在广大农村，受经济发展水平低、管理滞后、基础设施不健全，加上居民长期以来形成的生活习惯的影响，农村生活污水一般不经任何处理直接排入附近河流湖泊，而污水中N、P是引起湖泊富营养化的主要原因(秦伯强等，2011).云南的滇池(孔维琳等，2012)、江苏的太湖(Huang et al., 2013)、合肥的巢湖(Shang et al., 2005)及江西的鄱阳湖(莫明浩等，2010)等都不同程度地受到了农村生活污水的影响(Sun et al., 2000)，洱海作为富营养化初期湖泊，上游及周边村落密布，农村生活污水对其影响不可小觑(金相灿，1990).

目前，关于农村生活污水对湖泊富营养影响的研究已有很多.孔维琳等(2012)对滇池流域农村生活污水排放量的研究发现，滇池流域农村生活污水排放量达到102.14万t · a^-1，是造成滇池水污染的主要原因.Huang等(2013)研究了江苏太湖流域非点源污染对湖泊富营养化的影响，发现村落污染是威胁湖泊富营养化的关键污染源，应减少农村居民N、P的过度使用.莫明浩等(2010)对鄱阳湖环湖区2008年非点源污染负荷进行了估算，发现负荷产生量为COD 20.45万t、TN 3.52万t、TP0.22万t、NH₃-N 1.07万t，其中，生活污水污染负荷贡献率为COD 38.1%、TN 25.7%、TP 16.3%、NH₃-N 73%.董亮(2001)在GIS的支持下对西湖流域水环境非点源污染进行了研究，发现居民区非点源TN和TP负荷的年贡献率居第二，单位面积贡献率居第一.金相灿(2013)指出，农村生活污水是抚仙湖流域污染排放负荷的主要贡献源之一，生活污水负荷排放贡献率分别为COD 38.1%、TN 25.7%、TP 16.3%、NH₃-N 73%.丁晓雯等(2012)采用输出系数模型，对涪江流域农业非点源污染进行了模拟，发现2010年研究区农业非点源总氮污染负荷为9.11万t，全区平均负荷强度为3.10 t · km^-2，由农村生活污水产生的负荷为1.44万t，贡献率为15. 81%.但由于农村生活污水排放的分散性和随机性，目前的研究主要集中在定量分析上，对其空间定点分析较少.

洱海是云南省第二大高原淡水湖泊，流域周边以密集型村落为主.近年来，随着流域经济发展和居民生活水平的提高，大量未经处理的农村生活污水排入洱海，加重了洱海的富营养化水平.本文在充分收集基础资料的前提下，综合源强估算法和清单分析法，结合已有治理工程，进行洱海流域农村生活污水和污染负荷TN产排强度的核算，并借助GIS空间可视化功能分析农村生活污水及TN产排强度空间分布特征.在此基础上，利用加权指数法和因子分析法识别重点控制区，确定区域污染优先治理顺序，并提出相应的污水治理模式(Pullar et al., 2000)，以期为后续流域农村污染综合整治和洱海水环境保护提供参考.

图 1(Fig. 1)

图 1 洱海流域地理位置图 Fig. 1 Location of Erhai Lake basin

洱海流域位于澜沧江、金沙江和元江三大水系分水岭地带，属澜沧江-湄公河水系，流域面积2565 km²，地理坐标在东经99°32′~100°27′、北纬25°25′~26°16′之间.流域地跨大理市和洱源县，共计17个乡镇(含1个经济技术开发区)(图 1).2012年末流域内共有行政村170个，自然村840个，农村人口548471人，占总人口数的65.8%(大理州统计局，2013)，居民主要经济来源为养殖业和种植业.流域农村居民生活污水大部分未经处理直接排放，最终进入洱海，成为洱海富营养的重要污染源.

该文以洱海流域农村生活污水为研究对象，空间上从水文、地貌及行政区划等3个角度展开，时间上以2012年为基准年，通过查阅文献资料、现场走访、问卷调查等方式收集与洱海流域农村生活污水产排相关的原始数据资料，资料主要包括属性数据和空间数据(烟贯发等，2013;Wang et al., 2012)两大类，各类数据来源及具体情况见表 1.

表 1(Table 1)

表 1 基础数据 Table 1 Basic data

表 1 基础数据 Table 1 Basic data 数据类型 数据来源 数据描述 属性数据 人口、面积 《大理市统计年鉴2012》、《洱源县统计年鉴2012》 流域农村人口数量、国土面积 农村居民家庭水冲厕比例 流域2500户农村家庭实地问卷调查 各乡镇农村家庭水冲厕比例 农村居民人均生活用水量农村居民生活污水TN浓度 《大理州第一次全国污染源普查技术报告》大理洱海湖泊研究中心、大理州环境监测站 流域农村居民生活用水量生活污水中TN浓度 空间数据 DEM 中国科学院地理科学与自然资源研究所 分辨率为30 m 遥感影像图 资源一号02C卫星 多光谱分辨率为2.44 m 行政区划图 大理市城建局 1∶100万

选取洱海流域2500户农村居民家庭展开农村生活污水实地问卷调查，得到农村家庭人均日用水量及农村家庭水冲厕比率，并参考《大理州第一次全国污染源普查技术报告》(2009)，确定洱海流域农村居民平均排水定额为30 L · 人^-1 · d^-1；根据大理洱海湖泊研究中心及大理州环境监测站的监测数据，确定洱海流域农村居民生活污水中TN排污系数为11.69 g · 人^-1 · d^-1.

综合源强估算法和清单分析法(焦隽等，2007;赖斯芸等，2004)，核算洱海流域农村生活污水及TN污染负荷产排强度.该文中产生和排放强度分别指流域农村污水治理工程开展前后的强度.

污水产排强度的核算需先确定污水产排量.洱海流域农村生活污水主要来源于农村居民日常排水，通过泼洒和排入沟渠两种途径排放，针对各区农村生活污水排放量的计算如式(1)所示.

式中，Q_生活污水为各区农村生活污水排放量(t · a^-1)，N为各区农村人口数(人)，F_p污染物排放系数(g · 人^-1 · d^-1).

洱海流域生活污水污染排放强度(谢毅文等，2012)是指流域各分区单位土地面积产生的生活污水排放量，计算公式如式(2)所示.

式中，P_生活污水为各区农村生活污水排放强度(t · km^-2 · a^-1)，Q_生活污水为各区农村生活污水排放量(t · a^-1)，S为各分区土地面积(km²).

农村生活污水空间分析(汤国安等，2013)建立在Arcgis10.1数据分析与管理平台基础上，主要包括流域边界确定、遥感影像裁切、流域分割和河网提取、地形分析及行政区划矢量化，采用分级色彩显示实现污水及TN不同排放强度空间格局可视化表达.

采用2012年资源一号02c卫星影像为基本信息源，检查遥感数据资料和地形图质量，以2012年大理州行政区划图为基准，选取控制点进行影像几何校正和镶嵌处理，并按照流域边界裁剪，获取流域遥感图，基于流域DEM数据，利用Arcgis10.1中的Hydrology模块进行流域边界确定及子流域分割，并生成流域河网，划分的5个小流域为：北三江流域、苍山十八溪流域、波罗江流域、东部山溪流域和西洱河流域(图 2)，基于流域DEM数据，进行地形信息提取，并结合高精度遥感影像做相应调整，按主要地貌特征将流域划分为山区、平坝区和湖滨区3种类型(图 2)；基于流域2012年行政区划图，以校正后的流域遥感图为基准，进行行政区划图配准矢量化，将流域划分为17个乡镇(图 1).

图 2(Fig. 2)

图 2 洱海流域水文、地貌分区图 Fig. 2 Hydrology and geomorphology division of Erhai Lake basin

从水文、地貌、行政区划3个角度，对洱海流域农村生活污水及其TN产排情况进行空间分析.利用加权指数法和因子分析方法(李岱青，2000;段华平等，2010a;2010b)综合分析3种结果，识别重点源区，进行流域农村生活污水管控分区.

为解决洱海流域农村生活污染问题，自“九五”以来，大理州政府已采取相应措施进行整治.针对洱海流域农村生活污水开展了一系列污水收集处理工程，主要包括以下5项：①洱海流域洱源县农村环境综合整治村落污水收集与处理工程，针对洱海上游洱源县40个自然村村落污水进行收集处理；②大理市洱海流域百村村落污水收集处理系统建设工程，主要对环洱海周边108个自然村村落污水进行收集处理；③云南洱海机场路湖滨缓冲带生态建设工程；④凤羽河水污染控制与清水产流机制修复(一期)工程；⑤洱海东区湖滨带生态修复工程.各项工程具体信息如表 2所示.

表 2(Table 2)

表 2 已有村落污水收集处理工程信息表 Table 2 Information of present rural domestic sewage collection and treatment processes

表 2 已有村落污水收集处理工程信息表 Table 2 Information of present rural domestic sewage collection and treatment processes 工程名称 工程区地形 工程所属流域 主要工程范围 服务人口/人 洱海流域洱源县农村环境综合整治村落污水收集与处理工程 坝区-平原区 北三江 茈碧湖镇、凤羽镇、牛街乡、三营镇、右所镇、邓川镇 37175 大理市洱海流域百村村落污水收集处理系统建设工程 平原区-湖滨缓冲区 十八溪-波罗江-东部山溪 双廊、挖色、海东、下关、大理、银桥、湾桥、喜洲、上关与凤仪 109357 云南洱海机场路湖滨缓带生态建设工程 湖滨缓冲区 波罗江 大理市海东镇和经济开发区 10400 凤羽河水污染控制与清水产流机制修复(一期)工程 坝区 北三江 洱源县凤羽镇 2653 洱海东区湖滨带生态修复工程 湖滨缓冲区 东部山溪 大理市海东镇 1000 共计 160585

结合已有村落治理工程，流域面积按2314 km²计，2012年，流域农村生活污水平均产、排强度分别为2572.03 t · km^-2 · a^-1和1919.34 t · km^-2 · a^-1，农村生活污水中TN平均产、排强度分别为1002.23 t · km^-2 · a^-1和747.90 t · km^-2 · a^-1.为更好地分析流域农村生活污水和TN产排强度及空间格局，现利用GIS手段从水文、地貌和行政区划3个角度，进行具体分析如下.

根据流域水文特征，洱海流域划分为北三江流域、苍山十八溪流域、波罗江流域、东部山溪流域和西洱河流域5个小流域，各小流域农村生活污水和TN产排强度特征见图 3.由图 3可知，北三江、苍山十八溪、波罗江、东部山溪和西洱河流域农村生活污水产生强度分别为1916.71、4809.07、2738.85、2075.01和1939.66 t · km^-2 · a^-1，排放强度分别为1398.02、3249.26、2403.62、1625.86和1874.41 t · km^-2 · a^-1；北三江、苍山十八溪、波罗江、东部山溪和西洱河流域农村生活污水中TN产生强度分别为746.88、1873.93、1067.24、808.56和755.82 t · km^-2 · a^-1，TN排放强度分别为544.76、1266.13、936.61、633.54和730.40 t · km^-2 · a^-1.

各小流域农村生活污水和TN产生强度大小均为：苍山十八溪流域>波罗江流域>东部山溪流域>西洱河流域>北三江流域，两者排放强度大小均为：苍山十八溪流域>波罗江流域>西洱河流域>东部山溪流域>北三江流域，两者产排空间格局一致，且产生强度和排放强度空间格局变化相同.可见，苍山十八溪流域和波罗江流域是两者产排强度重点区，在流域农村生活污染管控治理时需加大这两个小流域的治理力度.

图 3(Fig. 3)

图 3 洱海流域各水文分区农村生活污水及TN产排强度空间分布 Fig. 3 Spatial distribution of Rural domestic sewage and TN producing and discharging intensity in each hydrologic area

根据地貌特征，可将洱海流域划分为山区、平坝区和湖滨缓冲区3种类型.流域内村落及人口主要分布在流域北部平坝区的“牛街-三营”、“右所-邓川-上关”，西部湖滨缓冲区和南部平坝区的凤仪4个小区域，4个片区集中了整个洱海流域70%的村委会、73%的自然村及71%的人口，是农村生活污染的重点产生区域.

洱海各地貌分区中农村生活污水和TN产排强度空间分布特征如图 4所示.由图 4可知，流域山区、平坝区和湖滨缓冲区农村生活污水产生强度分别为671.95、4698.74和13374.38 t · km^-2 · a^-1，排放强度分别为569.36、3971.78和5012.89 t · km^-2 · a^-1；流域山区、平坝区和湖滨缓冲区农村生活污水TN产生强度分别为261.84、1830.94和5211.55 t · km^-2 · a^-1，排放强度分别为221.86、1547.67和1953.35 t · km^-2 · a^-1.

3类地貌区农村生活污水和TN产排强度大小依次为：湖滨缓冲区>平坝区>山区，即两者产生强度和排放强度空间格局相同.同时，湖滨缓冲区农村生活污水和TN产排强度均远高于其它两类区域，是农村生活污水及其TN的主要产排区.

图 4(Fig.4)

图 4 洱海流域各地貌分区农村生活污水及TN产排强度空间分布 Fig.4 Spatial distribution of Rural domestic sewage and TN producing and discharging intensity in each geomorphologic area

按行政区划，洱海流域地跨大理市和洱源县，总计17个乡镇.大理市包括10个乡镇(下关镇、大理镇、湾桥镇、银桥镇、喜洲镇、上关镇、双廊镇、挖色镇、海东镇、凤仪镇)、1个经济开发区，洱源县包括6个乡镇(邓川镇、右所镇、牛街乡、三营镇、茈碧湖镇、凤羽镇)，对各乡镇农村生活污水和TN产排情况分析如下.

洱海流域各乡镇农村生活污水和TN产排强度及其空间分布如图 5.由图 5可知，洱海流域17个乡镇农村生活污水及TN产生强度由大到小为：经济开发区>大理镇>银桥镇>湾桥镇>喜洲镇>上关镇>邓川镇>右所镇>挖色镇>下关镇>凤羽镇>海东镇>凤仪镇>茈碧湖镇>三营镇>牛街乡>双廊镇，排放强度依次为：经济开发区>湾桥镇>银桥镇>大理镇>邓川镇>喜洲镇>右所镇>挖色镇>上关镇>下关镇>三营镇>海东镇>凤仪镇>茈碧湖镇>凤羽镇>牛街乡>双廊镇.同时，大理市农村生活污水和TN产排强度远高于洱源县，经济开发区、大理镇、银桥镇两者产排强度高于其它乡镇，因此，今后这3个乡镇的村落污水应重点治理并纳入先期治理工程.

图 5(Fig. 5)

图 5 洱海流域各乡镇农村生活污水及TN产排强度空间分布 Fig. 5 Spatial distribution of Rural domestic sewage and TN producing and discharging intensity in each administrative region

该文在《洱海绿色流域及水污染防治规划》对农村生活污水污染治理总体思路的指导下，结合各区域的生态功能定位、污染源分布特征(Shang et al., 2012)及管控要求，综合上述水文、地貌及行政区划3个角度分析结果，以污水和TN排放强度核算值为依据，采用加权指数法，进行因子分析，确定各区域的排污权重及综合位次(表 3)，识别出重点防控区，并由此提出洱海流域农村生活污水管控分区(王夏晖等，2011;Zhao et al., 2013).

因西洱河是洱海的出湖河流，此小流域内产生的农村生活污水随西洱河最终排至流域外，因此，该研究暂不考虑该区域.综上分析，该次流域农村生活污水污染控制分区总体划分为两级：一级区划以流域水文特征为主要出发点，结合小流域农村生活污水产排空间特征，为便于管理，划分为3类：优先防控区I(苍山十八溪流域)、重点防控区Ⅱ(波罗江流域)、一般防控区Ⅲ(东部山溪流域和北三江流域)(Huang et al., 2010)；二级分区以各区域排污权重及位次(表 3)为依据，划分为4类：重度排污区1、中度排污区2、一般排污区3、轻度排污区4，重度排污区1主要为波罗江流域经济开发区，中度排污区2主要包括波罗江流域凤仪镇、苍山十八溪流域(除下关镇)及北三江流域三营-右所-上关镇，一般排污区3主要包括苍山十八溪流域下关镇、东部山溪小流域(除双廊镇)及北三江流域凤羽-茈碧湖-邓川镇，轻度排污区为东部山溪流域双廊镇和北三江流域牛街乡，具体控制区划见图 6.

表 3(Table 3)

表 3 洱海流域各级防控区排污权重及综合位次表 Table 3 Pollution emission weight and comprehensive ranking of each control area in Erhai Lake basin

表 3 洱海流域各级防控区排污权重及综合位次表 Table 3 Pollution emission weight and comprehensive ranking of each control area in Erhai Lake basin 区域 权重 位次 一级 苍山十八溪流域 30.80% 1 波罗江流域 22.78% 2 东部山溪流域 15.41% 3 北三江流域 13.25% 4 西洱河流域 17.76% 不考虑 二级 经济开发区 34.57% 1 湾桥镇 8.55% 2 银桥镇 6.97% 3 大理镇 6.32% 4 邓川镇 5.47% 5 喜洲镇 5.22% 6 右所镇 4.97% 7 挖色镇 3.98% 8 上关镇 3.41% 9 下关镇 3.39% 10 三营镇 3.39% 11 海东镇 3.13% 12 凤仪镇 3.08% 13 茈碧湖镇 2.33% 14 凤羽镇 2.00% 15 牛街乡 1.84% 16 双廊镇 1.36% 17

图 6(Fig. 6)

图 6 洱海流域农村生活污水污染控制分区 Fig. 6 The division of Rural domestic sewage pollution control

在上述对流域重点污染区识别的基础上，基于流域地貌特征，结合流域目前村落污水治理现状、人口密度、排水特点、流域经济发展规划及污染控制总体要求，从易于管控的角度出发，建议将农村生活污水治理分为3种模式：污水接入管网、污水区域集中处理、污水就地分散处理，各控制区分别选取相应的治理模式和适宜工艺进行分区治理(段华平等，2010;杨文龙等，1998).

1)污水接入管网模式

对于靠近城乡结合部且地形条件利于铺设污水管网的平坝区自然村落，建议采用此模式.该研究中，位于波罗江流域Ⅱ1片区的经济开发区和Ⅱ2片区的凤仪镇、苍山十八溪流域I2片区的大理镇和I3片区的下关镇，这些区域附近目前已铺设有214国道污水干管、洱河南路截污干管、洱海环湖截污干管及环洱海路截污干管等多条管网，应优先考虑利用市政污水管网收集村落污水，输送至污水处理厂或集镇污水处理站处理.

2)污水区域集中处理模式

对于居住地相对集中，经济水平较好，但又远离污水收集干管的湖滨缓冲区村落，建议采用区域集中处理模式.主要集中在北三江流域Ⅲ2片区的三营镇和右所镇、Ⅲ3片区的邓川镇、Ⅲ4片的区牛街乡、苍山十八溪流域I2片区的喜洲镇和湾桥银桥镇区域，这些区域集中了流域内农村人口的大多数，考虑新建小型污水处理设施，集中收集处理居民生活污水.常采用的技术有人工湿地、生态砾石床、土壤净化槽等(郭思，2011).

3)污水就地分散处理模式

对于布局分散、偏远的山区村落，建议采用就地分散处理模式.该文研究范围内，北三江流域Ⅲ3片区的凤羽镇、东部山溪小流域及其它山区村落，宜因地制宜，考虑采用就地分散处理模式进行农村居民生活污水收集处理.目前，国内外(Liang et al., 2010;张新华等，2012)在这方面的成功应用实例有：日本的净化槽技术、新西兰生活污水就地处理系统、国内土壤处理技术及生物处理技术等，可供研究区借鉴参考.

因农村居民生活污水的治理是一个复杂的问题，需多方协调，共同参与，还应建立完善的后续运营机制和配套的长效管理机制，加强对污染控制区的管控，以保证后续运营管理的正常进行.

1)2012年，洱海流域农村生活污水平均产排强度分别为2572.03 t · km^-2 · a^-1和1919.34 t · km^-2 · a^-1，农村生活污水TN负荷平均产排强度为1002.23 t · km^-2 · a^-1和747.90 t · km^-2 · a^-1.

2)水文分区研究结果表明，北三江、苍山十八溪、波罗江、东部山溪和西洱河各小流域农村生活污水和TN产生强度大小均为：苍山十八溪流域>波罗江流域>东部山溪流域>西洱河流域>北三江流域，各小流域两者排放强度大小均为：苍山十八溪流域>波罗江流域>西洱河流域>东部山溪流域>北三江流域，苍山十八溪流域和波罗江流域是主要源区.

3)地貌分区研究结果表明，流域山区、平坝区和湖滨缓冲区3类地形区农村生活污水和TN产排强度大小依次为：湖滨缓冲区>平坝区>山区，湖滨缓冲区对农村生活污水和TN产排贡献最大.

4)行政区划研究结果表明，洱海流域17个乡镇农村生活污水及TN产生强度由大到小为：经济开发区>大理镇>银桥镇>湾桥镇>喜洲镇>上关镇>邓川镇>右所镇>挖色镇>下关镇>凤羽镇>海东镇>凤仪镇>茈碧湖镇>三营镇>牛街乡>双廊镇，各乡镇两者排放强度依次为：经济开发区>湾桥镇>银桥镇>大理镇>邓川镇>喜洲镇>右所镇>挖色镇>上关镇>下关镇>三营镇>海东镇>凤仪镇>茈碧湖镇>凤羽镇>牛街乡>双廊镇，经济开发区是产排污强度最重的区域.

5)建议洱海流域农村生活污水污染控制采用两级控制区3种控制模式.一级控制区的优先治理顺序为：优先防控区(苍山十八溪流域)>重点防控区(波罗江流域)>一般防控区(东部山溪流域和北三江流域)；二级控制区治理顺序为：重度排污区(经济开发区)>中度排污区(三营、右所、上关、喜洲、湾桥、银桥、大理、凤仪、海东)>一般排污区(下关、挖色、邓川、凤羽、茈碧湖)>轻度排污区(双廊、牛街).结合地貌特征，综合采用接入管网、集中处理、就地分散处理3种治理模式分别对各区进行污染治理.