湖庫型水源地污染關(guān)鍵區(qū)識(shí)別與保護(hù)區(qū)劃分——以梁平縣沙壩水庫為例

劉書軍，林孝松，斯 珊，蔣天明，周 伶

（重慶交通大學(xué)河海學(xué)院，重慶 400074）

湖庫型水源地污染關(guān)鍵區(qū)識(shí)別與保護(hù)區(qū)劃分
——以梁平縣沙壩水庫為例

劉書軍，林孝松，斯 珊，蔣天明，周 伶

（重慶交通大學(xué)河海學(xué)院，重慶 400074）

湖庫型水源地污染具有特殊的水力特性，在生活飲用水安全保障工作中占有重要地位。以梁平縣沙壩水庫為研究對(duì)象，基于DEM和ArcGIS對(duì)其進(jìn)行污染關(guān)鍵區(qū)識(shí)別與保護(hù)區(qū)劃分。以高分辨率遙感衛(wèi)星影像資料解譯與人工校核相結(jié)合方法，提取整個(gè)流域內(nèi)的居民點(diǎn)、農(nóng)田、經(jīng)濟(jì)林、旱地與交通等作為污染源;以ArcGIS自動(dòng)獲取與人工校核相結(jié)合的方法將沙壩水庫全流域劃分為12個(gè)子流域，綜合考慮各類污染源的影響程度，在此基礎(chǔ)上劃分出一級(jí)保護(hù)區(qū)（49.25 hm2）、二級(jí)保護(hù)區(qū)（326.186 6 hm2）、三級(jí)保護(hù)區(qū)（332.140 4 hm2）、四級(jí)保護(hù)區(qū)（243.566 7 hm2）。

湖庫型水源地;關(guān)鍵區(qū)識(shí)別;保護(hù)區(qū)劃分;沙壩水庫

生活飲用水安全保障工作是關(guān)系國計(jì)民生的大事，近年來受到黨中央、國務(wù)院和社會(huì)各界的高度重視。因此，很多學(xué)者在飲用水源地安全方面都做了大量研究，并提出了很多成熟的理論。當(dāng)前，國內(nèi)外對(duì)城市飲用水源地安全的研究主要體現(xiàn)在水源地現(xiàn)狀評(píng)價(jià)及污染防治［1-2］、水源地水質(zhì)及生態(tài)安全評(píng)價(jià)［3-4］、水源地安全應(yīng)急管理以及信息技術(shù)在水源地安全保障方面的應(yīng)用［5-6］等4個(gè)方面。

當(dāng)前這些研究領(lǐng)域中不乏湖庫型水源地安全的研究。之所以會(huì)有湖庫型城市飲用水源地的單獨(dú)提出，是因?yàn)槠溆兄厥獾乃μ攸c(diǎn)以及相應(yīng)的周圍環(huán)境。湖庫型污染具有如下特點(diǎn):①與河流型水庫相比，湖泊因?yàn)樗牧鲃?dòng)性相對(duì)較弱，污染物質(zhì)擴(kuò)散較差，污染易沉積于水庫或湖底，形成痼疾;②湖泊水庫污染后易造成嚴(yán)重的后果;③湖泊水庫污染源的范圍和面積相對(duì)固定可控，利用地理信息系統(tǒng)確定污染關(guān)鍵區(qū)后，可對(duì)相關(guān)區(qū)域開展相應(yīng)保護(hù)，以達(dá)到事先預(yù)警的防護(hù)措施。因此，對(duì)其安全保障進(jìn)行研究具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。筆者以重慶梁平縣沙壩水庫為例，基于DEM和ArcGIS，針對(duì)湖庫型水源地主要進(jìn)行關(guān)鍵區(qū)識(shí)別及保護(hù)區(qū)劃分等方面的工作。

1 研究區(qū)域概況

沙壩水庫位于重慶市梁平縣內(nèi)，東經(jīng)107°24'～108°05'，北緯 30°25'～30°53'，整個(gè)流域面積為 9.5 km2。涉及板橋村、九道村和三洞村等村，與梁平縣主城區(qū)僅有一條渝宜高速公路（G42）相隔。沙壩水庫全流域地勢(shì)西南高，東北低。流域內(nèi)最高海拔為1 000 m，位于流域南部，流域地貌以丘陵為主。流域內(nèi)主要土地利用類型為成林、旱地、水田、竹林以及草地。水庫的東、南方向有3條小河流匯入，整個(gè)集水區(qū)內(nèi)分布著余家灣、張家灣、楊家寨等大大小小幾十個(gè)居民點(diǎn)，特別是水庫保護(hù)區(qū)周圍的住宅比較密集。沙壩水庫主要用于農(nóng)業(yè)灌溉，并與梁平縣其他水庫共同作為城市飲用水主要水源地之一，如圖1。

圖1 沙壩水庫流域狀況Fig.1 Basin overview of Shaba Reservoir

2 子流域劃分及污染源提取

基于 GIS技術(shù)，結(jié)合 DEM和 ArcGIS水文分析［7］得到子流域劃分，經(jīng)人工校核后將沙壩水庫合并為12個(gè)子流域，如圖2。

圖2 沙壩水庫子流域劃分Fig.2 Secondary basin’s division of Shaba Reservoir

基于2009年沙壩水庫高分辨率遙感地形圖解譯獲得，沙壩水庫流域主要有經(jīng)濟(jì)林、水田、旱地、竹林、成林以及草地等土地利用類型，通過分析土地利用類型在人類活動(dòng)集中程度、化學(xué)污染、突發(fā)性污染等方面所呈現(xiàn)的可承載程度來判別是否將該種土地利用類型提取為污染源。在以獲取的土地利用類型中，經(jīng)濟(jì)林、水田以及旱地3種類型中農(nóng)業(yè)活動(dòng)比較集中，由于不同的耕種方式、化肥和農(nóng)藥的施用水平都會(huì)對(duì)營養(yǎng)元素（N、P等）的流失造成較大影響，所以將這3類土地利用類型歸類于農(nóng)業(yè)面源污染范疇內(nèi);而成林、竹林以及草地屬自然生長植物，其本身并不產(chǎn)生污染，并且對(duì)水土保持具有較大保護(hù)作用，故這3類土地利用類型不作為污染源。因此，將提取后的經(jīng)濟(jì)林、水田和旱地3類污染源作為各子流域內(nèi)污染屬性之一［8］;由于人類的日?；顒?dòng)在相對(duì)集中的居民點(diǎn)范圍內(nèi)，會(huì)產(chǎn)生大量的生活垃圾和生活污水排放問題，這些都將直接造成土壤侵蝕，并會(huì)污染到地下徑流，因此，將全流域內(nèi)的居民點(diǎn)也作為各子流域內(nèi)的污染屬性之一［9］;道路所承載的功能是運(yùn)輸，屬于人類活動(dòng)較為頻繁的地帶，很多突發(fā)因素，如運(yùn)輸帶有污染性質(zhì)的物體造成的泄露或過高的載重量造成的土質(zhì)疏松，尤其是這種山間級(jí)別不高的道路，受到影響的可能性就更高，因此，將全流域內(nèi)的交通也作為各個(gè)流域內(nèi)的污染屬性之一［10］。由此，得到水庫流域內(nèi)各子流域污染屬性，如表1。

表1 沙壩水庫子流域污染屬性Tab.1 Secondary basin’s pollution properties of Shaba Reservoir

3 沙壩水庫污染保護(hù)區(qū)劃分

3.1 保護(hù)區(qū)劃分方法

將各污染源以指標(biāo)形式進(jìn)行統(tǒng)計(jì)計(jì)算，其中，點(diǎn)源污染以居民點(diǎn)個(gè)數(shù)為指標(biāo)，線源污染以每公頃含有交通線條數(shù)為指標(biāo)，面源污染以公頃含有污染面面積數(shù)為指標(biāo)。通過層次分析法，將各類污染源分為2個(gè)層次進(jìn)行運(yùn)算，綜合專家系統(tǒng)評(píng)估，最終得出各污染源權(quán)重Wi如表2。

表2 沙壩水庫污染源權(quán)重Tab.2 Pollution source’s weight of Shaba Reservoir

以各污染源污染綜合指數(shù)M為劃分標(biāo)準(zhǔn)，污染綜合指數(shù)計(jì)算如式（1）:

式中:Mi為污染綜合指標(biāo);Wi各項(xiàng)密度權(quán)重;Pi為污染屬性種類;j為對(duì)應(yīng)子流域。

當(dāng)綜合指標(biāo)M≥2.0時(shí)，設(shè)置為二級(jí)保護(hù)區(qū)，當(dāng)綜合指標(biāo)1.0≤M≤2.0時(shí)，設(shè)置為三級(jí)保護(hù)區(qū)，當(dāng)M＜1.0時(shí)，設(shè)置為四級(jí)保護(hù)區(qū)。

3.2 保護(hù)區(qū)劃分

將沙壩水庫保護(hù)區(qū)分為4個(gè)級(jí)別，分別為一級(jí)保護(hù)區(qū)至四級(jí)保護(hù)區(qū)，根據(jù)入庫水系沿岸的污染屬性實(shí)際情況，將一級(jí)、二級(jí)保護(hù)區(qū)列為重點(diǎn)保護(hù)區(qū)，三級(jí)保護(hù)區(qū)為次重點(diǎn)保護(hù)區(qū)，四級(jí)保護(hù)區(qū)為一般保護(hù)區(qū)。其中，一級(jí)保護(hù)區(qū)為沙壩水庫水體，二級(jí)保護(hù)區(qū)為2號(hào)流域、3號(hào)流域和6號(hào)流域。三級(jí)保護(hù)區(qū)為1號(hào)流域、5號(hào)流域、7號(hào)流域、8號(hào)流域和10號(hào)流域。水庫子流域各級(jí)別保護(hù)區(qū)分布及具體屬性如圖3和表3。

圖3 沙壩水庫保護(hù)區(qū)級(jí)別劃分Fig.3 Zone grades division protection of Shaba Reservoir

表3 沙壩水庫保護(hù)區(qū)劃分及屬性Tab.3 Division zone protection and properties of Shaba Reservoir

由保護(hù)區(qū)的劃分來看，二級(jí)保護(hù)區(qū)和三級(jí)保護(hù)區(qū)位置均在環(huán)沙壩水庫，以及沙壩水庫入庫徑流的沿線，可以確保徑流在入庫前就已得到相應(yīng)的保護(hù)和治理。而4號(hào)、9號(hào)、12號(hào)以及11號(hào)區(qū)域，雖然都有次級(jí)徑流流經(jīng)，但這幾個(gè)區(qū)域的土地利用類型絕大部分是成林，污染源極少，因此，目前維持現(xiàn)狀即可，不需要進(jìn)行過多的保護(hù)和治理。

4 結(jié)論

1）湖庫型飲用水源地環(huán)境保護(hù)在水安全保障工作中占有重要地位，基于DEM和GIS技術(shù)對(duì)湖庫流域進(jìn)行污染關(guān)鍵區(qū)識(shí)別與保護(hù)區(qū)劃分具有重要意義;

2）以重慶市梁平縣沙壩水庫為研究對(duì)象，基于DEM和ArcGIS將全流域劃分為12個(gè)子流域，提取各子流域內(nèi)污染源屬性，并在此基礎(chǔ)上利用綜合評(píng)價(jià)方法進(jìn)行保護(hù)區(qū)劃分，結(jié)果顯示:一級(jí)保護(hù)區(qū)為49.25 hm2、二級(jí)保護(hù)區(qū) 326.186 6 hm2、三級(jí)保護(hù)區(qū)332.140 4 hm2、四級(jí)保護(hù)區(qū) 243.566 7 hm2，為后期水源地環(huán)境保護(hù)與分期治理提供了科學(xué)依據(jù)。

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Key Areas identification and Zone Division Protection of Pollution Sources of Lake-type Water Source—— A Case Study of Shaba Reservoir in Liangping County

LIU Shu-jun，LIN Xiao-song，SI Shan，JIANG Tian-ming，ZHOU Ling
（School of River＆ Ocean Engineering，Chongqing Jiaotong University，Chongqing 400074，China）

Lake-type water source takes typical hydraulic characteristics.Key areas were identified and protection zone was divided at Shaba Reservoir basin of Liangping County based on DEM and ArcGIS.Settlement，farmland，non-timber forest，upland and traffic as pollution sources based on high resolution remote sensing satellite map’s analysis interpretation and artificial checking were drawn;Shaba Reservoir basin was divided into twelve secondary basins based on automatic acquisition through ArcGIS and artificial checking.Four grades protection zones were divided:the first grade（49.25ha），the second grade（326.186 6 ha），the third grade（332.140 4 ha）and the forth grade（243.566 7 ha）.

lake-type water source;key areas identification;zone division protection;Shaba Reservoir

X821

A

1674-0696（2011）05-1018-04

10.3969/j.issn.1674-0696.2011.05.029

2011-05-17;

2011-06-18

重慶交通大學(xué)研究生創(chuàng)新基金項(xiàng)目［2010（上）15號(hào)］

劉書軍（1984-），男，黑龍江牡丹江人，碩士研究生，主要從事資源環(huán)境與地理信息系統(tǒng)方面的研究工作。E-mail:150244708@163.com。

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