面源污染，即非点源污染(Non-point source pollution)，是指溶解的或固体的污染物从非特定地点，在降水(或融雪)冲刷作用下，通过径流过程汇入收纳水体并引起水体污染^[1]。随着工业点源污染得到较好的控制和治理，面源污染对水体的影响日益凸显，成为水环境污染的重要原因之一。目前全球已有30%~50%的地表水体受到面源污染的影响^[2]，美国的面源污染占污染总量的67%^[3]。我国面源污染同样形势严峻，尤其以人口密度高、工农业发展迅速的太湖流域为代表。据统计，太湖流域63%的化学需氧量(COD)水环境容量被面源污染负荷占据，此外，进入太湖的污染负荷中，83%的总氮(TN)和84%的总磷(TP)来源于面源污染^[4]。由于面源污染分布范围广、控制难度大，做好太湖流域面源污染解析工作至关重要。

太湖流域村镇工业发达，致使流域内大片地区兼具农村和工业区特征，以农业生产为基础同时进行一定规模的工业生产，且工业生产企业通常呈散落分布，此类区域称为厂村融合区。有研究指出工业区的地表径流中含有大量污染物，是面源污染的重要来源之一^[5-6]。而早期太湖流域面源污染研究主要集中在以流域为主体的农业面源污染负荷核算和分析上，缺乏对分散式厂区面源污染贡献的考量以及厂村融合区工农业复合面源污染的特征分析。

现选取太湖流域典型厂村融合区——位于武进港小流域内的礼嘉、洛阳、雪堰3镇为研究对象，应用排污系数法对该区域内的复合面源(农村生活污水、种植业、畜禽养殖、水产养殖、厂区面源)污染负荷量进行估算，通过地理信息系统(GIS)对污染物空间分布特征进行分析，利用等标污染负荷对污染特征和优先控制区域进行评估，并采用聚类分析法对复合面源污染类型进行系统解析，以期为太湖流域广大厂村融合区复合面源污染研究提供参考，为流域面源污染综合治理提供依据和指导。

1 研究方法 1.1 研究区概况

礼嘉、洛阳、雪堰3镇位于常州市武进区中心城区东南部，处于太湖北岸武进港小流域内，其中洛阳镇和雪堰镇东接无锡，南濒太湖，地理位置见图 1。3镇面积共218.1 km²，镇域内水系交错、人口较稠密。近年来各镇加快转型升级步伐，大力发展村镇工业企业，此外，各镇不断推进发展现代农业，葡萄、水蜜桃等农产品具有一定市场优势。3镇面积、人口、经济情况见表 1。

1.2 研究方法 1.2.1 实地调研

结合2017年全国污染源普查工作，对常州市武进区礼嘉、洛阳、雪堰3镇农村居民、种植业、畜禽养殖、水产养殖和农村工业企业规模现状进行调查。

1.2.2 污染物负荷估算方法

依据《太湖流域主要入湖河流水环境综合整治规划编制技术规范》^[7]，利用排污系数法对农村生活污水、畜禽养殖、种植业、水产养殖以及厂区面源产生的COD、氨氮(NH₃-N)、TN、TP负荷量进行估算，具体公式如下：

$ {W_i} = {N_i} \times {\alpha _i} \times {\beta _i} $

(1)

式中：W——污染物负荷量；

N——污染源数量，指人口数、畜禽养殖量、农田面积、水产养殖面积或厂区降雨量(即厂区面积×单位时间降雨量^[8])；

α——排污系数；

β——入河系数；

i——第i种污染源。

各类污染源排污系数(α)和入河系数(β)见表 2。

1.2.3 污染负荷评价方法

采用等标污染负荷来综合评价不同污染物或污染源对环境潜在污染能力的大小，将不同污染物或污染源在同一尺度上进行比较，以确定主要污染物或污染源^[13]。某污染物的等标污染负荷是指把该污染物的排放量稀释到相应排放标准时所需的介质量，计算公式如下^[13]：

$ {P_i} = \frac{{{Q_i}}}{{{C_{oi}}}} \times {10^{ - 6}} $

(2)

$ {K_i} = \frac{{{P_i}}}{{\sum {{P_i}} }} \times 100\% $

(3)

$ {A_n} = \frac{{{P_n}}}{{{S_n}}} $

(4)

式中：P_i——污染物i的等标污染负荷量，m³/a；

Q_i——污染物i的负荷量，t/a；

C_oi——污染物i基于水环境功能分区的水质控制类别标准值，mg/L；

K_i——污染物i的等标污染负荷比；

A_n——乡镇n的等标排放系数，m³/(m²·a)；

P_n——乡镇n的污染物等标污染负荷量，m³/a；

S_n——乡镇n的面积，m²。

依据文献[7]，礼嘉镇、洛阳镇、雪堰镇所属的武进港流域水质管理目标为Ⅲ类，因此COD、NH₃-N、TN、TP标准值分别为20，1，1和0.2 mg/L。

2 结果与讨论 2.1 污染源调查情况

礼嘉、洛阳、雪堰3镇是入太湖河流武进港中、下游面源污染输入的主要镇域。3镇中礼嘉镇人口最少，为53 181人，但畜禽养殖量最大，换算成生猪为31 915头；雪堰镇农田面积、水产养殖面积及厂房面积均最大，分别为18.07，2.89和7.92 km²，各行政村污染源调查结果见表 3。

2.2 复合面源污染物负荷量及负荷强度估算

礼嘉镇、洛阳镇、雪堰镇污染物负荷量和负荷强度见表 4，由表 4可知，2017年礼嘉、洛阳、雪堰3镇复合面源污染物COD、NH₃-N、TN、TP总负荷量分别为5 481.55，391.54，829.38和71.88 t/a，年均负荷强度分别为24.99，1.79，3.78和0.33 t/km²，与三峡库区香溪河流域农业面源的年负荷强度^[14]相近，但与其他流域相比存在一定差异，如海河流域农业面源污染TN和TP的年负荷强度分别为13.97和2.98 t/km^2[15]，这可能是由于不同流域的面源污染结构组成存在一定差异造成的。

太湖流域厂村融合区复合面源污染来源包括农村生活污水、种植业、畜禽养殖、水产养殖和厂区面源，各污染源对污染物(COD、NH₃-N、TN、TP)负荷量的贡献率见图 2，其中农村生活污水对NH₃-N和TN的贡献率最高，分别为58.11%和41.15%，而畜禽养殖对COD和TP的贡献最高，分别为58.72%和41.97%，表明农村生活污水和畜禽养殖是该区域复合面源污染的主要来源，这与太湖流域大浦镇的研究结果相似^[16]。相比之下，种植业对面源污染物负荷的贡献较小，其对TN和TP的贡献率分别约为农村生活污水和畜禽养殖的一半，且对COD和NH₃-N的贡献率分别仅有1.37%和3.84%，表明相比于其他污染物，种植业对TN和TP的贡献更需要关注。值得注意的是厂区面源在污染负荷的贡献中占有一定比例，其对TP的贡献与种植业相当，且对COD和NH₃-N的贡献超过了种植业，这一结果凸显了厂村融合区散落的工厂作为面源污染来源之一，其影响不容忽视。5种污染源中水产养殖源对面源污染负荷的贡献最小，可忽略不计。

2.3 复合面源污染空间分布特征

礼嘉、洛阳、雪堰3镇共有57个行政村，各村的COD、NH₃-N、TN、TP的平均贡献量分别为96.17，6.87，14.55和1.26 t/a，平均年贡献强度分别为26.32，1.99，4.09和0.34 t/km²，各行政村复合面源污染物贡献量及贡献强度见图 3(a)(b)。其中污染物贡献量及贡献强度均较高的行政村大多集中在洛阳镇和礼嘉镇，如圻庄村(洛阳镇)、天井村(洛阳镇)、毛家村(礼嘉镇)、大路村(礼嘉镇)等，这些村均有较多的人口数和较大规模的畜禽养殖。

57个行政村中各污染源的污染贡献量见图 4(a)(b)(c)(d)，不同村之间某一污染源在污染负荷贡献量上存在较大差异，如圻庄村(洛阳镇)畜禽养殖对COD的贡献量是294.07 t/a，而华渡村(礼嘉镇)畜禽养殖对COD的贡献量只有2.27 t/a，两者相差129倍。此外，不同村之间某一污染源对污染负荷的贡献率也存在一定差异，如谈家头村(洛阳镇)厂区面源对TP的贡献率为67.78%，而雅浦村(雪堰镇)厂区面源对TP的贡献率只有1.27%，两者相差53倍。

2.4 复合面源污染特征评价

礼嘉镇、洛阳镇、雪堰镇的等标污染负荷量和等标排放系数见表 5。可以看出，尽管雪堰镇复合面源污染等标污染负荷量最大，但其等标排放系数却最小，表明其复合面源污染承载压力较小，相比之下，由于洛阳镇面积相对较小，但有较高的等标污染负荷量，导致其等标排放系数最高，因而在3个镇中复合面源污染承载压力最大。

不同污染物、污染源对等标污染负荷量的贡献率见图 5(a)(b)(c)，礼嘉、洛阳、雪堰3镇复合面源等标污染负荷总量为1.85×10⁹ m³/a，其中TN等标负荷量最高，占总量的44.73%，COD、NH₃-N和TP等标负荷量分别占总量的14.78%、21.11%和19.38%，表明TN是厂村融合区复合面源污染的优先控制因子。这与太湖流域水质监测结果相一致^[17-18]。各污染源中，农村生活污水和畜禽养殖贡献的污染物等标负荷量最高，分别占总量的37.88%和35.49%，其次是种植业和厂区面源，其贡献的污染物等标负荷量分别占总量的13.17%和12.77%，水产养殖贡献的污染物等标复合量最少，只占总量的0.69%；此外，各污染源对TN等标负荷量的贡献与其对等标负荷总量的贡献率相似，同样以农村生活污水和畜禽养殖为主导，表明农村生活污水和畜禽养殖是厂村融合区复合面源污染的首要污染源。

57个行政村复合面源等标污染负荷量及等标排放系数见图 6。由图 6可知，各行政村的等标污染负荷量和等标排放系数差异较大，变化范围分别为0.87×10⁷~8.94×10⁷ m³/a和1.19~18.49 m³/(m²·a)，表明该区域内不同行政村在面源污染贡献能力及本身污染承载压力上存在较大差异，这一结果指示在面源污染防控时可先进行优先控制区的筛选。等标污染负荷量及等标排放系数均＞区域平均值的行政村大多集中在洛阳镇和礼嘉镇，如圻庄村(洛阳镇)、毛家村(礼嘉镇)、天井村(洛阳镇)等，表明这些行政村是该区域复合面源污染的优先控制单元。

2.5 典型厂村融合区复合面源污染类型划分

运用聚类分析方法对礼嘉、洛阳、雪堰镇57个行政村等标污染负荷中不同污染源的贡献率进行聚类分析，可将厂村融合区复合面源污染类型分为6类，结果见图 7。

Ⅰ类为畜禽养殖-生活污水复合主导型，该类型畜禽养殖和生活污水的平均贡献率分别为56.95%和25.52%，主要分布在礼嘉镇和雪堰镇以畜禽养殖业为支柱产业的村中，如毛家村、绣衣村等15个行政村。Ⅱ类为生活污水-畜禽养殖复合主导型，该类型生活污水的贡献率稍高于畜禽养殖，两者平均贡献率分别为47.07%和34.77%，主要分布在洛阳镇和雪堰镇，如汤墅村、周桥村等6个自然村。针对这2类污染类型应采取源头控制措施，Ⅰ类以生活污水控制为主，畜禽养殖废水控制为辅，Ⅱ类与Ⅰ类正好相反。在生活污水控制上，考虑农村人口分散度高的情况，可采用分散式农村污水处理设备对生活污水进行收集和处理，对于距离城镇污水管网较近的村落，可修建排水片区(即通往农户家庭的支管网)进行生活污水收集纳网；而在畜禽养殖废水控制上，可通过取缔不规范小型养殖企业/户，对大型养殖企业增设养殖废水处理设施等措施进行污染削减。

Ⅲ类为生活污水-厂区面源复合主导型，该类型生活污水和厂区面源的平均贡献率分别为52.50%和34.61%，全部分布在洛阳镇和雪堰镇工业企业较多的村中，如谈家头村、曹家村等6个行政村；Ⅳ类为生活污水-畜禽养殖-种植业复合主导型，该类型3种污染源的总贡献率约为88.36%，其中生活污水、畜禽养殖和种植业的平均贡献率以2:1:1的比例呈现，全部分布在洛阳镇和雪堰镇，如瞿家村、南山村等7个行政村。Ⅴ类为生活污水-畜禽养殖-种植业-厂区面源复合主导型，该类型4种污染源的总贡献率超过99%，其中生活污水、畜禽养殖、种植业和厂区面源的平均贡献率约以4:3:2:2的比例呈现，3个镇中均有分布，包括陆庄村、管城村、新康村等11个行政村。对于Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ类污染的控制，应在上述第Ⅱ类污染类型控制措施的基础上增设面源污染收集和拦截系统，其中针对厂区面源可在厂区附近修建雨水收集或快速过滤/渗滤装置，或将厂区地表径流引入附近生态沟渠或稳定塘中进行污染物拦截；针对种植业面源污染，首先要合理施肥，尽量减少肥料流失，其次可通过将农田排水沟改造成生态沟渠或在农田附近构建湿地生态系统等措施对种植业面源进行拦截。

Ⅵ类为生活污水主导型，该类型主要以生活污水贡献大部分等标污染负荷量，平均贡献率为67.30%，其他污染源如畜禽养殖、种植业和厂区面源贡献较少，且比例相似，该类型主要分布在各镇人口密度较高的村中，如新辰村、洛东社区、城西回民村等11个行政村。针对该类污染，可主要以修建分散式污水处理设施或排水片区进行污染控制。

通过上述分类可知，太湖流域厂村融合区复合面源污染类型多样，在进行污染削减或防控时需要因地制宜，有针对地对主要污染源进行优先控制，以达到事半功倍的效果。

3 结论

(1) 2017年礼嘉、洛阳、雪堰3镇复合面源污染物COD、NH₃-N、TN、TP总负荷量分别为5 481.55，391.54，829.38和71.88 t/a，年均负荷强度分别为24.99，1.79，3.78和0.33 t/km²。57个行政村的复合面源污染在负荷量及强度上存在较大差异，但此差异会随着行政区划范围的扩大(到镇级别)而缩小。57个行政村中，污染物负荷量及负荷强度均较高的行政村大多集中在洛阳镇和礼嘉镇，如圻庄村、天井村、毛家村、大路村等，为优先控制区域。

(2) 礼嘉、洛阳、雪堰3镇复合面源等标污染负荷总量为1.85×10⁹ m³/a，其中TN等标负荷量最高，占总量的44.73%，是优先控制因子，COD、NH₃-N和TP等标负荷量分别占总量的14.78%、21.11%和19.38%。

(3) 各污染源中，农村生活污水和畜禽养殖贡献的等标污染负荷量最高，分别占总量的37.88%和35.49%，是主要污染源，其次是种植业和厂区面源，其贡献的等标污染负荷量分别占总量的13.17%和12.77%，水产养殖贡献的等标污染负荷量最少，只占总量的0.69%。

(4) 太湖流域典型厂村融合区复合面源污染类型可分为6类，分别为Ⅰ畜禽养殖-生活污水复合主导型、Ⅱ生活污水-畜禽养殖复合主导型、Ⅲ生活污水-厂区面源复合主导型、Ⅳ生活污水-畜禽养殖-种植业复合主导型、Ⅴ生活污水-畜禽养殖-种植业-厂区面源复合主导型和Ⅵ生活污水主导型。