湖库型水源地污染关键区识别与保护区划分——以梁平县沙坝水库为例

刘书军，林孝松，斯 珊，蒋天明，周 伶

（重庆交通大学河海学院，重庆 400074）

湖库型水源地污染关键区识别与保护区划分
——以梁平县沙坝水库为例

刘书军，林孝松，斯 珊，蒋天明，周 伶

（重庆交通大学河海学院，重庆 400074）

湖库型水源地污染具有特殊的水力特性，在生活饮用水安全保障工作中占有重要地位。以梁平县沙坝水库为研究对象，基于DEM和ArcGIS对其进行污染关键区识别与保护区划分。以高分辨率遥感卫星影像资料解译与人工校核相结合方法，提取整个流域内的居民点、农田、经济林、旱地与交通等作为污染源;以ArcGIS自动获取与人工校核相结合的方法将沙坝水库全流域划分为12个子流域，综合考虑各类污染源的影响程度，在此基础上划分出一级保护区（49.25 hm2）、二级保护区（326.186 6 hm2）、三级保护区（332.140 4 hm2）、四级保护区（243.566 7 hm2）。

湖库型水源地;关键区识别;保护区划分;沙坝水库

生活饮用水安全保障工作是关系国计民生的大事，近年来受到党中央、国务院和社会各界的高度重视。因此，很多学者在饮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论。当前，国内外对城市饮用水源地安全的研究主要体现在水源地现状评价及污染防治［1-2］、水源地水质及生态安全评价［3-4］、水源地安全应急管理以及信息技术在水源地安全保障方面的应用［5-6］等4个方面。

当前这些研究领域中不乏湖库型水源地安全的研究。之所以会有湖库型城市饮用水源地的单独提出，是因为其有着特殊的水力特点以及相应的周围环境。湖库型污染具有如下特点:①与河流型水库相比，湖泊因为水的流动性相对较弱，污染物质扩散较差，污染易沉积于水库或湖底，形成痼疾;②湖泊水库污染后易造成严重的后果;③湖泊水库污染源的范围和面积相对固定可控，利用地理信息系统确定污染关键区后，可对相关区域开展相应保护，以达到事先预警的防护措施。因此，对其安全保障进行研究具有重要的现实意义。笔者以重庆梁平县沙坝水库为例，基于DEM和ArcGIS，针对湖库型水源地主要进行关键区识别及保护区划分等方面的工作。

1 研究区域概况

沙坝水库位于重庆市梁平县内，东经107°24'～108°05'，北纬 30°25'～30°53'，整个流域面积为 9.5 km2。涉及板桥村、九道村和三洞村等村，与梁平县主城区仅有一条渝宜高速公路（G42）相隔。沙坝水库全流域地势西南高，东北低。流域内最高海拔为1 000 m，位于流域南部，流域地貌以丘陵为主。流域内主要土地利用类型为成林、旱地、水田、竹林以及草地。水库的东、南方向有3条小河流汇入，整个集水区内分布着余家湾、张家湾、杨家寨等大大小小几十个居民点，特别是水库保护区周围的住宅比较密集。沙坝水库主要用于农业灌溉，并与梁平县其他水库共同作为城市饮用水主要水源地之一，如图1。

图1 沙坝水库流域状况Fig.1 Basin overview of Shaba Reservoir

2 子流域划分及污染源提取

基于 GIS技术，结合 DEM和 ArcGIS水文分析［7］得到子流域划分，经人工校核后将沙坝水库合并为12个子流域，如图2。

图2 沙坝水库子流域划分Fig.2 Secondary basin’s division of Shaba Reservoir

基于2009年沙坝水库高分辨率遥感地形图解译获得，沙坝水库流域主要有经济林、水田、旱地、竹林、成林以及草地等土地利用类型，通过分析土地利用类型在人类活动集中程度、化学污染、突发性污染等方面所呈现的可承载程度来判别是否将该种土地利用类型提取为污染源。在以获取的土地利用类型中，经济林、水田以及旱地3种类型中农业活动比较集中，由于不同的耕种方式、化肥和农药的施用水平都会对营养元素（N、P等）的流失造成较大影响，所以将这3类土地利用类型归类于农业面源污染范畴内;而成林、竹林以及草地属自然生长植物，其本身并不产生污染，并且对水土保持具有较大保护作用，故这3类土地利用类型不作为污染源。因此，将提取后的经济林、水田和旱地3类污染源作为各子流域内污染属性之一［8］;由于人类的日常活动在相对集中的居民点范围内，会产生大量的生活垃圾和生活污水排放问题，这些都将直接造成土壤侵蚀，并会污染到地下径流，因此，将全流域内的居民点也作为各子流域内的污染属性之一［9］;道路所承载的功能是运输，属于人类活动较为频繁的地带，很多突发因素，如运输带有污染性质的物体造成的泄露或过高的载重量造成的土质疏松，尤其是这种山间级别不高的道路，受到影响的可能性就更高，因此，将全流域内的交通也作为各个流域内的污染属性之一［10］。由此，得到水库流域内各子流域污染属性，如表1。

表1 沙坝水库子流域污染属性Tab.1 Secondary basin’s pollution properties of Shaba Reservoir

3 沙坝水库污染保护区划分

3.1 保护区划分方法

将各污染源以指标形式进行统计计算，其中，点源污染以居民点个数为指标，线源污染以每公顷含有交通线条数为指标，面源污染以公顷含有污染面面积数为指标。通过层次分析法，将各类污染源分为2个层次进行运算，综合专家系统评估，最终得出各污染源权重Wi如表2。

表2 沙坝水库污染源权重Tab.2 Pollution source’s weight of Shaba Reservoir

以各污染源污染综合指数M为划分标准，污染综合指数计算如式（1）:

式中:Mi为污染综合指标;Wi各项密度权重;Pi为污染属性种类;j为对应子流域。

当综合指标M≥2.0时，设置为二级保护区，当综合指标1.0≤M≤2.0时，设置为三级保护区，当M＜1.0时，设置为四级保护区。

3.2 保护区划分

将沙坝水库保护区分为4个级别，分别为一级保护区至四级保护区，根据入库水系沿岸的污染属性实际情况，将一级、二级保护区列为重点保护区，三级保护区为次重点保护区，四级保护区为一般保护区。其中，一级保护区为沙坝水库水体，二级保护区为2号流域、3号流域和6号流域。三级保护区为1号流域、5号流域、7号流域、8号流域和10号流域。水库子流域各级别保护区分布及具体属性如图3和表3。

图3 沙坝水库保护区级别划分Fig.3 Zone grades division protection of Shaba Reservoir

表3 沙坝水库保护区划分及属性Tab.3 Division zone protection and properties of Shaba Reservoir

由保护区的划分来看，二级保护区和三级保护区位置均在环沙坝水库，以及沙坝水库入库径流的沿线，可以确保径流在入库前就已得到相应的保护和治理。而4号、9号、12号以及11号区域，虽然都有次级径流流经，但这几个区域的土地利用类型绝大部分是成林，污染源极少，因此，目前维持现状即可，不需要进行过多的保护和治理。

4 结论

1）湖库型饮用水源地环境保护在水安全保障工作中占有重要地位，基于DEM和GIS技术对湖库流域进行污染关键区识别与保护区划分具有重要意义;

2）以重庆市梁平县沙坝水库为研究对象，基于DEM和ArcGIS将全流域划分为12个子流域，提取各子流域内污染源属性，并在此基础上利用综合评价方法进行保护区划分，结果显示:一级保护区为49.25 hm2、二级保护区 326.186 6 hm2、三级保护区332.140 4 hm2、四级保护区 243.566 7 hm2，为后期水源地环境保护与分期治理提供了科学依据。

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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

重庆交通大学研究生创新基金项目［2010（上）15号］

刘书军（1984-），男，黑龙江牡丹江人，硕士研究生，主要从事资源环境与地理信息系统方面的研究工作。E-mail:150244708@163.com。

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