河套灌区总排干沟农业非点源
本文以河套灌区总排干沟为研究对象，对排水中化学需氧量（COD）排放规律和污染负荷量进行分析估算，以期为乌梁素海水污染治理和灌区面源污染防治提供理论依据。依据排水沟点源污染与非点源污染的形成与运移规律，“年内点源排放相对稳定，农田面源主要集中在灌溉期”的特征，采用水文估算法估算农业非点源有机污染负荷量为8445.40t，占河套灌区有机物污染入湖总量的65.15%。
农业非点源污染（Agricultural non-point source pollution），也称农业面源污染，是指在农业生产活动中，农田土壤颗粒、氮素、磷、农药和其他有机或无机污染物质，在降水或灌溉过程中，通过农田地表径流、农田排水和地下渗漏，进入水体所造成的水环境污染。在点源控制较好的地区，例如北美地区，农业非点源污染主要指农田径流污染，而在我国的平原河网区，农业非点源污染物主要有三个来源，即农田径流、畜禽养殖和农村生活。
农业非点源污染具有以下特征： （1）污染成分复杂
乡村生活污水、畜禽养殖废水、水产养殖污水、农田排水、化肥农药沉淀和垃圾冲刷污水等主要污染物，农村非点源的污染成分往往难以分离处理，而且各种污水的水质、水量变化大。
（2）污染过程随机
大多数的非点源污染问题，包括农业方面的，包括随机变量和随机影响。诸如作物的生产将受到自然影响(天气等)，因为在降雨量和密度、温度、湿度等方面的变化将直接影响到化学品(农药、化肥等)对水体的污染 。
（3）非点源污染是相对于点源污染而言的，它是分散的，随流域土地利用状况、地形地貌、水文特征、天气气候条件等的变化而变化，具有空间异质性和时间不稳定性。尤其是农村污水和生活垃圾的排放、堆放方式分散，造成其地理边界和空间位置难以辨识。
（4）广泛性且不易监测
因为在某一特定地区，非点源污染涉及多个污染者，其排放相互交叉，而且不同
的地理、气象和水文条件对污染物转移转化产生重大影响，所以难以进行专门监测。
（5）管理水平不足
在一些地区新农村建设过程中，由于农村居民受教育程度低和经济条件限制，随意倾倒生活垃圾的现象很难得到有效治理，垃圾处理设施经常因为管理不善而闲置。
随着人口的增长和社会的发展，水污染问题已成为人类面临的主要环境问题，农业面源污染因其污染范围广、影响因素复杂、潜伏期长、危害大等特点，已成为水污染的主要污染源。
研究的目的与意义
位于黄河上中游北岸内蒙古段冲积平原上的内蒙古河套灌区，是全国三个大型灌区之一，总土地总面积119×104 hm2，耕地面积57.4×104 hm2，农业人口100余万人，是国家和自治区重要的商品粮、油料生产基地。但是，在提供粮食和油料的同时，由于化肥的大量使用，土壤盐碱化，地下水污染也日益严重，尤其是河套灌区特有的秋后淋盐、春护墙的秋浇制，造成大量氮、磷大量随农田排水淋失，造成整个河套灌溉区面源污染，更使大量氮磷元素随农田退水到人乌梁素海。
文章以河套灌区总排干沟为研究对象，通过分析总排干沟中 COD的排放规律，估算其污染负荷量，分析农业非点源污染负荷，为乌梁素海水污染治理及灌区面源污染防治提供理论依据。
在全球范围内，面源污染已成为水污染的主要形式，其中农业面源污染更是河流、湖泊的主要污染源。以农业生产活动为主要污染原因的面源污染已造成30%~50%的全球土地和水体受到影响，在12亿hm2不同退化程度的耕地中，约12%的耕地因农业面源污染物而受到污染 ，许多发达国家已经经历了以农业面源污染为主要原因的水污染时期，其对河流、湖泊的负荷可达60%~70%，调查报告显示，1990年间美国面源污染源占总污染源的2/3，其中农业面源污染源占68%-83%，地表水污染可达50%-70% 。
养分流失是农业生态系统水体氮磷的主要来源。来自北欧国家芬兰的研究表明，大部分作物种植区的水体富营养化程度较高，地表径流中总氮、硝态氮和亚硝态氮含量与作物种植面积比例呈显著正相关。
西方发达国家早在20世纪70年代就对农业面源污染给予了高度重视，我国也意
识到这一问题的严重程度，各种面源对水环境质量的影响也越来越明显和突出。在21世纪，我国面临着巨大的人口压力，为了追求农业生产的高产量，不断增加化肥的用量，1999年我国化肥的使用量达到4124万t，比1978年增加362.2%。以当年农作物播种面积计算，每公顷平均施用化肥262.4公斤，是世界范围内施用肥料平均用量的2.5倍。在我国，肥料的有效利用率很低，氮肥的平均利用率为30%-35%，磷肥为10%~20%，氮、磷流失的途径主要是淋溶，造成的环境问题除土壤性质和肥力下降外，最突出的是农业面源污染造成的水体富营养。根据调查，1998年7大水系及太湖、滇池、巢湖等水体中，有63.1%的河段水质属于 V类以下，其中37.7%属于劣V1类，2000年全国湖泊富营养化比例为51.2%，其中41.2%的湖泊严重营养化，大型湖泊和城市湖泊污染较为严重 ，2010年情况依然不容乐观，七大水系中的 V类水质占40.1%，重点湖泊、水库 V类以上水质达到77%，主要污染物为氮、磷。
根据中国国家环保局对太湖、滇池、巢湖和三峡库区等流域的调查，工业废水对湖泊水体中总氮、总磷的贡献只有10%~16%，而造成水体富营养化的主要原因是农田氮磷流失。甚至中国许多水域农业非点源污染的影响已经远远超过点源污染。
本研究主要包括以下方面：
河套灌区春、秋灌退水水体中COD含量及迁移特性
根据引排水量与化学需氧量年内动态特征，通过水文分割，从河套灌区春、秋季不同时期浇灌中，分析COD含量，了解河套灌区农业面源中COD变化规律并推断原因。通过统计学分析，对河套灌区COD输入量进行分析，判断农业生产等因素对河套灌区农业面源污染的影响程度。
河套灌区非点源占总污染比重 总结并分析有机污染出现原因
河套灌区总排干沟渠的污染负荷包括点源和非点源两部分，点源主要为工业废水和城镇生活污水，非点源主要为农田排水。根据水文学原理，根据点源污染与非点源污染的形成与运移规律，以排水沟“年内点源排放相对稳定，农田面源集中在灌溉期”为特征，通过排水沟“基流”推求点源负荷，但由于缺乏监测数据，不能直接求得非点源源污染物负荷，却可以通过排水沟总负荷减点源污染负荷间接求得。
具体可按以下方式计算排水沟总负荷、点源和非点源污染负荷。 所采用的公式各变量含义分别为：
WT、Wu、W_g表示排水沟污染的总负荷、点源污染的负荷、非点源污染负荷； C(t)和Cu(t)，分别表示在 t时刻，排水沟污染物浓度和“基流”中的污染物浓度；
Q(t)和Qu(t)分别表示t时刻排水沟流量和“基流”流量m3/s，用于计算时段的起始和结束时间。
在排水沟无连续水质、流量同步监测数据的情况下，需要对式（3）进行离散化处理，即将污染物的排放时间划分为若干区间，计算每个区间内的污染负荷，并最后代数叠加的，此次将对污染物的全年排放情况进行分月处理，共12个月。
故非点源污染负荷近似可表示为：
所采用的公式中：?ti为对应月份的时间，s、n全年月份与月份数，即n=12，C(i)、C_u(i)?分别表示第i月排水沟内污染物平均浓度和“基流”内污染物的平均浓度，Q(i)、Q_U(i)分别为代表第\\ i月排水管的月均流量和“基流”的月平均流量。
《2017年总排干红站前池断面水质汇总表》 《2011-2013河套灌区引水量统计表》 《2011-2013红站排水量》
河套灌区（图2 1）的主体是后套平原，主要分布于内蒙古自治区巴彦淖尔盟南部，西接乌兰布和沙漠，东接包头市郊区，南接黄河，北接阴山。灌区总土地总面积119×104 hm2，灌溉面积87万 hm2，年平均降水量130~215 mm，年平均蒸发量2100~2300 mm，无霜期135~150 d，土壤冰冻期120d 。灌区内有大小湖泊208个，其中乌梁素海面积最大，达293 {\\rm km}^2，是河套地区洪水和灌溉退水的主要容泄区。
图2 1 内蒙古河套灌区位置图
河套灌区的灌排系统分七级，灌溉系统有总干渠、干渠、分干渠、支渠、斗渠、农渠和毛渠，其中总干渠1条，干渠13条，分干渠48条，支渠372条，斗、农、
毛渠共计8.6万多条；排水系统与灌溉系统对应，包括总排干沟、分干沟、支沟、
斗沟、农沟和毛沟，其中总排干沟1条，干沟12条，分干沟59条，支、斗、农、毛沟1.7万多条。目前有各类灌排工程13.2万处。水的流量在各个层次上都是通过闸门控制的，可以人工调节。
图2 2 河套灌区排水渠系与乌梁素海、黄河位置关系示意图。
总排干沟排水主要是农田退水，其次是工业废水和生活污水，河套灌区农田退水经总排干沟汇入乌梁素海后，由西山口排入黄河。
图2 3河套地区路面水循环路径
河套平原地势低凹，地下水流出不畅，多年引黄河水灌溉，地下水位较高。因地处干旱半干旱沙漠地带，降水少，蒸发量大，且多采用大水漫灌灌溉方式，致使面源污染严重，通过地下水渗入黄河，造成河流水体污染。非点源污染是指在降雨和径流冲刷作用下，溶解性或固体污染物流入受纳水体造成的水体污染。众多的国内外研究表明，相对点源污染而言，非点源污染对营养盐类氮、磷的贡献较大，甚至占据优势。
本研究以河套灌区为调查对象，结合当地的实际情况和农村农业面源污染的特点进行分析，为非点源污染治理、水污染控制、农村生态环境治理等提供参考依据。
引排水量年内动态特征
从2011年到2013年，图3 1显示了总排干沟红站断面和灌区多年平均月排水量的年内动态。此年引水量变化较好地揭示了河套灌区4~11月的灌溉规律（包括夏灌、秋灌、秋浇），而非灌溉期则从12月至翌年3月。排水作为灌溉后的水运动过程，其变化既与引水灌溉过程相一致，又滞后于引水灌溉进程，这是由于灌区从引水到排水要经历渠道、农田和地下的径流过程，因此在划分排渠流量和污染负荷时，应充分考虑这一点。每年4月中上旬河套灌区引水进行夏灌，排水沟大量排放农田排水则可能要推迟到5月，秋季浇灌在每年11月10日前结束，12月故仍会接纳大量上游排水，图3-1还显示12月份相比1~4月份排水量较大，可能仍有来自农田的排水。为此，本文考虑了排水沟接纳农田排灌的数量，以每12月份按灌溉期处理，将4月份按非灌溉期处理，从而根基于排水沟的“灌溉期”为5~12月，“非灌溉期”为1~4月。
图3 1 2011~2013年均引水排水量变化曲线 化学需氧量年内动态
河套灌区总排干沟农业非点源
