其在环境规划中的初步应用J.中国环境科学,1997,17(1).6刘庄,沈渭寿,车克钧,等.祁连山自然保护区生态承载力分析与评价J.生态与农村环境,2006,22(3).7常玉光,常春勤,牛海鹏.基于层次分析法的云台山旅游景区生态承载力研究J.河南理工大学:自然科学版,2008,27(2).8黄起凤.鄱阳湖区生态承载力综合评价D.南昌:江西师范大学,2008.9汪顺刚,黄家祥,查良松.巢湖流域生态环境质量定量分析J.资源开发与市场,2007,23(11).作者简介徐强(1984一),男,安徽蒙城县人,硕士研究生,研究方向为区域生态与循环经济;通讯作者陈来(1966一),男,安徽安庆市人,教授,经济学博士,安徽大学现代管理研究所所长,安徽大学循环经济技术中心常务副主任,主要从事产业经济学,宏观经济理论,公共经济管理的教学与研究工作.收稿日期2010一Ol一28(责任编辑张培虎)?56?中国水土保持SWCC2010年第6期劣V类的概率约为3.6%.超标的污染物主要是COD,NH一N,超标0.52.5倍.农村生活污染源,农田径流污染源的COD,NH,一N排放量分别占区域点源与面源COD,NHN污染负荷总量的59.54%和72.16%,COD,NH一N入河污染负荷比例分别占区域点源与面源COD,NH一N入河污染负荷总量的12.09%和11.17%.目前汾河水库水质尚可,但TN,NH一N,BOD等含量的上升趋势明显,水库处于中度富营养化状态,农业面源污染对饮用水功能区的影响不容忽视.2饮用水功能区农业面源污染分析农业面源污染的形成和迁移与自然界的水循环密切相关,各种污染物在降水或灌溉过程中,通过径流和泥沙的运移携带最终进入水体,形成水体污染负荷.由降雨形成的森林,农田,村镇的地面径流及河流,水库汇水范围内的水土流失和农村餐饮洗涤,畜禽养殖等废水废物的排放以及化肥农药的不合理施用和不合理灌溉等都是水体污染的重要原因.2.1农村生活污染源根据山西省环境科学研究院,山西省环境科学学会等单位对饮用水功能区范围内农村生活污染物总量的调查结果(表1),区域内排污量较大的地区主要分布在农业人口相对集中的汾河,鸣河,东碾河,岚河,涧河等流域农业耕作条件相对较好,农业经济比较发达的河谷地带,区域COD与NH一N排放总量分别为4710.84和785.14t/a,入河量分别为141.33和23.55t/a;宁武,静乐,岚县,娄烦等4县的农村生活污水中的COD与NH一N排放量占区域点源与面源COD,NH一N污染负荷总量的52.O%和61.46%,人河污染负荷约占区域点源与面源COD,NH3一N入河污染负荷总量的10.56%和9.50%.因此,农村不合理的生产活动和生活习惯是造成区域COD与NH一N污染的主要原因.总体来说排放量岚县>静乐>娄烦>宁武,表明区域各县农村生活污染物治理需要加强,特别是岚县,静乐两县农村人居环境亟待改善.表l区域各县农村生活污染物排放量t/a2.2农田径流污染源据山西省环境科学研究院,山西省环境科学学会等单位对饮用水功能区范围内农田径流的调查结果(表2),农田径流中的COD与NH3一N排放量分别为683.1和136.62t./a,入河量分别为20.49和4.1t/a.各县农田径流COD与NH一N排放量分别占区域点源与面源COD,NH一N污染负荷总量的7.54%和10.70%,入河污染负荷约占区域点源与面源COD,NH一N入河污染负荷总量的1.53%和1.65%.总体来说排放量宁武>静乐>岚县>娄烦.特别是宁武和静乐,由于地处汾河源头,地势较高,且多为水土流失严重地区,在暴雨季节极易发生化肥,农药残留物及表土中有机物的大量流失,进而造成两县农田径流COD,NH,一N排放量较高.针对上述问题,必须对现有的农业生产结构及生产方式进行调整,同时加强水土保持及生态修复工作,开展区域水土保持与生态农业建设也十分必要.表2区域各县农田径流污染物排放量t/a3饮用水功能区农业面源污染治理措施农业面源污染发生的3个主要过程是降雨径流过程,土壤侵蚀过程和污染物迁移转化过程J,建议以这3个过程为切人点,采取相应的治理措施.3.1减少天然降雨径流(1)植树种草,涵养水源.第一,加强对汾河源流区和高山区天然林的保护,在植被覆盖差且土层深度>50cm的汾河东部与西部的部分地区营造水源涵养林,改善区域生态环境,以减少地面径流.第二,在农田和水体周边特别是河道两侧及库周建立人工湿地和植物缓冲带.选择在一定地理位置和地形条件下建立人工湿地,运用土壤,微生物,植物的组合系统净化废水,既可处理废水又可利用其中的营养物质肥田;人工湿地建造简单,投资小,且维护和运行成本低,建成并发挥效益后,其COD去除率将达80%,TN去除率也达60%以上J.建设缓冲林带,以缓滞径流,沉降泥沙,强化过滤和增强吸附等,降低污染物浓度.(2)退耕还林还草,开展生态修复.饮用水功能区所在区域的气候条件适宜植被生长,因此可以考虑分区开展生态修复.对于大于25.的坡耕地全部退耕还林;对于偏远或人烟稀少的地区,特别是汾河源流区有涵养水源功能的汾源原始次生林区(管涔国家森林公园),管涔山麓地的国家重要湿地区,芦芽山国家自然保护区以及土层<25cm,坡度>25.的地区都要实行封禁,进行生态移民,适度开发生态旅游,减少人为活动和人为干扰,利用大自然的力量进行生态修复;对于河道两侧及库周地区最大限度地退耕还林还草,实现自然保水.(3)雨水集蓄利用.建造蓄水池和沉淀池,利用水窑,旱井,小塘坝等小型储水工程蓄滞雨水,拦截径流.同时,把雨水集流工程延伸到农田,开展大田作物集流节水灌溉,以水窖集水的形式,调节转换降水,土壤水,地表水,充分利用雨水资源,减少地面径流.3.2控制土壤侵蚀(1)建立合理的土地利用制度,合理和有限度地利用生物资源.调整区域农业产业结构,农业种植结构和林地,旱地,居民用地比例,不断提高土地利用效率.在轻度水土流失区和坡度较缓的宜林山地实施退耕还林和稀林补种的过程中,可以依据自然条件和市场需求,适当栽植经济林,实现水土保持,水源王晓宇:汾河水库及其上游饮用水功能区农业面源污染及治理保护?57?保护与农民增收的多赢.严格限制敏感地区的土地利用,特别是在汾河水库取水口及周围1000nl(包括涧河入库的宽河床地带)地区全面禁止河漫滩农耕活动.(2)合理利用土地资源,转变农业生产管理方式.改进耕作方式,采取保护性耕作,少耕或免耕,减少土壤侵蚀造成的养分流失.利用不同作物对营养元素吸收的互补性,采取间作套种,草田轮作,草田带状问作以及秸秆覆盖,增施有机肥等,提高土壤抗侵蚀性.(3)实现农业水资源高效利用.建设小型水利水保工程,加大水土保持淤地坝建设力度,发展节水型农业,提高区域农业水资源利用效率,改善农业生产条件,减少土壤养分流失.3.3建设生态清洁小流域,控制污染物输移小流域是山区最基本的产汇流系统,是水土流失和农业面源污染发生发展的基本单元.饮用水功能区所在区域中的黄土丘陵沟壑区内共有330km的小流域135条,总面积1774km,其土壤流失主要发生在洪河,鸣河,东碾河,岚河,涧河及其季节性支流小流域.这些流域内山多川少,大部分为坡度在l5.以上的坡耕地,且土壤多为疏松的黄土,极易发生流失.建议借鉴北京市山区水土保持工作的成功经验,以小流域为单元,以水源保护为中心,以控制土壤流失和面源污染为重点,以小流域污染总(量)控(制)为原则J,开展社会主义新农村与生态农业建设,科学规划流域内的村镇,采取合理的污水,垃圾,化肥,农药等各类污染源防治措施,逐步实现清水下山.(1)社会主义新农村建设.实行山,水,电,田,林,路,草,房,厕,池(垃圾池,居民点,沼气池,蓄水池),管线,村镇,住宅,防洪,排涝,排污等的统筹规划,依据水土保持理念,推动社会主义新农村建设.将农村污水,垃圾集中处理,达标排放,改造农厕,建设小型污水处理设施,疏浚,整治中小河道,可以有效地遏制农村生活污染物造成的水源污染.(2)生态农业建设.实现农业清洁生产.在偏远山区推广测土配方施肥技术,在农业人口相对集中的汾河,鸣河,东碾河,岚河,涧河的农业耕作条件相对较好,农业经济比较发达的河谷地带等重点地区,推广生物防治和生态平衡施肥技术;以田园清洁,家园清洁,水源清洁工程为主线,带动无公害农产品,农家乐等产业发展.把汾河水库一级保护区作为生态保护重点,禁止发展人工水产养殖和放养牲畜.发展农业循环经济,实现废弃物资源化利用.加大农村户用沼气和大中型沼气工程建设,以沼气利用为纽带,推广四位一体等生态能源模式,将人畜粪便转化为清洁能源与有机肥.建设农作物秸秆气化站,推广秸秆还田,秸秆养畜,不仅可以减少随处堆沤带来的水环境污染,而且还可有效提高秸秆的综合利用率J.4多元化,全方位开展区域农业面源污染防控.为实施最严格的饮用水水资源管理制度创造条件(1)建立与饮用水功能区管理和水源地保护相适应的农业水资源与水环境监测站网,建立健全区域用水大户农业水资源水环境保护监控体系.进一步拓展水文水资源监测系统的服务领域,以饮用水功能区为试点,布设站网,;开展地表水,土壤水,降水和灌溉水联合监测,改变以往对农业,农村缺乏水质监测,农业面源污染监测工作停留在调查估算阶段,手段落后,甚至有时存在较大估算误差的局面,及时准确地反映区域农业水资源和水环境问题,为功能区水体纳污能力计算,污染物总量控制提供科学依据.应用3s技术建立完整的农业水土资源监测网络,对区域降水,径流,泥沙,土壤,植物生长量等实施动态监测,科学评价农业水资源与水环境状况,为区域饮用水源保护的规划设计,工程实施及管理工作奠定基础.(2)水源地保护,生态建设必须以改善当地人民的生活水平为根本.特殊的生态功能定位,使区域各县必须在水土保持,水源涵养林建设,农村新能源建设,生态移民等方面加大投入,建议加强对水源地生态补偿机制的研究,加快生态环境综合开发体制改革步伐,不断增加水源地人民就业,致富渠道,保证水源地保护目标的成功实现J.(3)把区域生态环境保护特别是水环境保护与经济社会的发展放在同等重要的位置,把污染物总量控制,污染物纳污红线管理,削减农业面源污染纳入区域四县经济社会发展考核指标体系,坚持不懈地做好水土保持和水环境保护工作.(4)完善农业生态环保法规体系,严格执法.农业面源污染问题涉及水土保持,环境保护,农业生产和农民生活等诸多方面,各级政府应继续加强有关法律法规和措施的制定与完善,增强可操作性,加大执法力度.建议制定汾河水库及上游饮用水功能区农业面源污染防治办法等地方法规,明确区域范围管理权限及一,二级水源地保护区的保护措施等,加快区域农业面源污染防治工作.同时,积极开展农业污染事故的技术咨询和仲裁,建立和完善农业污染事故报告制度.(5)加强农业水资源水环境保护的科普工作.农民是农村水资源水环境保护的主体,建议采用行之有效的宣传方式落实农村水污染防治政策,并做好先进农业技术的推广普及工作,鼓励农民采用科学的农业管理方式.同时,结合乡规民约和村民自治,鼓励农民转变传统的观念和生活方式,形成良好的生态环境保护意识和行为方式,使有效控制农业面源污染,保护水源地的目标通过人们的自觉行动得以实现.参考文献1韩静.汾河水库水质趋势分析J.山西水利科技,2009(1):9293,96.2王淑莹,代晋国,李利生,等.水环境中非点源污染的研究J.北京工业大学,2003,29(4):486490.3张中杰.农业非点源污染来源及其防治措施J.地下水,2007,29(5):98100.4刘大根,段淑怀,李永贵,等.北京生态清洁小流域技术规范的编制J.中国水土保持,2008(7):2426.5王晓宇.生态农业建设与水资源可持续利用M.北京:中国水利水电出版社,2008.6王晓宇.汾河水库及其上游水源地生态保护与环境治理研究J.中国水利,2008(16):4446,49.作者简介王晓宇(1966一),女,山西汾阳市人,高级工程师,硕士,主要研究方向为水文水资源规划及利用.收稿日期20100315(责任编辑李杨杨)