高可伟?
长江大学地球科学学院?湖北，武汉?430100
摘要：
美国EPA颁布的美国各营养物分区总氮、总磷基准标准推荐值没有考虑河、湖总氮、总磷衔接问题， EPA生态Ⅵ分区推荐的河流TP基准或标准为是湖泊TP的基准或标准的2倍左右；河流TN是湖泊TN基准或标准的2.79倍左右。虽然美国EPA营养物基准未直接考虑河、湖氮磷水质衔接问题，但是EPA颁布的湖泊、水库营养物制定基准指南《Nutrient Criteria Technical Guidance Manual: Lakes and Reservoirs》却提出了基于美国清洁水法303(d)，针对受损水体需要开展每日最大负荷计划（TMDLs）。
关键词：美国 河湖 氮磷标准 衔接
Abstract:
America EPA issued by various nutrients partitioning the total nitrogen, total phosphorus, benchmark standards recommended value without considering the river, lake, total nitrogen, total phosphorus join problem, the EPA on ecological Ⅵ recommended rivers is TP benchmark or standard for lakes TP benchmark or standard about 2 times; River TN is about 2.79 times of lake TN datum or standard. Although the U.S. EPA nitrogen and phosphorus nutrients benchmark does not directly consider the river, lake water quality problem, but the EPA issued Lakes and Reservoirs nutrients for benchmark guide the Nutrient Criteria Technical Guidance Manual: 'lakes and Reservoirs, are presented based on the clean water act of 303 (d), for the damaged water (TMDLs) need to carry out the daily maximum load plan.
Key words: American rivers and lakes; nitrogen and phosphorus; standard cohesion
1 前言
磷和氮是两种天然存在的生物活性元素，是所有生物组织的组成部分，它们是植物和动物生命所必需的营养物质，是维持湖泊生态系统健康的必要物质。但由于人类对景观的开发，这两种营养物质在水环境中的浓度有所增加，包括城市污水排放、城市径流、垃圾填埋场和废物处理、农业和林业土地利用、修建水坝和气候变化等。氮和磷通过非点源输入、地表径流和地下地下水流动以及大气沉积向地表水中释放。人类日益重视地表水中氮磷含量，
2美国河湖氮磷标准
美国EPA为了保护本国的水资源和改善已经受损的水体采取了一系列的措施。针对已经受损的水体，美国在《清洁水法》（CWA）中提出了开展TMDLs计划，该计划是根据水质要求确定水体能够接受某种污染物的最大日负荷量，从而在各类污染源之间分配应该削减的污染负荷。自1990年代全面推行TMDL以来，美国各州已制定实施了数万个TMDL计划，极大改善了受污染水体的水质。与早期重点关注主要污染源和污染类型的TMDL计划相比，近年来美国更关注各种具体条件下的TMDL计划，管理精细化水平进一步提高。与此同时，EPA还同时委托Tetra Tech公司为TMDL计划、流域管理全国污染排放清除系统（NPDES）评估以及环境决策等工作中备选使用的各种水环境质量相关模型进行了统一的梳理，对至少65个相关流域水质模型进行了模拟能力和适用性评价，分析了各个模型适用的污染物的种类和水体类型、模拟的具体过程或者对象、数据需求以及如何与其他模型集成和联动等内容，为指定TMDL计划提供了有力的技术支持。美国的阿尔塔蒙特新水库通过GWLF和BATHTUB模拟技术建立阿尔塔蒙特新水库各污染之间的联系，磷污染源包括非点源农业以及一个停产的奶牛场。大气沉降和内部循环也可能是负荷的来源。阿尔塔蒙特新水库的每日最大总负荷量（TMDL）将遵循下列公式：
TMDL=LC=∑WLA+∑LA+MOS 公式（1）；
式中：LC—在遵循数值标准的条件下水体可以接受的污染负荷阙值。
WLA—Waste Load Allocation,为允许的现存和未来的点源污染负荷分配。
LA—Load Allocation, 为允许的现存和未来的非点源污染负荷分配。
MOS—Margin of Safety,为安全边界值。
阿尔塔蒙特新水库先利用公式（5）计算出每日的污染总负荷，然后利用GWLF和BATHTUB模型对阿尔塔蒙特新水库进行削减模拟输入，确定了1993、1998和2001年的湖中允许输入的磷负荷。BATHTUB的输出文件显示1993、1998和2001年的负荷削减结果，模型中每年允许的输入量显示了这些年里观察到的不同气候条件的影响。因此，将这几年的平均值设置为目标值，以满足湖泊水质0.05mg/L的标准。经过计算，阿尔塔蒙特新水库总磷负荷应减少84%，其湖库总磷浓度才可以达到0.05mg/L的水质标准,再将削减量分配到大气循环、内源循环和非点源循环中如表4。
.png)
我们可以在表格中看到阿尔塔蒙特新总磷削减全部在内源循环和非点源循环。阿尔塔蒙特新水库的非点源磷污染主要来源于奶牛场和农田，政府针对该污染制定了最佳管理措施：
（1）利用湿地作为一种结构性控制最适宜于该水库奶牛场和农田营养盐的削减。通过自己的自净能力改善水质，过滤沉淀物以及减缓地表径流从而减少土壤侵蚀。
（2）过滤带也可作为一种结构性控制来减少污染物。建成的沿着水流的过滤带能够减少和过滤径流中的养分和沉淀物，有助于河岸的稳定，减少侵蚀和沉降。过滤带还可减少进入湖中的养分含量。。此外，过滤带应定期收割，这样才能保证去除效率的长期有效。
（3）阿尔塔蒙特新水库使用了各种科学的耕作方式。比如合理安排种植面积，种植的作物品种等。
（4）营养盐管理可以减少排入阿尔塔蒙特新水库的氮磷标准。通过营养盐管理可以实现农田的氮磷标准，提高作物利用营养盐的效率。从而减少传输到地表水和地下水的营养盐含量。降低农业磷的总体目标应该是通过保持投入到农田的、农作物利用的动物产生的之间保持平衡以及维持土壤中的磷水平，来提高磷的利用率。通过源头控制和和输送控制措施，减少农业径流中的磷流失，如过滤带或者草地水道。（计划纲领、肥料概述（年肥料产生使用输出）、农田和作物营养利用率、过量使用肥料概述、施肥时间表、肥料和雨水管理措施）
要控制内部循环中的磷必须限制磷从沉积物中释放出来，这可以通过控制水中溶解氧的浓度或者通过控制沉积物负荷来实现。可以通过曝气混匀湖水，并且保持湖中的含氧量，可以有效地防止磷释放。
为了减少更多水体受损，美国EPA根据《清洁水法》(CWA)建立水质标准，对各个水体根据自身的性质和长期以来的表现划分为十四个生态区域，针对这十四个生态区域（图1）每个区域的特点对区域中的湖泊和水库、河流和溪流制定特定的水质标准。关于具体确定生态区域，制定湖泊和水库、河流和溪流磷标准的方法可以在美国EPA网站中《Nutrient Criteria Technical Guidance Manual Lakes and Reservoirs》和《Nutrient Criteria Technical Guidance Manual Rivers and Streams》中的文件中又提出，大致的流程方法是首先要收集该水体多年分的水质状况建立数据库，选出该水体的候选指标，选出参考条件，然后利用模型计算出营养物标准。
.png)
注：叶绿素a值额测定通常采用荧光法测定，除非特别说明。S为分光光度计（Spectrophotometric）方法测定；T为三色法（Trichromatic）；NTU为浊度的单位。
由此可见，美国湖库、河流具有不同的营养物制定基准指南，并且未对入湖河流水质基准的衔接等做出相关说明，湖库和河流所使用的营养物基准是它所在生态区的营养物基准。以美国密西西比河以及其上游的欧文湖和小龟湖为例，它们水体大部分位于明尼苏达州，所以它们的营养物标准采用明尼苏达州区的营养标准。湖泊总磷含量需要≤30ppb,叶绿素a的含量需要≤9ppb,透明度≥2米。其入湖河流总磷含量需要≤50ppb，叶绿素a的含量需要≤7ppb，一昼夜溶解氧需要≤3ppm,生化需氧量≤1.5ppm,总悬浮固体≥15不超过10%的时间。我们可以发现湖体和入湖河流的氮磷标准相差不大，这样可以减少入湖河流对湖体营养物的贡献度，使湖体的氮磷标准更容易达标。
3参考文献：
[1]美国湖泊和水库营养标准技术指南手册;
[2] 美国河流营养标准技术指南手册