湖庫型水源地污染關鍵區識別與保護區劃分——以梁平縣沙壩水庫為例

劉書軍，林孝松，斯 珊，蔣天明，周 伶

（重慶交通大學河海學院，重慶 400074）

湖庫型水源地污染關鍵區識別與保護區劃分
——以梁平縣沙壩水庫為例

劉書軍，林孝松，斯 珊，蔣天明，周 伶

（重慶交通大學河海學院，重慶 400074）

湖庫型水源地污染具有特殊的水力特性，在生活飲用水安全保障工作中占有重要地位。以梁平縣沙壩水庫為研究對象，基于DEM和ArcGIS對其進行污染關鍵區識別與保護區劃分。以高分辨率遙感衛星影像資料解譯與人工校核相結合方法，提取整個流域內的居民點、農田、經濟林、旱地與交通等作為污染源;以ArcGIS自動獲取與人工校核相結合的方法將沙壩水庫全流域劃分為12個子流域，綜合考慮各類污染源的影響程度，在此基礎上劃分出一級保護區（49.25 hm2）、二級保護區（326.186 6 hm2）、三級保護區（332.140 4 hm2）、四級保護區（243.566 7 hm2）。

湖庫型水源地;關鍵區識別;保護區劃分;沙壩水庫

生活飲用水安全保障工作是關系國計民生的大事，近年來受到黨中央、國務院和社會各界的高度重視。因此，很多學者在飲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論。當前，國內外對城市飲用水源地安全的研究主要體現在水源地現狀評價及污染防治［1-2］、水源地水質及生態安全評價［3-4］、水源地安全應急管理以及信息技術在水源地安全保障方面的應用［5-6］等4個方面。

當前這些研究領域中不乏湖庫型水源地安全的研究。之所以會有湖庫型城市飲用水源地的單獨提出，是因為其有著特殊的水力特點以及相應的周圍環境。湖庫型污染具有如下特點:①與河流型水庫相比，湖泊因為水的流動性相對較弱，污染物質擴散較差，污染易沉積于水庫或湖底，形成痼疾;②湖泊水庫污染后易造成嚴重的后果;③湖泊水庫污染源的范圍和面積相對固定可控，利用地理信息系統確定污染關鍵區后，可對相關區域開展相應保護，以達到事先預警的防護措施。因此，對其安全保障進行研究具有重要的現實意義。筆者以重慶梁平縣沙壩水庫為例，基于DEM和ArcGIS，針對湖庫型水源地主要進行關鍵區識別及保護區劃分等方面的工作。

1 研究區域概況

沙壩水庫位于重慶市梁平縣內，東經107°24'～108°05'，北緯 30°25'～30°53'，整個流域面積為 9.5 km2。涉及板橋村、九道村和三洞村等村，與梁平縣主城區僅有一條渝宜高速公路（G42）相隔。沙壩水庫全流域地勢西南高，東北低。流域內最高海拔為1 000 m，位于流域南部，流域地貌以丘陵為主。流域內主要土地利用類型為成林、旱地、水田、竹林以及草地。水庫的東、南方向有3條小河流匯入，整個集水區內分布著余家灣、張家灣、楊家寨等大大小小幾十個居民點，特別是水庫保護區周圍的住宅比較密集。沙壩水庫主要用于農業灌溉，并與梁平縣其他水庫共同作為城市飲用水主要水源地之一，如圖1。

圖1 沙壩水庫流域狀況Fig.1 Basin overview of Shaba Reservoir

2 子流域劃分及污染源提取

基于 GIS技術，結合 DEM和 ArcGIS水文分析［7］得到子流域劃分，經人工校核后將沙壩水庫合并為12個子流域，如圖2。

圖2 沙壩水庫子流域劃分Fig.2 Secondary basin’s division of Shaba Reservoir

基于2009年沙壩水庫高分辨率遙感地形圖解譯獲得，沙壩水庫流域主要有經濟林、水田、旱地、竹林、成林以及草地等土地利用類型，通過分析土地利用類型在人類活動集中程度、化學污染、突發性污染等方面所呈現的可承載程度來判別是否將該種土地利用類型提取為污染源。在以獲取的土地利用類型中，經濟林、水田以及旱地3種類型中農業活動比較集中，由于不同的耕種方式、化肥和農藥的施用水平都會對營養元素（N、P等）的流失造成較大影響，所以將這3類土地利用類型歸類于農業面源污染范疇內;而成林、竹林以及草地屬自然生長植物，其本身并不產生污染，并且對水土保持具有較大保護作用，故這3類土地利用類型不作為污染源。因此，將提取后的經濟林、水田和旱地3類污染源作為各子流域內污染屬性之一［8］;由于人類的日常活動在相對集中的居民點范圍內，會產生大量的生活垃圾和生活污水排放問題，這些都將直接造成土壤侵蝕，并會污染到地下徑流，因此，將全流域內的居民點也作為各子流域內的污染屬性之一［9］;道路所承載的功能是運輸，屬于人類活動較為頻繁的地帶，很多突發因素，如運輸帶有污染性質的物體造成的泄露或過高的載重量造成的土質疏松，尤其是這種山間級別不高的道路，受到影響的可能性就更高，因此，將全流域內的交通也作為各個流域內的污染屬性之一［10］。由此，得到水庫流域內各子流域污染屬性，如表1。

表1 沙壩水庫子流域污染屬性Tab.1 Secondary basin’s pollution properties of Shaba Reservoir

3 沙壩水庫污染保護區劃分

3.1 保護區劃分方法

將各污染源以指標形式進行統計計算，其中，點源污染以居民點個數為指標，線源污染以每公頃含有交通線條數為指標，面源污染以公頃含有污染面面積數為指標。通過層次分析法，將各類污染源分為2個層次進行運算，綜合專家系統評估，最終得出各污染源權重Wi如表2。

表2 沙壩水庫污染源權重Tab.2 Pollution source’s weight of Shaba Reservoir

以各污染源污染綜合指數M為劃分標準，污染綜合指數計算如式（1）:

式中:Mi為污染綜合指標;Wi各項密度權重;Pi為污染屬性種類;j為對應子流域。

當綜合指標M≥2.0時，設置為二級保護區，當綜合指標1.0≤M≤2.0時，設置為三級保護區，當M＜1.0時，設置為四級保護區。

3.2 保護區劃分

將沙壩水庫保護區分為4個級別，分別為一級保護區至四級保護區，根據入庫水系沿岸的污染屬性實際情況，將一級、二級保護區列為重點保護區，三級保護區為次重點保護區，四級保護區為一般保護區。其中，一級保護區為沙壩水庫水體，二級保護區為2號流域、3號流域和6號流域。三級保護區為1號流域、5號流域、7號流域、8號流域和10號流域。水庫子流域各級別保護區分布及具體屬性如圖3和表3。

圖3 沙壩水庫保護區級別劃分Fig.3 Zone grades division protection of Shaba Reservoir

表3 沙壩水庫保護區劃分及屬性Tab.3 Division zone protection and properties of Shaba Reservoir

由保護區的劃分來看，二級保護區和三級保護區位置均在環沙壩水庫，以及沙壩水庫入庫徑流的沿線，可以確保徑流在入庫前就已得到相應的保護和治理。而4號、9號、12號以及11號區域，雖然都有次級徑流流經，但這幾個區域的土地利用類型絕大部分是成林，污染源極少，因此，目前維持現狀即可，不需要進行過多的保護和治理。

4 結論

1）湖庫型飲用水源地環境保護在水安全保障工作中占有重要地位，基于DEM和GIS技術對湖庫流域進行污染關鍵區識別與保護區劃分具有重要意義;

2）以重慶市梁平縣沙壩水庫為研究對象，基于DEM和ArcGIS將全流域劃分為12個子流域，提取各子流域內污染源屬性，并在此基礎上利用綜合評價方法進行保護區劃分，結果顯示:一級保護區為49.25 hm2、二級保護區 326.186 6 hm2、三級保護區332.140 4 hm2、四級保護區 243.566 7 hm2，為后期水源地環境保護與分期治理提供了科學依據。

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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

重慶交通大學研究生創新基金項目［2010（上）15號］

劉書軍（1984-），男，黑龍江牡丹江人，碩士研究生，主要從事資源環境與地理信息系統方面的研究工作。E-mail:150244708@163.com。

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