[科普中国]-面源污染

面源污染又称非点源污染，主要由土壤泥沙颗粒、氮磷等营养物质、农药、各种大气颗粒物等组成，通过地表径流、土壤侵蚀、农田排水等方式进入水、土壤或大气环境。其具有的随机性、广泛性、滞后性、模糊性、潜伏性等特点，加大了相应的研究、治理和管理政策制定的难度。

定义面源污染溶解的以及固体的污染物从非特定的地点，在降水(或融雪)冲刷作用下，通过径流过程而汇入受纳水体(包括河流、湖泊、水库和海湾等)并引起水体富营养化或其他形式的污染。相对点源污染而言，面源污染主要由地表的土壤泥沙颗粒、氮磷等营养物质、农药等有害物质、秸秆农膜等固体废弃物、畜禽养殖粪便污水、水产养殖饵料药物、农村生活污水垃圾、各种大气颗粒物沉降等，通过地表径流、土壤侵蚀、农田排水等形式进入水体环境所造成，具有分散性、隐蔽性、随机性、潜伏性、累积性和模糊性等特点，因此不易监测、难以量化，研究和防控的难度大。1

面源污染有广义与狭义两种理解：广义指各种没有固定排污口的环境污染，狭义通常限定于水环境的面源污染，即与降水过程伴随产生的地表径流污染。2

形成过程1、降雨径流形成过程，即累积在流域地表的污染物受到降水的冲刷作用，随着径流的形成和泥沙的输移在陆地坡面产生污染负荷，并随径流与泥沙的输移在流域内增加和衰减,最终到达河道。

2、土壤侵蚀和泥沙输移过程，即面源污染物在河道内的迁移转化过程。

3、污染物转化过程。3

坡面径流是坡面土壤泥沙流失的动力和载体，径流在坡面的冲刷过程实际上就是径流与坡面土壤颗粒相互作用的过程。在这个过程中，径流首先携带土壤细颗粒，侵蚀泥沙中细颗粒特别是粘粒的含量明显增加，这导致了泥沙粘粒的富集。由于土壤养分多与土壤细颗粒结合，泥沙粘粒的富集导致了养分的富集。土壤与径流的相互作用结果加剧了土壤养分或随径流或随泥沙流失，其表现形式为：溶解于径流中的可溶性养分随径流液流失；吸附和结合于泥沙颗粒表面的养分，随着悬浮颗粒物进入水体，同时悬浮物在水中也会释放出一些溶解态污染物。土壤与径流的作用、土壤养分与径流-泥沙的相互转换使土壤养分流失这一问题更为复杂化。4

性质与点源污染集中排放废污水相比，面源污染具有许多显著不同的特点，表现为随机性、广泛性、滞后性、模糊性、潜伏性、研究和控制难度大。其主要特征概括如下

1、发生具有随机性，因为面源污染主要受水文循环过程主要为降雨以及降雨形成径流的过程的影响和支配，而降雨径流具有随机性，所以由此产生的面源污染从时空上都具有随机性。

2、污染物的来源和排放点不固定，排放具有间歇性，而点源排放比较有规律如排放量、排放时间、排放地点等污染负荷的时间变化次降雨径流过程、年内不同季节及年际间和空间不同发生地点变化幅度大

3、监测、控制和处理困难复杂，这是由于以上几点特点决定的。5

面源污染的形成与土壤结构、农作物类型、气候、地质和地貌等关系密切。土壤侵蚀是规模最大、危害程度最严重的一种面源污染。土壤流失的强度取决于降雨强度、地形地貌、土地利用方式和植被覆盖率等。6

国内外研究现状

面源污染，在20世纪30年代已被提出，但对于面源污染的全面认识和研究始于60年代。最先使人类意识到面源污染潜在危害的是农药的使用，特别是DDT对河流水质的影响。由于对面源污染形成机理和过程认识不足，且监测资料较少，这一时期主要采用经验模型进行研究，如美国农业部开发的径流曲线方程（SCS）和早期的输出系数法。

自20世纪70年代起，面源污染在世界各地逐渐受到重视，随着对面源污染理化过程研究的深入和对其输移过程的广泛监测，研究内容从简单经验模型发展到复杂的机理模型，如美国农业部的GREAMS和GLEAMS模型，普度大学的ANSWERS模型，及美国农业研究署和明尼苏达州联合开发的AGNPS模型。

80年代后，面源污染影响因素和迁移转化理论的研究更加深入，基于流域尺度的面源污染模型相继被开发，如CREAM、CLEAMS、HSPF、SWMM。

90年代，随着计算机技术的飞速发展和3S技术的广泛应用，面源污染模型与GIS相结合，克服了以往模型对空间变异性考虑不足，发展成集合空间信息处理与分析，数据库建立，数学计算，可视化模拟，多维评价等功能于一身，

可适用于大型流域和复杂地貌状况的超大型流域模型。如美国农业部开发的SWAT模型和AnnAGNPS模型，美国环保局的BASINS模型。

近20年来，随着机理模型的广泛应用，模型模拟结果的不确定性问题日益凸显。不确定性的产生是由于模型概化自然系统的过程中进行了一系列简化与假设,加之模型运用时输入信息的缺乏或误差,以及获取的参数值不确定。

如何认识和定量评价面源污染模型模拟结果的不确定性已成为面源污染模型研究的前沿领域。2

主要研究方法面源污染研究方法有野外实地监测法、人工模拟试验法、面源污染模型法以及GIS技术等。

1、野外实地监测法。基础数据收集工作的劳动强度大、效率低、周期长、费用高，而且往往由于数据资料缺乏或可靠性差等原因，影响污染负荷的估算精度。当前，野外实地监测在多数情况下仅是作为一种辅助手段，主要用于各类模型的验证和模型参数的校正。

2、综合试验场法。在研究区域内选择一块面积不大，又有代表性的典型径流小区，在其中同步监测降雨径流的水量和水质，以小区的污染单位负荷量估算整个研究区域的面源污染负荷量。此方法，工作量小，花费也较少，因而在我国得到广泛应用。但污染负荷的估算精度不高。

3、类型划分法方法。与综合试验场法基本相同，不同点在于，先对研究区域进行详细调查，根据土地利用状况划分为不同的非点源类型区，然后在每个源类型区内选择一块典型小区作为径流试验场，同步监测水量和水质，建立各源类型的污染负荷估算模型。这种方法考虑了不同土地利用对面源污染总负荷量的贡献，因而大大提高了估算精度，但是工作量和费用也相应增加了很多。

4、人工模拟试验法。使用人工布雨器模拟出各种类型的自然降雨，在人为控制条件下模拟各种自然条件下的面源污染，可以获取大量在野外工作中无法得到的数据，解决了传统方法研究周期长、耗资高等缺陷。目前，人工模拟试验主要用于面源污染机理和模型的研究。

5、面源污染模型法。面源污染研究模型是对污染物地表迁移过程的客观描述，是计算污染物进入流域中河流或湖泊负荷量的量化模拟，是面源污染研究的重要环节。面源污染模型分为机理型模型、经验型模型、负荷量计算模型和控制治理模型等许多种类。以不同的模型模拟流域污染物时空分布规律和地表迁移过程、估算污染物的流失量，是目前最常用的研究方法之一。

6、GIS技术应用地理信息系统(GIS)。它是一个处理地理空间数据，包括数据的采集、存储管理、查询分析，并可进行辅助决策的计算机系统。GIS可极大地方便面源污染的模拟、预测和管理决策，对面源污染的定量化研究具有重要意义。

目前流域的面源污染负荷量计算的研究趋于将GIS技术、模型模拟手段和实地监测方法相结合，得到较真实的计算值。6

本词条内容贡献者为:

张勇 - 副教授 - 西南大学资源环境学院