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關(guān)于信陽(yáng)地區(qū)地表水水質(zhì)及污染研究
隨著工農(nóng)業(yè)的發(fā)展，大量工業(yè)廢水和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)中過(guò)量營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的排泄，導(dǎo)致江河水環(huán)境質(zhì)量的惡化，造成嚴(yán)重的生態(tài)危機(jī)[1~3]，其中工業(yè)污染和農(nóng)業(yè)污染都是主要的污染源[4]。信陽(yáng)地區(qū)位于淮河上游，工農(nóng)業(yè)比較發(fā)達(dá)，地表水污染較為嚴(yán)重。本文主要對(duì)信陽(yáng)西部地區(qū)地表水環(huán)境進(jìn)行評(píng)價(jià)并對(duì)其主要污染源進(jìn)行分析，以期對(duì)該地區(qū)的地表水污染治理與環(huán)境保護(hù)提供科學(xué)依據(jù)。
1.研究區(qū)概況
本文主要對(duì)淮河上游的信陽(yáng)地區(qū)進(jìn)行地表水水質(zhì)及污染源分析。研究區(qū)域位于河南省信陽(yáng)市平橋區(qū)、?河區(qū)、羅山區(qū)及息縣四區(qū)，地處東經(jīng)113°45′～114°32′、北緯31°32′～32°42′之間，流域面積約10256km2，如圖1。該地區(qū)屬亞熱帶向暖溫帶過(guò)渡區(qū)，年平均氣溫在15.1 ~15.51 ℃℃之間，年平均降水日數(shù)102~129d，年降水量900~1400mm，年蒸發(fā)量800~1000mm。研究區(qū)域內(nèi)流程在100km以上的有?河、白露河、河和竹竿河，均呈西南—東北方向匯入淮河。
2.研究方法
2.1資料來(lái)源
地表水水質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)為研究區(qū)域內(nèi)南灣水庫(kù)(壩上)、琵琶山橋下、平橋灌渠、長(zhǎng)臺(tái)關(guān)水文站基面、明港鎮(zhèn)窯廠橋下、息縣水文站基面、石山口水庫(kù)7個(gè)監(jiān)測(cè)斷面（見圖1）2001~2007年的常規(guī)監(jiān)測(cè)資料，主要水質(zhì)指標(biāo)為：溶解氧、高錳酸鉀指數(shù)、化學(xué)需氧量、氨氮、總磷、五日生化需氧量、氟化物、揮發(fā)酚及硝酸鹽等。污染源資料包括排污口經(jīng)緯度數(shù)據(jù)、水質(zhì)監(jiān)測(cè)成果資料及當(dāng)?shù)夭煌恋乩梅绞降氖┓蕯?shù)據(jù)。
在進(jìn)行面源污染分析時(shí)，劃分地表水監(jiān)測(cè)站的流域控制范圍用到的資料包括信陽(yáng)地區(qū)2005年分辨率為30m×30m的遙感TM影像、空間分辨率為30?的DEM圖以及1：20萬(wàn)分縣土壤類型圖等。在進(jìn)行綜合分析時(shí)還用到了息縣站2001~2005年降雨、蒸發(fā)資料等。
2.2水質(zhì)評(píng)價(jià)方法
本文采用綜合指數(shù)法[5]對(duì)各站水質(zhì)狀況進(jìn)行評(píng)價(jià)。綜合指數(shù)法是以評(píng)價(jià)指標(biāo)的實(shí)測(cè)濃度值與該指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)值的比值反映水體中污染物的超標(biāo)倍數(shù)，并根據(jù)綜合污染指數(shù)將水質(zhì)分為6級(jí)：清潔（＜0.2）、尚清潔（0.2～0.4）、輕污染（0.4～0.7）、中污染（0.7～1.0）、重污染（1.0～2.0）和嚴(yán)重污染（＞2.0）。根據(jù)信陽(yáng)市水功能二級(jí)區(qū)劃的水質(zhì)目標(biāo)，以《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)GBT3838-2002》中Ⅲ類水為評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。
2.3 點(diǎn)源污染評(píng)價(jià)方法
采用等標(biāo)污染負(fù)荷法[6]對(duì)研究區(qū)域內(nèi)28個(gè)排污口進(jìn)行污染評(píng)價(jià)。其中標(biāo)準(zhǔn)值的選取以《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)GB8978-1996》中二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)為評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。該方法簡(jiǎn)單易行且具有較好的綜合性，主要用于確定主導(dǎo)污染源、主導(dǎo)污染行業(yè)或重點(diǎn)污染區(qū)域等。
負(fù)荷；Cik——污染源i排放的污染物k的平均濃度；C0k——污染物k的環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)或排放標(biāo)準(zhǔn)；Qik——污染源i所排污染物k的流量；qik——污染源i所排污染物k的總量。
2.4 面源污染分析方法
運(yùn)用ArcGIS軟件對(duì)2005年遙感影像進(jìn)行幾何修正、檢驗(yàn)配準(zhǔn)和標(biāo)準(zhǔn)化以后，再運(yùn)用partial analyst 模塊對(duì)研究區(qū)域內(nèi)的土地利用類型進(jìn)行分類[7]，根據(jù)單元柵格面積及各種土地利用類型對(duì)應(yīng)的柵格數(shù)得到各種土地利用類型面積。
利用空間分辨率30?×30?的DEM圖、2005年30m×30m土地利用圖及1：20萬(wàn)分縣土壤類型圖，運(yùn)用SWAT模型子流域劃分功能生成以水質(zhì)站為流域出口的子流域，即可得到各水質(zhì)站的流域控制范圍。根據(jù)各子流域邊界用ArcGIS中的Extraction模塊對(duì)土地利用圖進(jìn)行切割，生成各水質(zhì)監(jiān)測(cè)站控制范圍內(nèi)土地利用圖，即得到各子流域內(nèi)各種土地利用面積，根據(jù)各作物年施肥量及氮磷流失率進(jìn)而可以分析各子流域面源污染情況。
3.結(jié)果與分析
3.1 水質(zhì)評(píng)價(jià)結(jié)果
采用綜合污染指數(shù)法對(duì)研究區(qū)域內(nèi)7個(gè)地表水質(zhì)監(jiān)測(cè)站2001~2007年水質(zhì)狀況進(jìn)行評(píng)價(jià)，結(jié)果如圖2所示。
可以看出，南灣站、長(zhǎng)臺(tái)關(guān)站、石山口站各年綜合污染指數(shù)均在0.5左右，水質(zhì)情況較好。息縣站、明港站、琵琶山站各年綜合污染指數(shù)均高于1.0，形成重污染，當(dāng)中以琵琶山站污染最為嚴(yán)重。平橋站水質(zhì)整體較差，2003年污染情況有所緩解，2004年起又處于重污染狀態(tài)，并且綜合污染指數(shù)呈上升趨勢(shì)。整個(gè)流域綜合污染指數(shù)先減小后增大。分析各單項(xiàng)指標(biāo)的污染分擔(dān)率可以發(fā)現(xiàn)，整個(gè)流域主要污染物為氨氮、五日生化需氧量和總磷。
3.2 點(diǎn)源污染評(píng)價(jià)結(jié)果
點(diǎn)源污染以研究區(qū)域內(nèi)28個(gè)排污口2001年~2007年的水質(zhì)監(jiān)測(cè)資料研究對(duì)象，主要考慮工業(yè)排污、生活污水、禽畜養(yǎng)殖排污等因素。研究區(qū)域內(nèi)污水來(lái)自生活區(qū)、商場(chǎng)、化肥廠、啤酒廠等。采用等標(biāo)污染負(fù)荷法對(duì)研究區(qū)域內(nèi)的污染源進(jìn)行評(píng)價(jià)得到點(diǎn)源污染2001~2007年等標(biāo)污染負(fù)荷表如表1所示。
可以看出，綜合等標(biāo)污染負(fù)荷從2001年到2007年基本上呈逐年減少趨勢(shì)，說(shuō)明2000年后點(diǎn)源污染受到了較好的控制。由污染分擔(dān)率來(lái)看，主要超標(biāo)因子為化學(xué)需氧量和氨氮，與地表水評(píng)價(jià)得到的主要污染物相一致。超標(biāo)較為嚴(yán)重的是息縣紅麻造紙廠排污口、息縣化肥廠排污口和羅山化肥廠排污口。
3.3 面源污染分析結(jié)果
面源污染主要考慮各土地利用類型的面積、化肥施用量等因素。研究區(qū)域內(nèi)的土地利用方式以耕地、林地、城鄉(xiāng)用地為主，耕地約占55%，林地約占31%，城鄉(xiāng)用地約占10%。經(jīng)實(shí)地調(diào)查，當(dāng)?shù)馗刂饕N植小麥、水稻、玉米、油菜、紅薯、大豆等農(nóng)作物，多實(shí)行小麥-玉米或玉米-油菜輪種。高超等人的研究[8]表明，蔬菜地和玉米-油菜輪種方式磷流失較為嚴(yán)重；梁濤等人的研究[9]說(shuō)明施肥玉米地總氮的流失量最高；蘇躍等人的研究結(jié)果[10]顯示，耕地利用方式對(duì)地表水的影響最為顯著，其次是灌叢草地、灌木林地和闊木林地等�？梢娹r(nóng)田施肥的氮、磷流失也為地表水污染的主要原因之一。根據(jù)肥料站提供的資料，種植紅薯和大豆的土地施肥較少，其它農(nóng)用地施肥情況見表2。
3.4 各子流域內(nèi)污染成因分析
根據(jù)地表水水質(zhì)評(píng)價(jià)的結(jié)果，由于缺乏總氮資料，選取主要污染物：化學(xué)需氧量（COD）、總磷（TP）以及總?cè)芙鈶B(tài)無(wú)機(jī)氮（DIN）為分析對(duì)象。利用流域內(nèi)各排污口經(jīng)緯度數(shù)據(jù)將研究區(qū)域28個(gè)排污口點(diǎn)繪在流域圖上（圖1），發(fā)現(xiàn)長(zhǎng)臺(tái)關(guān)站、南灣站、石山口站的流域控制范圍內(nèi)沒(méi)有排污口，明港站范圍內(nèi)有3個(gè)排污口，琵琶山站范圍內(nèi)有9個(gè)排污口，平橋站范圍內(nèi)有3個(gè)排污口。各站多年平均COD、TP、DIN含量如圖3、4所示。從圖中可以看出，子流域內(nèi)有點(diǎn)源污染的琵琶山站、平橋站、明港站各污染指標(biāo)含量均較高，而只受面源污染影響的長(zhǎng)臺(tái)關(guān)站、南灣站、石山口站COD、TP、DIN含量較低，水質(zhì)較好。
琵琶山站的控制范圍內(nèi)施肥面積只比南灣站多出91km2，根據(jù)2000年的土地利用比例，污染較嚴(yán)重的旱地只比南灣站多出約11 km2，但平均綜合評(píng)價(jià)指數(shù)比南灣站高出1.39，屬于嚴(yán)重污染。從圖3、圖4可以看出，琵琶山站DIN含量為南灣站的64倍，TP含量為南灣站的12倍，COD含量為南灣站的2倍多。由前文分析可知，所標(biāo)區(qū)域內(nèi)?河沿岸有9個(gè)排污口，分別來(lái)自商場(chǎng)及企事業(yè)單位及生活區(qū)，年均綜合等標(biāo)污染負(fù)荷量達(dá)5673.09t/a�？梢婞c(diǎn)源污染為琵琶山站評(píng)價(jià)指標(biāo)嚴(yán)重超標(biāo)的主要原因。
平橋站和石山口站的耕地面積相差不大，城鄉(xiāng)用地面積也相近，但平橋站DIN和TP含量卻是石山口站的6倍之多，COD含量也達(dá)到石山口站的近1.5倍。平橋站的耕地面積為161km2，且根據(jù)2000年的比例，面源污染較嚴(yán)重的旱地面積只占總面積的2%左右，可見平橋站控制范圍內(nèi)面源污染并不嚴(yán)重。其控制范圍內(nèi)3個(gè)排污口年均綜合等標(biāo)污染負(fù)荷達(dá)3604.40 t/a，因此平橋站的水質(zhì)污染主要是點(diǎn)源污染形成的。
明港站是幾個(gè)監(jiān)測(cè)站中污染較重的一個(gè)，各年綜合評(píng)價(jià)指數(shù)均在1.00以上，屬于重污染。明港站控制范圍內(nèi)的耕地面積只占長(zhǎng)臺(tái)關(guān)耕地面積的1/7，城鄉(xiāng)用地面積只占長(zhǎng)臺(tái)關(guān)的1/5，但各污染指標(biāo)卻明顯高于長(zhǎng)臺(tái)關(guān)站，其子流域內(nèi)排污口年均綜合等標(biāo)污染負(fù)荷為3858.93 t/a，說(shuō)明明港站控制范圍內(nèi)的點(diǎn)源污染較為嚴(yán)重。另外，明港站流域控制范圍內(nèi)主要土地利用方式為旱地，2000年旱地面積占總面積近80%，由前文分析可知，旱地施肥是面源污染的主要來(lái)源。因此，面源污染與點(diǎn)源污染均為明港站水質(zhì)污染的重要因素。
石山口與南灣站流域控制范圍較小，子流域內(nèi)耕地面積較少，面源污染較輕，且無(wú)點(diǎn)源污染排放情況，因此流域出口的各污染指標(biāo)含量不高，水質(zhì)較好。長(zhǎng)臺(tái)關(guān)站控制范圍內(nèi)雖然也不存在排污口，但由于長(zhǎng)臺(tái)關(guān)站控制范圍較大，耕地及城鄉(xiāng)用地較多，水質(zhì)要略差于南灣站和石山口站。
淮河干流在研究區(qū)域內(nèi)流經(jīng)長(zhǎng)臺(tái)關(guān)站和息縣站，長(zhǎng)臺(tái)關(guān)站位于研究區(qū)域內(nèi)淮河的最上游，水質(zhì)情況較好，而下游的息縣站水量雖然是長(zhǎng)臺(tái)關(guān)站的7~8倍，但各年綜合污染指數(shù)卻為長(zhǎng)臺(tái)關(guān)站的3倍左右，這與研究區(qū)域內(nèi)的旱地面源污染和點(diǎn)源的排放有密切的關(guān)系。因此，要提高信陽(yáng)地區(qū)的水質(zhì)狀況，要實(shí)行面源污染控制和點(diǎn)源污染治理相結(jié)合的方法。
4 小結(jié)
�。�1）2001~2007年信陽(yáng)地區(qū)琵琶山站、平橋站、明港站、息縣站達(dá)重污染程度，長(zhǎng)臺(tái)關(guān)站、南灣站、石山口站水質(zhì)較好，主要污染物為氨氮、五日生化需氧量和總磷。
�。�2）研究區(qū)域內(nèi)點(diǎn)源污染綜合等標(biāo)污染負(fù)荷從2001年到2007年基本上呈逐年減少趨勢(shì)，主要超標(biāo)因子為化學(xué)需氧量和氨氮超標(biāo)較為嚴(yán)重的是息縣紅麻造紙廠排污口、息縣化肥廠排污口和羅山化肥廠排污口。
（3）研究區(qū)域內(nèi)的土地利用方式以耕地、林地、城鄉(xiāng)用地為主，耕地約占55%，林地約占31%，城鄉(xiāng)用地約占10%。農(nóng)田施肥的氮、磷流失也為地表水污染的主要原因之一。
�。�4）南灣站、石山口站、長(zhǎng)臺(tái)關(guān)站流域控制范圍內(nèi)無(wú)點(diǎn)源排放，只受農(nóng)田施肥污染，水質(zhì)較好。琵琶山站、平橋站水質(zhì)主要受其控制范圍內(nèi)點(diǎn)源排放影響，子流域內(nèi)的面源污染與點(diǎn)源污染均為流域出口明港、息縣站水質(zhì)污染的重要因素。
�。�5）本文只定性分析了研究區(qū)域內(nèi)各子流域的污染源，并未定量分析出各子流域及各土地利用方式上的產(chǎn)污負(fù)荷，未來(lái)應(yīng)在加大水質(zhì)監(jiān)測(cè)密度的基礎(chǔ)上，運(yùn)用模型模擬該地區(qū)的污染情況，得到各子流域的污染負(fù)荷，分析其對(duì)水質(zhì)的影響。
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