基于GIS对河流型水源保护区非点源污染的调查及对策研究

涂俊　何国富　施闽涛

摘要水是生命之源，安全的饮用水是人类的基本需求。对上海市嘉定区蒲华塘-娄塘河水源保护区开展了饮用水源地基础环境污染源调查工作，基于GIS技术对污染源进行了空间分析。掌握了饮用水源保护区的环境状况和污染状况，并对各类污染源提出了相应的污染防治对策，以期推动饮用水源保护工作的全面开展，提高嘉定区的饮用水安全保障水平。

关键词水源保护区；非点源污染；GIS；防治对策

中图分类号S271文献标识码A文章编号0517-6611（2014）04-01156-03

作者简介涂俊（1990- ），男，安徽宁国人，硕士研究生，研究方向：水资源评价与管理。 *通讯作者，副教授，博士，从事水污染与修复方面的研究。

水被广泛视为最重要的天然资源[1-2]，是人类社会赖以生存的基础。由于人类不合理的开发利用，每年超过500万人因不安全的饮用水和卫生设施引起的疾病而死亡[3]。目前正面临着不同程度的水质污染和饮用水短缺问题[4]，严重影响了人们的身体健康和社会经济的可持续发展。安全饮用水和基本卫生设施供给是人类健康生活的基本前提，提供安全饮用水已成为当前世界水资源的主要问题之一[5]。

水源地是一个城市生存和发展的必要条件，由于城市化进程的加快，城市供水遇到前所未有的压力[6]。保护饮用水源地对于减少饮用水处理成本和提高饮用水质量具有至关重要的作用[7]。在该研究中，以嘉定饮用水源保护区作为研究对象，结合上海市嘉定区具体政策和法规的实际情况，并运用GIS技术将各影响因子矢量化，通过空间叠加[8]分析了污染源的空间分布，为饮用水水源的安全和水资源管理的优化提供了科学依据，并对其他河流型水源保护区的保护提供了重要的理论指导。

1研究区概况

嘉定区地处长江三角洲地区，是上海市的西北门户，其中心位置在121°15′ E，31°23′ N。东与宝山、普陀两区接壤；西与江苏省昆山市毗连；南襟吴淞江（苏州河），与闵行、长宁、青浦三区相望；北依浏河，与江苏省太仓市为邻[9]。全区总面积为463.9 km2，人口约116万人。地处亚热带边缘，东南季风盛行，降水丰沛，气候暖湿，光照适中，年平均气温17.4 ℃，降雨量1 182 mm，日照约1 691 h[10]。

嘉定区境内河网交错，水资源丰富，水面积约占全区总面积的7.6%。区内共有河道1 822条，其中市级河道3条，区级河道17条，镇级河道140条。河道总长1 891.29 km，河网密度为4.12 km/km2。全区河道总面积为35.40 km2[9]。

该研究中嘉定饮用水源区为蒲华塘-娄塘河水源保护区，是上海市嘉定区最主要的饮用水水源，其保护区面积为19.76 km2（图1）；水域主干流共涉及3条河流，分别为蒲华塘、娄塘河和横沥河，主干流总长度合计为10.94 km。

图1嘉定区蒲华塘-娄塘河水源保护区位置2污染源调查与分析

为摸清保护区内环境污染现状，进而改善水源保护区域环境，对保护区范围进行了详细的实地调研；并通过相应的污染物排放标准[11-13]，计算出各污染源的废水排放量以及污染物排放量。鉴于研究区域饮用水水源地特殊性，对水源保护区的非点源污染调查分为农村生活污染调查、畜禽养殖污染调查、农田径流污染调查。以COD污染物为目标，由于调研采集到的数据是以离散点形式存在，对水源保护区污染物含量现状图形化显示需要用到某些未采样点的值[14]，通过GIS空间分析能力，计算出未知离散点的污染物分布情况，最后可视化显示出污染物在保护区范围内的整体概况图。

2.1农村生活污染嘉定蒲华塘-娄塘河水源保护区地处嘉定郊区农村地带，据调查，保护区范围内共涉及108个自然村落，常住人口为21 392人，村落中几乎没有完善的排水管网，生活污水多数未经任何处理直接排放，生活污水排放量为68.71万t/a，COD排放量为312.32 t/a，氨氮排放量为31.23 t/a（表1）。由图2可以看出，农村生活污染引起的COD污染主要分布在干流两岸，其中，上游蒲华塘东岸COD污染浓度分布较高。

图2保护区农村生活污染源COD空间分布2.2养殖业污染养殖业污染主要包括畜禽养殖污染和水产养殖污染。調查结果显示，在蒲华塘-娄塘河水源保护区中，养殖业废水排放总量为35.00万t/a，COD排放总量为261.03 t/a，氨氮排放总量为37.96 t/a。其中畜禽养殖主要以养猪散养户和养鸡户为主，废水排放量为13.0万t/a，COD排放总量为170.84 t/a，氨氮排放量为28.34 t/a；水产养殖主要以鱼、龟养殖为主，废水排放量为22万t/a，COD排放量为90.19 t/a，氨氮排放量为9.62 t/a。由图3可以看出，在饮用水源干流中部范围COD分布较为集中，该段有两处规模较大水产养殖场，养殖废水未得到有效处理。

2.3农田径流污染农田径流携带的污染物是农业区面源图3保护区养殖业污染源COD空间分布污染的重要组成部分[15]。经调查统计，水源保护区内农田总面积为8.395 km2，主要以水稻、小麦种植为主，辅以蔬菜、葡萄、西瓜种植。农田径流废水排放量为4 126.2 t/a，COD排放总量为156.30 t/a，氨氮排放总量为31.26 t/a。水源保护区内COD排放量空间分布情况如图4所示。

3防治对策

（1）合理划分水源保护区范围。严格按照国家、省有关饮用水源保护区划分规范，科学、合理地划分水源保护区，对已完成水源保护区划的水源地抓紧批复工作，建立饮用水源环境保护应急管理体系和风险评估体系。保护区的范围可适当根据当地实际情况进行调整，其陆域范围应结合水源地地理位置以及集水区的范围和陆域的实际建设情况，在确保饮用水源水质不受污染的前提下，划定水源保护区陆域范围。

（2）有效控制生活污水。要有效保障水源水质，就要最大限度地减少污水排放，并提高污水的处理效果，从排污总量上进行控制。有效治理生活污染，严禁村落污水未经处理直接入河，从而减轻嘉定区水源保护区水污染负荷。针对嘉定区实际情况，纳入市政管网及建立污水集中处理设施的可行性不强，因此，建议加强区域内农村生活污水因地制宜，就地分散处理设施建设，规范三格式化粪池的建设与管理，加强生活污水就地处理，提高生活污水处理率。

（3）合理规划养殖区。畜禽养殖污染对水源保护区的环境污染贡献率较大，研究区域内养殖主要以散养户为主，根据保护区的实际情况，将原有的养殖点短期内全部关闭无法实现，结合研究区域的实际情况将水源地内的部分区域规划成禁养区和适度养殖区。在禁养区内禁止任何养殖行为，已有的养殖户应限期关闭；在适度养殖区设置的养殖区域要逐步实现养殖业的转变，从起初分散零星的粗放饲养向规模化、集约化、标准化、生态型养殖转变，使畜牧养殖产生的非点源污染变为点源加以控制[9]。

（4）控制保护区周围农药、化肥的使用量，积极推广使用生物农药和有机肥料，防止农业非点源污染对河流水质的影响。同时，还要加强坡地农业生产管理，其工作重点是在修梯田、地埂、改垄等防控坡面径流和土壤、肥料、污染物迁移的基础上，采取减少径流产生的保护性耕作措施，如采用垄向区田、深松耕法、少耕法等，从而达到实现预防和控制面源污染的效果[16]。

（5）完善河流监测系统。建立先进的嘉定饮用水源保护区区域监控技术装备体系和质量管理体系，建立取水口周边连续自动实时监测系统，达到取水口周边水域监测科学化、自动化和现代化的目标。监测方式采用在线监测仪器、移动监测及实验室常规检验相结合。系统监测频次建议为一般每月一次，重点监测项目每周一次，特征污染因子监测每天一次，出现异常情况随时加测。监测项目按《地表水环境质量标准》GB3838-2002执行。区环境监测中心负责监控系统统一管理、质量监督和数据发布等。

（6）开展水源保护区隔离防护工程[17]。为分隔人类活动对嘉定水源保护区的干扰，最大可能地减少一切可能污染对保护区的危害，努力增加保护区内的生物多样性，提高其自然生态功能，增加地表水的入渗能力，涵养地下水源，必须对保护区实施隔离防护，如在干流蒲华塘、娄塘河和横沥河两岸开展物理隔离工程（护栏、围网等）和生物隔离工程（防护林）。

参考文献

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