随着我国社会经济的快速发展,农业面源污染问题日益凸显。面源污染物不仅随地表径流流入河流和湖泊,造成地表水体的污染,而且还随降水或灌溉渗入地下,造成地下水的污染。受污染的地下水不仅威胁饮用水安全,而且向河流或湖泊排泄,加剧地表水体的污染。因此,为了保障作为主要饮用水源的地下水安全,有效地防治地表水体的污染,必须加强对面源污染物在地下水中的运移机理研究。本文选取我国面源污染问题较为突出的淮河流域的沙颍河子流域作为研究对象,模拟最主要的面源污染物——硝酸盐在沙颍河流域浅层含水层中运移并评价其对地表水硝酸盐的贡献,为该流域的面源污染防治工作提供依据。沙颍河是淮河的最大支流,流域面积约为4万平方公里。流域所在的河南和安徽两省是我国重要的粮食产区和畜禽养殖基地。大量施用的化肥和规模化畜禽养殖的发展不仅加剧了流域内地表水体的污染,而且使得流域内的浅层地下水遭受不同程度污染,其中尤以硝酸盐污染最为严重。已有关于面源污染的研究主要侧重于面源污染物通过地表径流进入地表水体,而忽略其随地下水进入地表水体的研究。因此,十分有必要深入研究该流域地表水和地下水之间的硝酸盐补排关系,定量评价通过地下水进入地表水体的氮污染负荷。本项研究首先进行了野外调查和地下水取样分析。在所采集的133个水井地下水水样中,硝酸盐浓度最大为52mg/L,大于20mg/L的样品为8个,占所有样品的6%；大于10mg/L的样品为18个,占所有样品的13.6%,均值为5.49mg/L。污染比较严重的地区为新郑、鄢陵、临颍、漯河、襄城、周口、临泉和界首等地市。其次,基于水文地质条件分析,建立了沙颍河流域浅层地下水水流的概念模型和数值模型,采用数值模拟软件MODFLOW对地下水进行了模拟,并利用观测水位对模型进行识别和校正。模拟结果表明,沙颍河流域地下水向河流的排泄量约为22.5亿m3/年,约占区内降雨量的9.6%,地表径流的39%。在地下水水流模拟的基础上,采用数值模拟软件MT3DMS建立了沙颍河流域浅层地下水硝酸盐运移模型。模拟了流域地下水硝酸盐浓度演变过程(1981～2010年)和未来演变趋势(2011～2050年)。结果表明,随着化肥施用量逐年增加,地下水硝酸盐含量持续增加,2010年地下水中硝酸盐量达到82.44万吨,年均增长2.7万吨,即便在不增加化肥施用量的情况下,地下水中硝酸盐含量仍将持续增加。基于地下水硝酸盐运移模型,对地下水排泄至地表水的硝酸盐负荷进行了估算。结果表明,1981～2010年期间地下水向河流的硝酸盐排泄量逐年增加,1981～1995年增长速度较为缓慢,为0.06万吨/年；1996-2010年期间增长速度加快,高达0.13万吨/年。2010年入河量达3.06万吨/年,占淮河流域地下水补给地表水硝酸盐总量的40%左右；地下水硝酸盐平均浓度达13.5mg/L,进入地表水体后可使河流中硝酸盐浓度升高5.3mg/L。在不增加化肥施用的条件下,地下水向地表水排泄的硝酸盐负荷仍在持续增加,最大年排泄量达到6.13万吨(2037年)。此外,本项研究还模拟了在不同施肥情况下未来80年地下水硝酸盐浓度和入河量的趋势,结果表明应尽早进行施肥管理措施。