漓江流域不同土地利用类型下水体污染类型与成因

林 鹏，陈余道，夏 源

（桂林理工大学　　环境科学与工程学院，广西桂林 541004）

漓江流域不同土地利用类型下水体污染类型与成因

林 鹏，陈余道，夏 源

（桂林理工大学环境科学与工程学院，广西桂林 541004）

土地利用类型、社会经济活动直接影响着区域水体污染特征。本文以漓江流域为研究对象，在其干流和11条支流设置14个监测断面，进行1个水文年的取样监测，用综合水质标识指数法进行水质评价，并对比分析不同土地利用方式下水体污染类型与成因，分析得出以下结论：（1）研究区主要污染物是TN。（2）污染最严重的是漓江中游，上游水质总体情况比中下游好；水质最差的是桃花江，为Ⅳ类水质；水质最好的是六洞河和小溶江，达到Ⅰ类水质。（3）在季节上，上游枯水期污染比丰水期稍严重；中游枯水期污染较丰水期严重；下游丰水期污染重于枯水期。（4）土地利用类型影响水体的污染类型：上游河流林地覆盖广，污染轻；中游城镇用地和耕地面积广，受工业和生活污水影响，污染较其他河流严重，以点源污染为主；下游河流园地面积比重大，在丰水期水土流失加重，以农业面源污染为主。

漓江流域；土地利用类型；水质特征；综合水质标识指数法

土地利用方式直接影响着污染物质的迁移转化、地表径流、地形地貌、耕作方式等因素［1］。大量的研究表明，人类活动以及土地利用方式与区域水体污染物浓度具有较高的相关关系，并且被认为是解释所有水质参数变化的一个重要的因素［2-4］。近年来，流域景观格局结构、社会经济、农业活动等因素对河流水质的影响逐渐得到重视［5］。但是由于流域土地利用现状、土壤构成、点源污染、人类活动、社会经济发展水平等外在因素的存在，导致土地利用与水质之间的关联被抵消或掩盖［1］。

漓江是桂林市主要供水水源，随着近几十年来工农业、旅游业的快速发展，漓江水环境、生态环境恶化加剧。喻泽斌、李永军［6-7］等对漓江水环境质量进行评价得出，漓江干流市区段的水体污染总体上受城市生活污水和工业废水影响，污染最严重，而且丰水期污染大于枯水期，污染物主要为氨氮和COD。漓江流域不同的地形地貌、地质条件和经济活动强度，使得不同的土地利用类型与水质间响应关系可能存在差异。因此，为确定漓江流域不同土地利用类型下区域水质污染特征，本研究选取漓江流域11条支流为研究对象，通过设置14个监测断面，进行1个水文年的取样监测，并评价水质和对比分析不同土地利用类型流域的水质时空变化特征，为漓江流域面源污染防治提供科学依据。

1　研究区概况

漓江位于珠江流域，是桂江的上游河段。漓江主要有11条支流，由上至下分别是：上游黄柏江、川江、灵渠、小溶江，中游甘棠江、桃花江、良丰河、黄沙河，下游潮田河、龙颈河、遇龙河，如图1所示。研究区总面积5 580 km2，处中亚热带季风气候区，年平均气温为16.5～20.0℃，雨量充沛，年平均降雨量为1 367.5～1 932.9 mm，降雨量和流量的丰枯相差悬殊，每年3～8月是丰水期，9月至次年2月为枯水期。研究区地形以山地、平原地貌为主，丘陵、盆地、岩溶地貌兼而有之，属中低山和丘陵地形，整个流域以漓江为轴线，呈南北向狭长带状分布。

图1　漓江流域范围及土地利用现状图Fig.1 Basin range and current land use of Lijiang River

上游河流林地面积大于85%，夹少量耕地和城镇用地。中游支流林地面积在52%～78%，耕地和城镇用地在22%～48%，耕地和城镇用地相对较高。下游支流林地面积在72%～87%，而园地面积相对较高，在8%～14%，如图2所示。

2　断面设置、评价方法及结果

2.1监测断面设置及监测项目

本文在漓江干流及11条支流出口处共设置14个监测断面，断面位置和编号如图1所示。采样时间为2012年9月至2013年9月，监测频率为每月1次。用采样仪收集水样，装入聚乙烯瓶（600 mL）中，带回实验室冷藏保存并分析。实验室分析指标为：TN、TP、COD和NH3-N，TN采用碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法（HJ 636—2012）测定，检出下限为0.05 mg/L；TP采用钼酸铵分光光度法（GB 11893—1989）测定，检出下限为0.01 mg/L；COD采用高锰酸钾法（GB 11892—1989）测定，检出下限为0.5 mg/L；NH3-N采用纳氏试剂分光光度法（HJ 535—2009）测定，检出下限为0.5 mg/L。

图2　漓江流域土地利用类型Fig.2 Percentage of land use types in Lijiang River Basin

2.2 水质评价方法

2.2.1单因子水质标识指数的组成 单因子水质指数Pi由1位整数、小数点后2位或3位有效数字组成，表示为

式中：X1为第i项水质指标的水质类别；X2为监测数据在X1类水质标准下限值与X1类水质标准上限值变化区间中所处的位置，按四舍五入的原则计算确定；X3为参与综合水质评价指标中，劣于水环境功能区目标的单项指标个数［8-9］。

2.2.2综合水质标识指数的组成 综合水质标识指数由单因子水质标识指数总和的平均值、代表水质类别与功能区划设定类别比较结果、参加整体水质评价的指标中劣于功能区标准的水质指标个数组成，其公式为［10-11］

其中：X1.X2为单因子水质标识指数法总和的平均值；m为参加水质评价因子个数；X3为参与综合水质评价的水质指标中，劣于水环境功能区目标的单项指标个数；X4为综合水质类别与水体功能区类别的比较结果。如果综合水质类别好于功能区类别，则X4=0；如果X4=1或X4=2，表明综合水质劣于功能区1或2个类别，以此类推。通过综合水质标识指数Iwq的整数位和小数点后第1位X1. X2，可以判定综合水质级别以及综合水质随时空变化评价的取值范围，判定关系见表1。

表1　综合水质评价级别标准Table 1 Comprehensive water quality assessment standards for water level

2.3评价结果

选取 TN、TP、COD和NH3-N作为评价因子，进行综合水质级别评价和综合水质随时间变化评价。

2.3.1单因子水质标识指数评价 由表2的单因子水质标识指数可知，4个指标中，污染最为严重的是TN，其余依次是TP、NH3-N、COD。除六洞河和小溶江外，其余断面的TN表示指数均未达到功能区要求，而且中、下游河流TN标识指数明显大于上游，其中最高的是中游的桃花江、桂林水文站和良丰河。因此，控制氮污染是控制水质的关键所在。TP标识指数最高的是川江，这可能是TP主要来源于水土流失，而川江上游刚完成修建水库，水土流失严重。

表2　单因子水质标识指数法对单项指标评价结果Table 2 Result of water quality assessment using single factor water quality identification index

漓江3个干流断面的综合水质标识指数分别为六洞河2.000、桂林水文站3.310和阳朔大桥2.910，中游污染最严重，上游污染较轻。根据空间变化指数，从六洞河断面到桂林水文站水质显著恶化了65.5%；从桂林水文站到阳朔大桥，水质轻微改善了12.1%。

漓江上游水质较好，小溶江为Ⅰ类水质，黄柏江和灵渠为Ⅱ类水质，川江为Ⅲ类水质，均达到地表水水功能区划要求。除川江外，其余断面NH3-N和COD标识指数均达到Ⅰ类水质。漓江中游污染最严重是桃花江，其综合水质标识指数是4.141，为Ⅳ类水质，其次为良丰河的3.410，Ⅲ类水质，甘棠江和黄沙河为Ⅱ类水质。漓江下游断面均达到Ⅱ类水质，但污染由上至下呈加重的趋势，综合污染标识指数由2.410增加到2.910。

2.3.2综合标识指数评价 对各断面枯水期和丰水期水质进行评价，结果如表3和图3所示。上游：灵渠和小溶江枯水期和丰水期水质基本没有变化；六洞河、黄柏江和川江为枯水期水质劣于丰水期，其中前两者为轻微变化，后者为显著变化。中游：甘棠江枯水期水质稍差于丰水期，桃花江枯水期水质显著劣于丰水期，良丰河枯水期污染轻微大于丰水期；黄沙河丰水期污染轻微大于枯水期，桂林水文站丰水期污染稍大于枯水期。下游：除龙颈河污染综合指数相同外，其余均为丰水期大于枯水期，遇龙河为轻微变化，其余为基本不变。

表3　各监测断面综合标识指数及时间变化评价Table 3 　Comprehensive water quality identification index of monitoring sections and evaluation of change with time

3　水体污染类型与成因分析

由以上评价结合图2分析不同土地利用类型造成的水质特征，由于灵渠为外源水，所以不参与以下讨论。

漓江干流上游六洞河林地面积大，受人类活动影响小，中游城镇面积大，接纳了桂林市工业和生活废水，所以桂林水文站断面较六洞河断面水质恶化了65.5%，而经77 km的河道自净后，到下游阳朔大桥，水质较桂林水文站改善了12.1%。

上游支流流域内林地面积大于90%，城镇用地和耕地面积小于8%。林地覆盖面积广，水土流失量小，受人类影响小，水质均达到功能区要求。根据相关研究表明涵养林对营养盐具有一定的拦截作用［12-13］，进而使得污染物减少。由于川江上游修建水库施工点离监测断面较近，为Ⅲ类水质，而且枯水期污染明显大于丰水期，属于水土流失型点源污染为主。

中游支流流域内林地面积在52%～77%，城镇用地和耕地在22%～47%。城镇、农村生活污水比重大，农业生产及养殖造成的有机污染，使这些支流污染较其他地区严重。4个评价因子的标识指数明显高于上游和下游。桃花江和良丰河林地面积相近，但其城建用地面积是良丰河的2.3倍，因而桃花江的 TP、NH3-N和COD单因子标识指数明显高于良丰河，尤其NH3-N单因子标识指数是良丰河的2.0倍。已有研究发现，城市建设用地面积与NH3-N、COD浓度存在显著的正相关［2，14］。此外，城市化导致径流量的增多也增加了进入河流的泥沙量和污染负荷［15］。除黄沙河外，其余断面枯水期综合水质标识指数高于丰水期，可推断其主要污染物来源于城镇工业和生活废水等点源污染。可见，城镇用地面积大小与河流水质呈显著负相关性。黄沙河城镇用地多为农村居民点用地，工业废水和生活污水相对较少，而耕地面积比例大，所以丰水期污染重于枯水期，以农业面源污染为主。甘棠江水域占有率远大于黄沙河，而其他土地类型差不多，但甘棠江的水质优于黄沙河，可见河流上游大面积的水域可以有效改善河道水质。

图3　监测断面综合标识指数随时间变化Fig.3 Comprehensive marking index of monitoring sections changes with time

下游支流潮田河、遇龙河的林地面积在71%～88%，园地面积在8%～14%，园地比例相对其他河流大。潮田河与遇龙河相比，随着园地面积和耕地面积增大，水质污染加重，而且随时间变化更大。这是由于园地面积大，在丰水期水土流失加重，以农业面源污染为主。由黄沙河与遇龙河相比，前者耕地比例大，后者园地比例大，而遇龙河的TN、TP单因子标识指数明显大于黄沙河，水质也劣于黄沙河，可以看出园地造成的农业面源污染要大于耕地，以水土流失型为主。而龙颈河园地比例大于潮田河，但其枯水期与丰水期水质变化不大，可能是由于监测断面下游60 m处筑有2 m高的水坝，受库区蓄水影响，掩盖了水质与土地类型的相关性。

4　结论与建议

通过对漓江流域14个监测断面的监测、水质评价和结合各支流土地利用类型对比分析，得出以下结论：

（1）研究区的主要污染物质是TN。除六洞河和小溶江外，其余断面的TN标识指数均未达到功能区要求。

（2）漓江污染最严重的是中游的干流、支流，上游水质总体情况比中下游好。污染最严重的支流是桃花江，为Ⅳ类水质，其次是良丰河和川江，为Ⅲ类水质。水质最好的是六洞河和小溶江，达到Ⅰ类水质。

（3）在季节上，上游断面，总体体现为枯水期污染稍大于丰水期；中游支流除黄沙河外，均为枯水期污染较丰水期严重，以桃花江和良丰河最为明显；下游支流除龙颈河外，均为丰水期污染重于枯水期。

（4）不同土地利用类型影响水体的污染类型：上游河流林地覆盖广，拦截了部分营养物，使得污染物入河量低，水质较好；中游城镇用地和耕地面积广，受工业废水和生活污水以及农业和养殖业影响，污染较其他河流严重，以点源污染为主；下游河流园地面积占有率大，在丰水期水土流失加重，从而使丰水期污染大于枯水期，以农业面源污染为主。城镇用地面积大小与河流水质呈显著负相关性，而水域面积大小与河流水质呈正相关性，另外园地造成的农业面源污染要大于耕地。

漓江流域TN污染最为严重，因此建议对漓江流域的氮污染进行治理，并且应侧重于整治桃花江、良丰河和遇龙河等支流。对于桃花江和良丰河流域，主要着重于工业废水和城镇生活污水的处理或增加涵养林面积等措施；而遇龙河流域需要加强农业面源污染控制，如建设施肥和施药技术体系，同时推广生态拦截沟渠、人工湿地和稻田消纳等技术，能高效拦截、净化氮磷污染物，并兼具生态景观美化之功能［16-17］。

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Types and causes of water pollution under different land use types in Lijiang River Basin

LIN Peng，CHEN Yu-dao，XIA Yuan
（College of Environmental Science and Engineering，Guilin University of Technology，Guilin 541006，China）

Water pollution characteristics of the region are affected by land use types as well as social and economic activities.This paper takes Lijiang River Basin as the research object，14 monitoring sections are set up along the Lijiang River and 11 tributaries.Monitoring and sampling were done during a hydrological year to evaluate the water pollution according to different land uses，by the comprehensive water quality identification indexes.The results show that（1）TN is the main pollutant in Lijiang River Basin；（2）The most serious pollution is the middle reaches of Li River.The upstream water quality is the best.The most polluted tributary is Taohua River，as the IV water quality.The water quality of Liudong River and Xiaorong River is the best，class I water quality；（3）In terms of season，the pollution in dry season is a little serions than wet season in upstream.The pollution in dry season is worse than wet season in the middle tributaries，and the downstream to the contrary；（4）The types of water pollution are influenced by the land use types.The upstream pollution is not so bad，because of large area of woodland.The midstream pollution is more serious because of the industrial and domestic sewage.The main type of pollution is point source.In the downstream river，garden area is at a major ratio. Soil erosion increases in wet season.The main type of pollution is agricultural non-point source pollution.

Lijiang River Basin；land use types；water quality；comprehensive water quality identification indexes

X522

A

1674-9057（2016）03-0539-06

10.3969/j.issn.1674-9057.2016.03.019

2014-12-18

国家自然科学基金项目（41362012）；国家科技支撑课题项目（2012BAC16B02）

林 鹏 （1987—），男，硕士，研究方向：污染水文地质学，linpeng198812@163.com。

陈余道，博士，教授，博士生导师，cyd0056@vip.sina.com。

引文格式：林鹏，陈余道，夏源.漓江流域不同土地利用类型下水体污染类型与成因［J］.桂林理工大学学报，2016，36（3）：539-544.