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《平原河網地區農田面源污染監測技術指南(試行)》編制說明

2023-02-15 10:11:42 點將科技 1653

《平原河網地區農田面源污染監測技術指南(試行)》

 編制說明

1 編制背景

      推進農業面源污染防治是實現農業綠色發展、確保糧食安全的有效途徑與根本措施,是實施鄉村振興戰略、改善農業農村生態環境的重要工作內容。與工業和城市污染相比,農業面源污染來源多、分布廣、影響面大,又具有一定的累積效應和滯后效應;同時農業面源污染治理起步晚、投入少、歷史欠賬多,一直是環境污染治理工作的短板。第二次全國污染源普查結果顯示,本市農業源主要水污染物化學需氧量、總磷和總氮排放總量均顯著下降,但在養殖業規模不斷縮減和治理不斷推進的情況下,種植業面源污染對水環境的影響程度逐步凸顯,進一步提高面源污染管理的針對性、科學性、有效性是非常重要的工作內容。

      近年來,黨中央、國務院高度重視農業面源污染防治工作,習近平總書記強調,要以釘釘子精神推進農業面源污染防治202111月,中共中央、國務院印發《關于深入打好污染防治攻堅戰的意見》,明確了深入打好污染防治攻堅戰的宏觀戰略、行動目標、重點任務和具體策略;202112月,生態環境部等7部委聯合印發《十四五土壤、地下水和農村生態環境保護規劃》,強調要推進農業面源污染治理和監督指導;20221月,生態環境部、農業農村部等五部門聯合印發《農業農村污染治理攻堅戰行動方案(2021-2025年)》,提出要持續推進農村人居環境整治提升和農業面源污染防治。20221月,推動長江經濟帶發展領導小組辦公室印發《十四五長江經濟帶農業面源污染綜合治理實施方案》,要求必須堅持突出重點、整縣推進、多方參與、系統治理的指導方針,開展長江經濟帶農業面源污染綜合治理。對應國家要求,上海市相繼出臺了《關于深入打好污染防治攻堅戰邁向建設美麗上海新征程的實施意見》以及《上海市生態環境保護十四五規劃》、《上海市鄉村振興十四五規劃》、《上海市水系統治理十四五規劃》、《上海市農業農村污染治理攻堅戰行動計劃實施方案(2021-2025 年)》等一系列文件,把農業面源污染防治作為一項系統性工程來抓,完善產業鏈融合綠色發展的機制與政策,促進系統升級,實現全鏈條污染防控與減排,推動綠色生產、生活與生態環境保護的協同發展。


2 指南編制的必要性和意義

2.1 指南編制必要性

      上海地處長江入海口、太湖流域東緣,屬于典型的平原河網地區,河網密布縱橫交錯,水力坡度平緩,水動力嚴重不足,水體自凈能力較弱;同時受潮汐影響水流往復回蕩,水文條件較為復雜。長江經濟帶是我國重要的糧油、畜禽和水產品等主產區,氣候溫暖,復種指數高,化肥、農藥施用量高于全國平均水平。降雨產流是農業面源污染排放的主要驅動力,是面源污染負荷產生的動力和輸移載體。在工業、生活源污染問題逐步得到控制的情況下,加快推進本市農業面源污染治理已成為河道水質改善、水生態環境修復、推動農業高質量發展的迫切要求。

      平原河網地區通常以圩區作為水利管理單元,圩區內農田、水系錯綜復雜,水位(水流)受到潮汐作用、泵閘排灌以及降雨產流等多重影響,農田排水入河方式多樣,影響過程尤為復雜,現有的水質監測規范體系尚無法充分滿足農業面源溯源與追溯污染區域責任主體、厘清責任的需要。根據國家《農業面源污染治理與監督指導實施方案(試行)》和《全國農業面源污染監測評估實施方案(2022-2025 年)》有關要求,須結合平原河網地區獨特的地理環境和水文水質特征,制定農業面源污染環境監測技術規范,加強農業污染源、入水體污染物濃度與流量監測、受納水體和流量監測。


2.2 指南編制意義

      編制并發布《平原河網地區農田面源污染監測技術指南(試行)》,有利于補齊同類地區在農業面源污染監測領域的技術短板,完善農業面源污染監測與評估體系,形成科學化、規范化的監測技術路徑。持續開展農田面源污染監測,系統摸清農業面源污染排放特征和遷移轉化過程,有助于抓住重污染風險區域,對污染源和遷移過程的關鍵影響因素進行識別,提出分區分類治理措施,為農業面源污染負荷評估和治理績效考評提供有力的數據支撐。本指南聚焦平原河網地區地勢平坦、水系發達、河流相互貫通呈網絡狀的特征,發揮在長三角一體化示范區技術引領、示范推廣的作用,為國內其它類似地區農田面源污染監測工作提供參考借鑒。


3 編制過程

3.1 現狀情況調查

3.1.1 農田空間分布及及地地貌分異特征

      根據第三次全國國土調查數據,上海市耕地面積約 243 萬萬畝,其中水田1182.4 萬畝,占比 75.1%;水澆地 60.5 萬畝,占比 24.9%。全市 92.1%的耕地分布在崇明區、浦東新區、金山區、奉賢區、青浦區、松江區,,99.93%的耕地位于 2%坡度以下。上海屬長江三角洲沖積平原,陸域以古海岸線“岡身線”和長江分界,形成特征鮮明的西部湖沼平原、東部濱海平原、崇明沙島平原等三種截然不同的地貌類型。西部湖沼平原(嘉定、青浦、松江、金山等區)成陸時間較久,大小河道縱橫、水網密布,呈現出沿密集水網分布的的高密度聚落特征,屬典型的的江南水鄉地貌。東部濱海平原(寶山、浦東、奉賢)等區伴隨著先民的的生產與生活逐步拓展成陸,水塘散布、河渠縱橫、水網密度不高,鄉村聚落沿水塘集中分布。崇明沙島平原(即崇明、長興、橫沙三島)作為長江河口沖積島,地勢平坦,圍圍墾大堤圈層式向外擴張,地貌呈現典型江海交匯處的生態濕地景觀及開闊平坦的萬畝良田景觀。

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1 上海市水利分區圖

3.1.2 農田面源污染入河類型

      本市地形地貌及農田水利管理模式的差異性決定了不同區域農田面源污染入河過程也顯著不同。經編制組調查梳理,本市農田面源污染入河方式主要分為三種:1)直接入河。如崇明區等地,由于農田面積較大,地勢較平,為保證排水通暢,時常將周邊河道直接作為排水溝,導致農田面源污染直接入河;2)溝渠入河。如金山區、奉賢區等地,農田面積相對較小,農田排水一般經過排水溝再入河;3)泵閘控制。如青浦區等地,由于地勢低洼,通常以圩中圩的形式進行農田水利管理,農田面源污染入河過程時常受到水閘、泵站的控制。

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  2 上海市農田徑流入河過程分類

3.2 關鍵問題分析

3.2.1 劃定監測邊界

      上海屬于太湖流域下游平原河網地區,地勢低平,一般以圩區作為水利管理單元,通過控制泵閘進行水利調度,圩區內水位(水流)受到潮汐作用、泵閘排灌以及地表徑流等多重影響。考慮到本市以及類似平原河網地區水系、農田交錯,對流域的界定尚不清晰,需要考慮平原河網地區的特點對監測對象進行科學界定。上海農田水利管理一般以灌區為最小管理單元,經調查目前上海市單個灌區面積基本為 100-500 畝左右,面積達 1000 畝以上的灌區主要分布在崇明等地。

3.2.2 識別水文條件

      農田面源污染物產生和遷移的過程,除了受降雨、灌溉產流驅動外,潮汐作用、圩區排灌引起河道水位變化,亦產生顯著影響。因此,平原河網地區農田排水沒有顯著的自流特征:在河道水位較低時,農田面源污染物在徑流等驅動下遷移進入河道;當河道水位抬升后,則有可能發生倒灌(回灌)現象,河水直接進入農田排水溝中。在非汛期,潮汐作用成為圩區水位變化與水流流動的主導因素;在汛期,還經常出現上游來水、本地降雨和下游強潮頂托的三碰頭情形,圩區內河道水位變化與水流流動情況復雜,導致面源污染遷移及對水環境影響過程尤為復雜,監測難度較大。

3.2.3 測算污染負荷

      農田面源排放特征具有隨機性、季節性、突發性,以及一定的滯后性。農業農村部門長期以來的農田面源污染監測主要應用于田間尺度污染物排放量的科學測算,尚不能直接用于農業面源污染入河負荷評估與監管。目前農田面源污染監測主要采用徑流池的方式進行,相關監測涉及的工程量較大且耗費人工,無法滿足田間原位監測要求、反映真實反映入河過程,難以為農田面源污染監督管理提供依據。


3.3 開展試點監測

      編制組考慮在全市以及長三角地區試點示范的意義,結合水利片區和農作模式劃分,分別在青浦區(長三角一體化示范區,具備太湖流域典型湖沼平原特征)、崇明區(世界級生態島,長江口沖積三角洲平原)以及金山區(創建國家生態文明建設示范區,濱海平原),按照種植規模較大、責任主體明確、入河過程清晰的原則,選擇三個代表種植生產特征的試點區域開展監測評估工作。

      崇明試點區域:根據崇明世界級生態島建設要求,針對崇明農田地塊較大、入河排污口界限相對較為清晰的特點,選擇典型生產企業/園區為責任主體,試點以灌區為單元開展面源污染產生、入河全過程監測評估,結合實時動態的監測監控手段,開展肥料養分精準施用、農田退水口規范整治、受納水體水質監控預警為一體的面源污染綜合防控體系集成與示范。

      青浦試點區域:選擇長三角一體化示范區內的青西地區,根據其地勢低洼、以圩區為水利管理單元的特點,從水質水文協同監測為出發點,開展圩區面源污染開展種植業面源污染監測評估,掌握區域面源污染負荷發生特征,并結合青浦種植特點,從農田-水環境協同治理與養分循環的角度,輔以圩區退水口規范整治技術,開展源頭防控、生態攔截及受納水體治理為一體的面源污染綜合防控體系集成與示范。

      金山試點區域:圍繞國家生態文明建設示范區創建要求,針對金山濱海平原地形特征及田塊面積較崇明偏小、農田排水通過溝渠入河的特征,以典型灌溉區為單元,在監測試點的基礎上,根據金山區典型種植結構,進一步試點源頭防控措施、農田退水口規范整治、受納水體水質監控預警為一體的面源污染綜合防控體系集成與示范。

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3 試點監測區域示意圖

3.4 排放特征

      編制組通過近 3 年的研究,形成的本市農田面源污染排放主要結論如下:

       1)上海市農田面源污染輸出負荷量分析:降雨、施肥和灌溉事件是農田氮磷流失的主要驅動因子。水田降雨產流約占總徑流量的 70%,灌溉產流約占30%降雨產流貢獻了約 68%的總磷負荷和 36%的總氮負荷。水田和旱地產流的磷流失均以顆粒態磷為主,旱地單次降雨產流的氮、磷輸出負荷高于水田。

       2)上海市農田面源污染輸出負荷變化特征分析:汛期降雨后 1 天內(以產流開始后的前 4 h 為主)農田排水的流量和氮磷濃度會出現峰值,負荷呈脈沖式輸出,有必要采取先密后疏的水樣采集模式以充分捕捉脈沖式輸出期間的真實面源污染負荷,提高負荷評估精準度。

       3)郊區河道水質特征及變化原因分析:農村地區河道總磷濃度與降雨強度有較好的線性回歸關系,汛期高的降雨強度是水體總磷升高的主要驅動因子;7

8 月份氨氮含量升高與降雨密切相關;1 月、12 月氨氮有顯著提高,可能與低溫時期氨氣揮發、硝化過程較慢有關;溶解氧變化原因分析:溫度是引起郊區河道溶解氧 5 月份開始大面積超標的主導因子。


3.5 采樣方法評估

      編制組廣泛查閱了有關農業面源污染監測的國內外文獻,總結了其發展脈絡及趨勢。農業面源污染監測從傳統的人工采樣,到采樣器自動采樣代替人工,再到水質原位自動監測探頭的出現,以及未來 5G、物聯網、大數據、人工智能新等技術愈發廣泛的綜合應用,更多的監測技術手段將為農業面源污染入河負荷監測評估提供了有力的工具和可行的選擇。

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  4 農業面源污染監測發展脈絡及趨勢

      在試點監測過程中,編制組建立了以流量自動監測、水質自動采樣為核心的農田地表徑流面源污染監測體系(圖 5),并對比分析了人工采樣、自動采樣和在線自動監測的應用實際效果。在此基礎上,充分考慮到平原河網地區(特別是汛期)的水文水質特點,以及采樣設備建設和運行維護的成本,建議有條件的地區優先選擇自動采樣的方法。農田面源污染監測方法的特點分析及優缺點對比詳見表 1

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5 自動采樣儀器設備實際應用情況

4 基本原則和技術路線

4.1 基本原則

4.1.1 邊界清晰原則

      在監測區域選取上,應當優先選用邊界較為明確、排水出路相對固定的農田,可優先選取高標準建設農田,必要情況下可對現有農田適當進行改造,歸并不必要的臨時田間排口、農田排放口,使排水路徑更為規整,進一步明晰監測邊界。

4.1.2 協同監測原則

      農田面源污染排放負荷測算取決于水文和水質的監測精度,以及協同監測和計算的科學合理性。采用水文在線高頻自動監測的方法可以充分捕捉農田地表徑流的完整變化過程;采用水質自動采樣,通過合理設置采樣時間/流量間隔,大部分情況下可以滿足單次徑流農田面源污染負荷測算的精度要求。

4.1.3 經濟可行原則

      綜合考慮監測范圍、監測設備、監測頻次等要素,兼顧建設成本和運行維護成本,提出以具有代表性的農田排放口對應的種植區域劃定為監測單元。同時,提供了自動采樣和人工采樣兩種模式,在滿足監測條件的基礎上,確保監測成本可控,監測成效顯著。


4.2 技術路線

      本指南編制和規定的技術路線,本著服務于國家《農業面源污染治理與監督指導實施方案(試行)》和《全國農業面源污染監測評估實施方案(2022- 2025年)》,服務于本市層面農田面源污染監測管理,指導有條件的地區在水環境敏感地區、主要農業種植區選擇農田灌區/圩區或集中連片種植區開展農田面源污染長期跟蹤監測,試點建立包括污染源、空間傳輸過程、農田排放口以排放負荷、產排污系數為主的水文、水質同步監測體系。


4.3 與現行相關技術規范的關系

       2 重點對現行的農業面源污染監測技術規范/指南進行了對比分析。我國在農業面源污染監測標準化方面的工作尚處于起步階段,已出臺的與農田面源污染監測相關的各類標準規范和技術指南在監測尺度上大多聚焦流域和農田(田塊)尺度監測,主要以徑流池/滲濾池監測方式為主,無法解析農業面源污染發生及向下游水體遷移的動態過程,對于平原河網地區并不適用。

5 主要技術內容及說明

5.1 適用范圍

 為更好地指導農田面源污染監測工作,本指南規定了平原河網地區農田面源污染監測的區域選取、單元劃定、點位布設、監測指標與方法、面源污染負荷與排放系數計算等基本內容,可為農田面源污染監督管理工作提供技術支持。

 本指南適用于平原河網地區水田、露天旱地通過地表徑流途徑發生的面源污染入河負荷的監測,不適用于農田排放口位置和數量不清晰的農田區域,不適用于農田排放口排放的污染物并非以農田面源污染為主要污染源的情況。

5.2 規范性引用文件

 本指南引用了下列文件或其中的條款,下列文件對于本指南的應用是必不可少的。其中,注日期的引用文件,僅該日期對應的版本適用于本指南。不注明日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改單)適用于本指南。

 GB/T 50138 水位觀測標準

 HJ 493 水質樣品的保存和管理技術規定

 HJ 494 水質采樣技術指導

 HJ 91.2 地表水環境質量監測技術規范

 HJ/T 372 水質自動采樣器技術要求及檢測方法

 SL 337 聲學多普勒流量測驗規范

 SL 537 水工建筑物與堰槽測流規范

5.3 術語和定義

本部分為執行本指南制定的專門術語和容易引起歧義的名詞及其定義。

5.3.1 平原河網地區

 河網密布、水系縱橫交錯,地勢低洼平坦、原生水動力不足,常通過水利工程措施進行水利調度的地區。

 本定義參考了以下文件:

 1)《農業面源污染綜合防控技術規范第 1 部分:平原水網區》(NY/T 3821.1-2020)中關于平原水網區的描述:地勢平坦寬廣、起伏較小,降水充沛,河、湖水系密布水流方向復雜的區域。

 2)《平原水網區農業面源污染綜合防控技術通則(征求意見稿)》中關于

平原水網區的描述:海拔高度在 200 米以下,以長江中下游、珠江三角洲等為代表的,與農業生產和農村生活相關,地勢低平寬廣,河、湖水系發達,水流方向復雜,地表徑流系數小,水流遲緩,地下水位高;居民區集中,人類活動頻繁,生產規模化、集約化,經濟發達,水質敏感的地區。

5.3.2 農田面源污染

 在降雨或灌溉水等因素驅動作用下,農田中的氮、磷等污染物通過地表徑流等途徑向受納水體遷移,對生態環境造成的污染。

 本定義參考了以下文件:

 《農田面源污染監測技術規范》(農科辦〔201420 號)中關于農田面源污染的描述:借助降水、灌水或冰雪融水使農田土壤表面或土體中的氮、磷等水污染物向地表水或地下水遷移的過程,是地表水富營養化或地下水硝酸鹽污染的重要原因之一。

 《流域農業面源污染監測技術規范》(NY/T 3824-2020)中關于農業面源污染的描述:在農業生產和農村生活區域,氮、磷等營養鹽受水力驅動以隨機、分散、無組織方式進入受納水體引起的水質惡化。

5.3.3 灌排區

 具有一定保證率的水源,有統一的管理主體,由完整的灌溉和排水工程系統控制的農田區域。

 本定義參考了以下文件:

 《農村水利技術術語》(SL 56-2013)中關于灌區的描述:具有一定保證率的水源,有統一的管理主體,由完整的灌溉排水工程系統控制及其保護的區域。

5.3.4 灌溉取水口

 為滿足農作物生長需要,經人為輸送,直接或通過渠道、管道農田供水的取水口。

 本定義參考了以下文件:

 《農田灌溉水質標準》(GB 5084-2021)中關于農田灌溉用水的描述:為滿足農作物生長需要,經人為輸送,直接或通過渠道、管道供給農田的水。

5.3.5 農田排放口

 在河道兩側設置的,通過農田排水系統將農田面源污染物最終排入周邊河道的排放口。

 本定義參考了以下文件:

 《灌溉與排水工程設計標準》(GB 50288-2018)中關于農田排水的描述:將農田中過多的地表水、土壤水和地下水排除,改善土壤的水、肥、氣、熱關系,以利于作物生長的人工措施。

 《灌溉與排水工程設計標準》(GB 50288-2018)中關于排水系統的描述:排除農田、林地、草地中多余的地表水、地下水和土壤水的各級排水溝、管、水閘和泵站等建筑物的總稱。

5.3.6 入河負荷

 通過農田排放口排入河道的農田面源污染物的量。

5.3.7 排放系數

 單位時間內單位面積農田通過農田排放口排入河道的農田面源污染物的量。

 本定義參考了以下文件:

 《農田面源污染監測技術規范》(農科辦〔201420 號)中關于排放通量的描述:單位時間、單位面積農田通過地表徑流或地下淋溶途徑向周邊環境排出的氮、磷等面源污染物總量。

5.3.8 自動采樣

 水質自動采樣器按預先設定的采樣模式自動采集水樣的過程。

 本定義參考了以下文件:

 《水質自動采樣器技術要求及檢測方法》(HJ/T 372-2007)中關于自動采樣的描述:水質自動采樣器按預定設置的采樣模式,自動采集水樣,直至定量注入采樣瓶,最后將多余或滯留的水樣排走及清洗管路的全過程。

 《水質自動采樣器技術要求及檢測方法》(HJ/T 372-2007)中關于在線采樣的描述:將采樣裝置正確安裝在采樣點處,按預定設計的采樣模式,對采

樣點監控的水質進行全過程的、動態的水樣采集的工作方式。

5.4 監測區域選取與點位布設

5.4.1 監測區域選取

 選取監測區域應以主要從事農業生產活動、農田面源污染問題較為突出的區域為重點,選擇相對獨立或封閉的單個灌排區,或集中連片的灌排區。

 監測區域內應基本無農村生活污水、垃圾、養殖等其他污染源排放影響,即農田排放口的污染物入河負荷主要來源于農田面源污染排放。

5.4.2 監測單元劃定

 在監測區域內可進一步劃定監測單元,監測單元應能夠實現獨立灌排,灌溉取水口和農田排放口位置固定,排水路徑及其上下游水力聯系明確。監測區域確定后,應對監測區域內灌溉模式(包括灌溉取水口數量和分布)、排水路徑(包括農田排放口數量和分布)以及主要種植類型、施肥特征等情況開展調查。在充分調查基礎上,根據監測目標導向選擇具有代表性的農田區域劃定為監測單位(面積較小的監測區域可整體劃定為監測單元)。

 例如,以河道水質斷面超標原因分析為監測目標的,可重點排查超標斷面周邊農田排放口,以農田排放口對應的農田區域劃定為監測單位,評估農田面源污染排放與河道水質超標產生關聯的可能性;以農田面源污染入河負荷測算為監測目標的,可結合種植類型和面積分布、施肥模式、灌溉制度等,選擇具有代表性的農田區域劃定為監測單元,評估整個監測區域面源污染排放強度。

5.4.3 監測點位布設

 按照灌排區內灌溉取水口田間排口農田排放口河道的農田面源污染輸出路徑,重點關注灌排區的進、出水狀況,在灌溉取水口和農田排放口合理設置監測點位。如農田排放口數量較多,從監測成本控制的角度考慮,不必在監測單元內所有的農田排放口均設置監測點位。可針對各個農田排放口對應的農田區域事先開展現場調查,考慮選擇部分農田排放口設置監測點位,其對應的總農田面積應達到監測單元農田面積的 50%以上。

 在確定具體監測點位時,應著重考慮如下要求:農田排放口對應的農田的種植類型與監測區域整體相近、農業生產管理水平(如化肥施用方式和施用量等)處于監測單元平均水平、灌溉方式與監測單元基本一致。有條件的情況下,

可以考慮在農田排放口對應河道設置對照斷面(河道中農田排放口的上游)和控制斷面(河道中農田排放口的下游)。


5.5 監測方法

5.5.1 監測周期

 農田面源污染排放系數測算一般以自然年為計算周期,故本指南規定監測周期應包含至少 1 個完整自然年。流量監測應覆蓋整個監測周期;水質監測應針對產流事件進行,汛期(每年 5 月至 9 月)適當增加降雨產流事件監測頻次,水田的灌溉高峰期適當增加灌溉產流事件監測頻次。盡可能選取雨量較大、產流量較大的降雨事件開展水質監測。水田的灌溉高峰期一般在水稻生育初期和中期,如 6 月開始種植的晚稻的灌溉高峰期一般為 6-8 月。


5.5.2 流量監測

 本指南要求排口監測點位的流量/水位監測應采用在線自動監測設備,通過在排口監測點位布設監測探頭實現對流量/水位數據的實時自動記錄。受前期田間水文狀況等的影響,降雨或灌溉后的農田排放口產流事件一般具有一定的滯后性和不確定性,且汛期降雨量較大或和灌溉高峰期農田灌溉量較大的情況下農田排放口產流的脈沖式輸出現象(徑流量陡升陡降)。本指南要求監測時間間隔不大于 10 min,可實現監測周期內農田排放口排水量的精準測算,亦便于對產流事件的起止時間進行快速識別。

 農田排放口所在的農田排水溝過水斷面尺寸較小的,可采用水位-流量法測定流量,如三角堰、巴歇爾槽等(具體參見 SL 537 GB/T 50138)。農田排放口所在的農田排水溝斷面尺寸及日常排水流量較大、不便于開挖三角堰等構筑物的,應采用流速-面積法測定流量(具體參見 SL 337)。

 應特別注意,由于平原河網地區汛期降雨量一般較大,為便于排澇、控制土壤墑情,田間經常開挖畦溝,三角堰堰口安裝高程應低于在畦溝底部高程,避免造成農田內部積水。同時,應結合實際排水流量的范圍確定三角堰的堰口高度,避免大流量排水情況下排水水流液面淹沒三角堰堰頂。


5.5.3 水質監測

5.5.3.1 采樣時段

 由于本指南旨在對農田面源污染入河負荷進行監測,故規定在排口監測點位產流事件發生期間在排口監測點位和灌溉監測點位采集水樣。受產流過程的影響,農田灌溉用水中攜帶的氮磷等面源污染物從進入農田到最終通過農田排放口排放入河需要一定的時間,因此建議在排口監測點位產流事件發生初期采集灌溉水。應通過成熟的相關技術手段實現流量/水位原位自動監測數據的在線實時展示,以便于監測人員及時掌握監測點位的徑流情況。工作人員可通過采樣期間觀察現場實際情況、當面或電話咨詢當地農戶、查看當地天氣預報等方式盡可能確認每次產流事件是由降雨還是灌溉造成的。

 在農田排放口原位布設的流量/水位自動監測設備可以對產流事件進行準確識別,采用流速-面積法監測流量的,汛期、非汛期、灌溉高峰期、非灌溉高峰期的徑流流速范圍可能會有一定差別,須結合降雨、灌溉前后實測流速的范圍合理設定流速閾值,通過流速閾值科學確定產流事件的起止時間。

5.5.3.2 采樣頻次

 針對降雨事件,編制組通過 2019-2022 年的監測研究發現,農田面源污染物濃度差異較大。單次產流事件中,污染物濃度受到沖刷效應、降雨稀釋以及距離施肥時間間隔的影響,具有很高的變異性。降雨強度(單位時間降雨量)對總磷影響較大,但強降雨同時還會產生稀釋效應,特別是氨氮、硝酸鹽氮等可溶性離子,對此必須有針對性的開展高頻次監測,從而實現入河負荷的精準測算。本指南兼顧提高監測精度和成本控制的綜合要求,確定了先密后疏的采樣頻次原則,即產流初期密,產流中后期疏。前期大量試驗研究成果發現,產流初期(一般為產流開始之后 4h 內,脈沖式輸出期)水質波動非常大,而產流中后期(一般為產流開始 4h 后)氮磷濃度變化逐漸開始趨于平穩。為保障水質樣品的合理性和代表性,產流初期采用 0.5-1 h 的采樣間隔,產流中后期可采用 1-2 h 或更長的采樣間隔。實際操作過程中可結合實際情況在遵循先密后疏原則不變的基礎上對監測頻次作適當調整。

 針對灌溉事件,應在灌溉產流期間在灌溉取水口采集至少 1 次水樣。編制組前期在上海市多個種植業面源污染監測試點的監測研究結果表明,灌溉水及

灌溉產流的氮磷污染物濃度變化相對較小,故灌溉取水口和農田排放口的水樣采集頻次可以較低。

5.5.3.3 采樣方式

 水樣采集可以選用人工采樣或自動采樣兩種方式。由于產流事件具有一定的隨機性和突發性,以及農田面源污染采樣地點的偏僻性,人工采樣往往容易錯失產流時間初期的樣品。而自動采樣在這方面具有突出的技術優勢,在條件允許的情況下,排口監測點位優先采用自動采樣。

 采用自動采樣的,應結合實際監測需求設置自動采樣程序。應注意梅雨期連陰雨天氣下的采樣時間間隔設置問題,在水質自動采樣器采集滿 24 瓶水樣之前及時趕至現場,將采集到的水樣取出送至實驗室檢測,并將水質自動采樣器復位重新開始采樣。對于自動采樣取水口距離水質自動采樣器較遠、布設的采樣管線較長的情況,應合理設置抽水泵的采水時間,確保每一瓶水樣能夠采集到的水量的適中性。


5.5.4 監測指標與方法

 本指南將水質監測指標分為必測指標和選測指標,針對當前平原河網地區存在的主要水環境問題以及農田面源污染排放特征,規定了必測指標包括化學需氧量、總磷、總氮和氨氮,選測水質指標包括硝酸鹽氮和磷酸鹽。采用自動采樣的,水樣自采集完畢至實驗室分析的時間應符合檢測標準規定的要求。

 水質指標的檢測方法參照已有國家和行業標準執行,具體信息如下:

5.5.5 樣品保存與運輸

 水質自動采樣器應按照 HJ/T 372 的要求配備恒溫單元,確保采集到的水樣在水質自動采樣器內能夠在 4℃環境下保存。


5.6 面源污染負荷與排放系數計算

 本指南給出了農田面源污染入河負荷、凈入河負荷和排放系數計算方法,計算結果可反映監測區域農田面源污染排放對環境的影響程度。

 基于實測數據,面源污染負荷與排放系數計算參照如下幾個步驟:(1)計算監測單元內各排口監測點位每一次產流事件期間的地表徑流量,并對降雨產流和灌溉產流事件進行區分;(2)分別統計汛期、非汛期各排口監測點位降雨、灌溉產流事件期間的地表徑流總量,以及汛期、非汛期開展水質監測的降雨、灌溉產流事件期間的地表徑流總量;(3)計算監測單元各排口監測點位每一次開展水質監測的降雨、灌溉產流事件期間的入河負荷、凈入河負荷;(4)按照降雨、灌溉徑流量等比例放大法,計算監測單元各排口監測點位汛期、非汛期入河負荷、凈入河負荷。汛期、非汛期若未針對灌溉或降雨產流事件開展水質監測,可不區分降雨、灌溉徑流量進行等比例放大法;(5)計算監測單元和監測區域汛期、非汛期、一個自然年及整個監測周期的入河負荷、凈入河負荷和排放系數,可針對降雨、灌溉產流事件分開計算。

 農田既向河道排水,同時也從河道引水,很多情況下農田的引排水來自于同一條河道。農田雖然是污染的來源,但同樣也具有一定的類似濕地的凈化功能,水田尤其如此。因此,本指南對于灌溉事件考慮扣除灌溉水進入農田的污染物負荷,計算農田面源污染的凈入河負荷。

 根據田間水量平衡計算原理,灌溉水進入農田后,扣除蒸發蒸騰量、田間入滲水量等,通過農田排放口排入河道的農田排水一般僅占灌溉量的少部分,

使得灌溉水的污染物負荷可能大于污染物入河負荷。本指南采用監測間隔時間內通過農田排放口的水量與農田排放口、灌溉取水口水樣污染物濃度差值的乘積的加和來表征某一時間段的農田排放口的凈入河負荷。計算凈入河負荷時應首先應對灌溉產流與降雨產流進行區分,灌溉產流期間若發生降雨則視作降雨產流事件。

 本指南建議以自然年為周期計算農田面源污染入河負荷和排放系數。針對周期性分析需求,也可逐月計算入河負荷和排放系數,以便于了解農田面源污染排放強度的年內變化情況,為開展精細化的農田面源污染重點影響區域識別奠定基礎。


5.7 質量控制

5.7.1 水質自動采樣器

 水質自動采樣器的日常檢驗和監督校驗應執行 HJ/T 372 的要求,該標準規定了地表水、工業廢水和生活污水水質自動采樣器的技術性能要求和性能檢測方法,適用于水質自動采樣器的性能檢驗、選型使用和日常校核。

5.7.2 水位和流量測驗

 水位觀測的精度要求和質量控制應執行 GB/T 50138 的要求,流量測驗的精度要求和質量控制應執行 SL 537 和 SL 337 的要求。GB/T 50138 適用于河流、湖泊、水庫、人工河渠、海濱、感潮河段等水域的水位觀測;SL 537 適用于水利工程、灌區水量調度、水資源分配、引排水等渠道水量監測,適用于測站受工程及人類活動影響情況下的流量測驗,也適用于各種渠道的引水、退水、分水等水量計量監測;SL 337 規定了流量測驗最常用的聲學多普勒法的測驗要求。


6 專家意見落實情況

 在編制過程中,共征求了市生態環境局、市農業農村委及相關高校和研究機構等單位意見,共收到關于適用范圍、規范性引用文件、術語和定義、監測點位布設、監測周期、采樣頻次、面源污染負荷與排放系數計算等方面的反饋意見 30 余條,大部分采納并作了進一步修改完善。本指南制定過程無重大分歧意見。


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