基于源强和输移过程的面源污染关键源区识别技术

一、基本原理

本技术针对面源污染产生输移过程复杂、区域差异大等问题,运用景观生态学的“源-汇”理论,识别面源污染物产生“源”和阻止或延缓“汇”,筛选下垫面主要影响因子,构建最小累积阻力面,解析面源污染敏感区;结合源强和输移过程,并与溯源和负荷核算交互验证,综合研判面源污染关键源区,识别出的空间区域满足:污染发生的源强大;污染物输移的阻力小;污染源类型关键,即对断面水质产生重要影响的区域,面源产生量相对较大且易流失。

二、工艺流程

主要技术参数与流程:主要技术指标包含源类型等级划分、下垫面主要影响因子识别等,其中因子筛选及其分等定级为主要技术参数。核心流程见下图。

 

三、技术创新点及主要技术经济指标

1.技术创新点

本技术将交叉学科运用到面源污染研究中,从空间及下垫面等角度,综合考虑“源”与输移过程(敏感区),体现了面源污染发生和迁移的耦合关系,其创新性体现在:①“源”地识别方面,利用土地利用类型与实际源因子数据(化肥施用量、土壤养分含量等)叠加的方式,提高“源”地识别的客观性和准确性;②构建阻力基面(敏感区)过程中,考量了影响面源污染迁移的关键土壤因子(土壤排水能力、土壤缓冲能力等),完善不同区域阻力基面指标评价体系;③技术方法中的部分指标(比如土壤缓冲能力等)可为工程尺度设计提供直接的参数依据。

2.主要技术经济指标

本技术方法将面源污染源强及污染物输移过程统一考虑,科学识别流域/区域内面源关键源区,可实现监测、减排和生态拦截资源的优化配置。对于识别出的“源”地,实施种植业源头减量,可减少化肥等农业投入品的浪费,降低农户生产成本,提高养分利用效率和作物产出效益,从而提升投入产出比和农业收益。通过精准锁定高风险区域,可显著减少低风险区的防控投入,降低人力、物力和财力成本;并通过优化生态治理工程选址,实现环境与经济效益的双重提升。该技术适用于监测重点划定、源头减排策略制定及生态工程布局,为区域水环境保护和农业可持续发展提供有力支撑。技术的直接应用成本较低,包括资料收集或购买、现场周期性近源小水体及土壤采样检测等。

3.技术适用范围

本技术应用可分为两个层次,一是可以在流域或小流域范围内应用,但应注意资料收集的全面性及实测数据的季节性;二是利用本技术中的某些实测指标,例如土壤排水能力、土壤缓冲能力等,在工程尺度上进行差异化分析,作为工程建设的依据之一。

四、技术来源及知识产权概况

4.1 专利

(1)一种基于土壤缓冲能力的评估方法及系统(已授权)202510458408.1

(2)一种种植业面源污染风险空间格局识别方法、装置、设备、介质及产品(实审)202411471422.7

4.2 论文

(1)Wang J, Fu Z, Qiao H, Bi Y, Liu F*. Identifying the spatial risk patterns of agricultural non-point source pollution in a basin of the upper Yangtze River. Agronomy. 2023, 13: 2776.

(2)王俊力, 付子轼, 乔红霞, 毕玉翠, 刘福兴*. 河套灌区种植业面源污染风险空间格局识别——以内蒙古巴彦淖尔五原县为例. 环境工程技术学报. 2025, 15(3): 1-9.

4.3 软件著作权

(1)农田面源污染有限空间智能识策系统. 2023SR0973706.

(2)种植业面源污染风险识别系统. 2024SR1502678.

五、技术在示范工程应用概况

1. 重庆永川临江河流域(长江流域丘陵山区)

永川临江河流域(长江流域丘陵山区)主要特征:临江河流域地形起伏大、径流排放路径相对清晰,但汇流时间短;降雨主要集中在夏季;种植结构主要以水稻、小麦、玉米、高粱、大豆等为主,其中水稻、玉米及蔬菜占比较高;农业面源污染是该流域水体污染的主要问题。氮和磷是主要面源污染物,来源包括种植业、畜禽养殖、水产养殖和土壤侵蚀等,该流域可代表长江丘陵山区面源的典型特征。本技术已完成了初步的面源关键源区识别,目前正结合近源小水体周期性取样检测结果进行进一步整合,以识别优先管控区域。

2. 常州市(长江流域平原河网区)

江苏常州市(长江流域平原河网区)主要特征:平原、圩区为主,河网密布且为往复流,面源迁移路径多样;种植业以稻麦轮作为主,在两湖区域内分布有花卉、苗木、草坪等,西部分布有茶园、果园等;降雨集中在稻季,农业面源是主要面源类型,该区域可代表长江平原河网区面源的典型特征。本技术已完成了初步的面源关键源区识别,本年度在稻季退水周期内,再进行近源小水体取样,并进一步进行整合与识别。

3. 巴彦淖尔五原县(黄河大型灌区)

巴彦淖尔五原县(黄河大型灌区)主要特征:面源污染物排放受人工灌溉影响大,灌排系统界线清晰;种植业主要以小麦、玉米、向日葵为主,降雨量较少,集中在夏季;种植业面源污染是主要的污染类型,该流域可代表黄河灌区面源的典型特征。目前本技术已完成关键源区初步识别。