基于GIS對河流型水源保護區(qū)非點源污染的調(diào)查及對策研究

涂俊　何國富　施閩濤

摘要水是生命之源，安全的飲用水是人類的基本需求。對上海市嘉定區(qū)蒲華塘-婁塘河水源保護區(qū)開展了飲用水源地基礎(chǔ)環(huán)境污染源調(diào)查工作，基于GIS技術(shù)對污染源進行了空間分析。掌握了飲用水源保護區(qū)的環(huán)境狀況和污染狀況，并對各類污染源提出了相應(yīng)的污染防治對策，以期推動飲用水源保護工作的全面開展，提高嘉定區(qū)的飲用水安全保障水平。

關(guān)鍵詞水源保護區(qū)；非點源污染；GIS；防治對策

中圖分類號S271文獻標(biāo)識碼A文章編號0517-6611（2014）04-01156-03

作者簡介涂?。?990- ），男，安徽寧國人，碩士研究生，研究方向：水資源評價與管理。 *通訊作者，副教授，博士，從事水污染與修復(fù)方面的研究。

水被廣泛視為最重要的天然資源[1-2]，是人類社會賴以生存的基礎(chǔ)。由于人類不合理的開發(fā)利用，每年超過500萬人因不安全的飲用水和衛(wèi)生設(shè)施引起的疾病而死亡[3]。目前正面臨著不同程度的水質(zhì)污染和飲用水短缺問題[4]，嚴(yán)重影響了人們的身體健康和社會經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展。安全飲用水和基本衛(wèi)生設(shè)施供給是人類健康生活的基本前提，提供安全飲用水已成為當(dāng)前世界水資源的主要問題之一[5]。

水源地是一個城市生存和發(fā)展的必要條件，由于城市化進程的加快，城市供水遇到前所未有的壓力[6]。保護飲用水源地對于減少飲用水處理成本和提高飲用水質(zhì)量具有至關(guān)重要的作用[7]。在該研究中，以嘉定飲用水源保護區(qū)作為研究對象，結(jié)合上海市嘉定區(qū)具體政策和法規(guī)的實際情況，并運用GIS技術(shù)將各影響因子矢量化，通過空間疊加[8]分析了污染源的空間分布，為飲用水水源的安全和水資源管理的優(yōu)化提供了科學(xué)依據(jù)，并對其他河流型水源保護區(qū)的保護提供了重要的理論指導(dǎo)。

1研究區(qū)概況

嘉定區(qū)地處長江三角洲地區(qū)，是上海市的西北門戶，其中心位置在121°15′ E，31°23′ N。東與寶山、普陀兩區(qū)接壤；西與江蘇省昆山市毗連；南襟吳淞江（蘇州河），與閔行、長寧、青浦三區(qū)相望；北依瀏河，與江蘇省太倉市為鄰[9]。全區(qū)總面積為463.9 km2，人口約116萬人。地處亞熱帶邊緣，東南季風(fēng)盛行，降水豐沛，氣候暖濕，光照適中，年平均氣溫17.4 ℃，降雨量1 182 mm，日照約1 691 h[10]。

嘉定區(qū)境內(nèi)河網(wǎng)交錯，水資源豐富，水面積約占全區(qū)總面積的7.6%。區(qū)內(nèi)共有河道1 822條，其中市級河道3條，區(qū)級河道17條，鎮(zhèn)級河道140條。河道總長1 891.29 km，河網(wǎng)密度為4.12 km/km2。全區(qū)河道總面積為35.40 km2[9]。

該研究中嘉定飲用水源區(qū)為蒲華塘-婁塘河水源保護區(qū)，是上海市嘉定區(qū)最主要的飲用水水源，其保護區(qū)面積為19.76 km2（圖1）；水域主干流共涉及3條河流，分別為蒲華塘、婁塘河和橫瀝河，主干流總長度合計為10.94 km。

圖1嘉定區(qū)蒲華塘-婁塘河水源保護區(qū)位置2污染源調(diào)查與分析

為摸清保護區(qū)內(nèi)環(huán)境污染現(xiàn)狀，進而改善水源保護區(qū)域環(huán)境，對保護區(qū)范圍進行了詳細(xì)的實地調(diào)研；并通過相應(yīng)的污染物排放標(biāo)準(zhǔn)[11-13]，計算出各污染源的廢水排放量以及污染物排放量。鑒于研究區(qū)域飲用水水源地特殊性，對水源保護區(qū)的非點源污染調(diào)查分為農(nóng)村生活污染調(diào)查、畜禽養(yǎng)殖污染調(diào)查、農(nóng)田徑流污染調(diào)查。以COD污染物為目標(biāo)，由于調(diào)研采集到的數(shù)據(jù)是以離散點形式存在，對水源保護區(qū)污染物含量現(xiàn)狀圖形化顯示需要用到某些未采樣點的值[14]，通過GIS空間分析能力，計算出未知離散點的污染物分布情況，最后可視化顯示出污染物在保護區(qū)范圍內(nèi)的整體概況圖。

2.1農(nóng)村生活污染嘉定蒲華塘-婁塘河水源保護區(qū)地處嘉定郊區(qū)農(nóng)村地帶，據(jù)調(diào)查，保護區(qū)范圍內(nèi)共涉及108個自然村落，常住人口為21 392人，村落中幾乎沒有完善的排水管網(wǎng)，生活污水多數(shù)未經(jīng)任何處理直接排放，生活污水排放量為68.71萬t/a，COD排放量為312.32 t/a，氨氮排放量為31.23 t/a（表1）。由圖2可以看出，農(nóng)村生活污染引起的COD污染主要分布在干流兩岸，其中，上游蒲華塘東岸COD污染濃度分布較高。

圖2保護區(qū)農(nóng)村生活污染源COD空間分布2.2養(yǎng)殖業(yè)污染養(yǎng)殖業(yè)污染主要包括畜禽養(yǎng)殖污染和水產(chǎn)養(yǎng)殖污染。調(diào)查結(jié)果顯示，在蒲華塘-婁塘河水源保護區(qū)中，養(yǎng)殖業(yè)廢水排放總量為35.00萬t/a，COD排放總量為261.03 t/a，氨氮排放總量為37.96 t/a。其中畜禽養(yǎng)殖主要以養(yǎng)豬散養(yǎng)戶和養(yǎng)雞戶為主，廢水排放量為13.0萬t/a，COD排放總量為170.84 t/a，氨氮排放量為28.34 t/a；水產(chǎn)養(yǎng)殖主要以魚、龜養(yǎng)殖為主，廢水排放量為22萬t/a，COD排放量為90.19 t/a，氨氮排放量為9.62 t/a。由圖3可以看出，在飲用水源干流中部范圍COD分布較為集中，該段有兩處規(guī)模較大水產(chǎn)養(yǎng)殖場，養(yǎng)殖廢水未得到有效處理。

2.3農(nóng)田徑流污染農(nóng)田徑流攜帶的污染物是農(nóng)業(yè)區(qū)面源圖3保護區(qū)養(yǎng)殖業(yè)污染源COD空間分布污染的重要組成部分[15]。經(jīng)調(diào)查統(tǒng)計，水源保護區(qū)內(nèi)農(nóng)田總面積為8.395 km2，主要以水稻、小麥種植為主，輔以蔬菜、葡萄、西瓜種植。農(nóng)田徑流廢水排放量為4 126.2 t/a，COD排放總量為156.30 t/a，氨氮排放總量為31.26 t/a。水源保護區(qū)內(nèi)COD排放量空間分布情況如圖4所示。

3防治對策

（1）合理劃分水源保護區(qū)范圍。嚴(yán)格按照國家、省有關(guān)飲用水源保護區(qū)劃分規(guī)范，科學(xué)、合理地劃分水源保護區(qū)，對已完成水源保護區(qū)劃的水源地抓緊批復(fù)工作，建立飲用水源環(huán)境保護應(yīng)急管理體系和風(fēng)險評估體系。保護區(qū)的范圍可適當(dāng)根據(jù)當(dāng)?shù)貙嶋H情況進行調(diào)整，其陸域范圍應(yīng)結(jié)合水源地地理位置以及集水區(qū)的范圍和陸域的實際建設(shè)情況，在確保飲用水源水質(zhì)不受污染的前提下，劃定水源保護區(qū)陸域范圍。

（2）有效控制生活污水。要有效保障水源水質(zhì)，就要最大限度地減少污水排放，并提高污水的處理效果，從排污總量上進行控制。有效治理生活污染，嚴(yán)禁村落污水未經(jīng)處理直接入河，從而減輕嘉定區(qū)水源保護區(qū)水污染負(fù)荷。針對嘉定區(qū)實際情況，納入市政管網(wǎng)及建立污水集中處理設(shè)施的可行性不強，因此，建議加強區(qū)域內(nèi)農(nóng)村生活污水因地制宜，就地分散處理設(shè)施建設(shè)，規(guī)范三格式化糞池的建設(shè)與管理，加強生活污水就地處理，提高生活污水處理率。

（3）合理規(guī)劃養(yǎng)殖區(qū)。畜禽養(yǎng)殖污染對水源保護區(qū)的環(huán)境污染貢獻率較大，研究區(qū)域內(nèi)養(yǎng)殖主要以散養(yǎng)戶為主，根據(jù)保護區(qū)的實際情況，將原有的養(yǎng)殖點短期內(nèi)全部關(guān)閉無法實現(xiàn)，結(jié)合研究區(qū)域的實際情況將水源地內(nèi)的部分區(qū)域規(guī)劃成禁養(yǎng)區(qū)和適度養(yǎng)殖區(qū)。在禁養(yǎng)區(qū)內(nèi)禁止任何養(yǎng)殖行為，已有的養(yǎng)殖戶應(yīng)限期關(guān)閉；在適度養(yǎng)殖區(qū)設(shè)置的養(yǎng)殖區(qū)域要逐步實現(xiàn)養(yǎng)殖業(yè)的轉(zhuǎn)變，從起初分散零星的粗放飼養(yǎng)向規(guī)?；?、集約化、標(biāo)準(zhǔn)化、生態(tài)型養(yǎng)殖轉(zhuǎn)變，使畜牧養(yǎng)殖產(chǎn)生的非點源污染變?yōu)辄c源加以控制[9]。

（4）控制保護區(qū)周圍農(nóng)藥、化肥的使用量，積極推廣使用生物農(nóng)藥和有機肥料，防止農(nóng)業(yè)非點源污染對河流水質(zhì)的影響。同時，還要加強坡地農(nóng)業(yè)生產(chǎn)管理，其工作重點是在修梯田、地埂、改壟等防控坡面徑流和土壤、肥料、污染物遷移的基礎(chǔ)上，采取減少徑流產(chǎn)生的保護性耕作措施，如采用壟向區(qū)田、深松耕法、少耕法等，從而達到實現(xiàn)預(yù)防和控制面源污染的效果[16]。

（5）完善河流監(jiān)測系統(tǒng)。建立先進的嘉定飲用水源保護區(qū)區(qū)域監(jiān)控技術(shù)裝備體系和質(zhì)量管理體系，建立取水口周邊連續(xù)自動實時監(jiān)測系統(tǒng)，達到取水口周邊水域監(jiān)測科學(xué)化、自動化和現(xiàn)代化的目標(biāo)。監(jiān)測方式采用在線監(jiān)測儀器、移動監(jiān)測及實驗室常規(guī)檢驗相結(jié)合。系統(tǒng)監(jiān)測頻次建議為一般每月一次，重點監(jiān)測項目每周一次，特征污染因子監(jiān)測每天一次，出現(xiàn)異常情況隨時加測。監(jiān)測項目按《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》GB3838-2002執(zhí)行。區(qū)環(huán)境監(jiān)測中心負(fù)責(zé)監(jiān)控系統(tǒng)統(tǒng)一管理、質(zhì)量監(jiān)督和數(shù)據(jù)發(fā)布等。

（6）開展水源保護區(qū)隔離防護工程[17]。為分隔人類活動對嘉定水源保護區(qū)的干擾，最大可能地減少一切可能污染對保護區(qū)的危害，努力增加保護區(qū)內(nèi)的生物多樣性，提高其自然生態(tài)功能，增加地表水的入滲能力，涵養(yǎng)地下水源，必須對保護區(qū)實施隔離防護，如在干流蒲華塘、婁塘河和橫瀝河兩岸開展物理隔離工程（護欄、圍網(wǎng)等）和生物隔離工程（防護林）。

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