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關于信陽地區(qū)地表水水質及污染研究
隨著工農業(yè)的發(fā)展，大量工業(yè)廢水和農業(yè)生產活動中過量營養(yǎng)物質的排泄，導致江河水環(huán)境質量的惡化，造成嚴重的生態(tài)危機[1~3]，其中工業(yè)污染和農業(yè)污染都是主要的污染源[4]。信陽地區(qū)位于淮河上游，工農業(yè)比較發(fā)達，地表水污染較為嚴重。本文主要對信陽西部地區(qū)地表水環(huán)境進行評價并對其主要污染源進行分析，以期對該地區(qū)的地表水污染治理與環(huán)境保護提供科學依據。
1.研究區(qū)概況
本文主要對淮河上游的信陽地區(qū)進行地表水水質及污染源分析。研究區(qū)域位于河南省信陽市平橋區(qū)、?河區(qū)、羅山區(qū)及息縣四區(qū)，地處東經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渡區(qū)，年平均氣溫在15.1 ~15.51 ℃℃之間，年平均降水日數102~129d，年降水量900~1400mm，年蒸發(fā)量800~1000mm。研究區(qū)域內流程在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資料來源
地表水水質監(jiān)測數據為研究區(qū)域內南灣水庫(壩上)、琵琶山橋下、平橋灌渠、長臺關水文站基面、明港鎮(zhèn)窯廠橋下、息縣水文站基面、石山口水庫7個監(jiān)測斷面（見圖1）2001~2007年的常規(guī)監(jiān)測資料，主要水質指標為：溶解氧、高錳酸鉀指數、化學需氧量、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緯度數據、水質監(jiān)測成果資料及當地不同土地利用方式的施肥數據。
在進行面源污染分析時，劃分地表水監(jiān)測站的流域控制范圍用到的資料包括信陽地區(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1：20萬分縣土壤類型圖等。在進行綜合分析時還用到了息縣站2001~2005年降雨、蒸發(fā)資料等。
2.2水質評價方法
本文采用綜合指數法[5]對各站水質狀況進行評價。綜合指數法是以評價指標的實測濃度值與該指標標準值的比值反映水體中污染物的超標倍數，并根據綜合污染指數將水質分為6級：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）和嚴重污染（＞2.0）。根據信陽市水功能二級區(qū)劃的水質目標，以《地表水環(huán)境質量標準GBT3838-2002》中Ⅲ類水為評價標準。
2.3 點源污染評價方法
采用等標污染負荷法[6]對研究區(qū)域內28個排污口進行污染評價。其中標準值的選取以《污水綜合排放標準GB8978-1996》中二級標準為評價標準。該方法簡單易行且具有較好的綜合性，主要用于確定主導污染源、主導污染行業(yè)或重點污染區(qū)域等。
負荷；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)境質量標準或排放標準；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
運用ArcGIS軟件對2005年遙感影像進行幾何修正、檢驗配準和標準化以后，再運用partial analyst 模塊對研究區(qū)域內的土地利用類型進行分類[7]，根據單元柵格面積及各種土地利用類型對應的柵格數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1：20萬分縣土壤類型圖，運用SWAT模型子流域劃分功能生成以水質站為流域出口的子流域，即可得到各水質站的流域控制范圍。根據各子流域邊界用ArcGIS中的Extraction模塊對土地利用圖進行切割，生成各水質監(jiān)測站控制范圍內土地利用圖，即得到各子流域內各種土地利用面積，根據各作物年施肥量及氮磷流失率進而可以分析各子流域面源污染情況。
3.結果與分析
3.1 水質評價結果
采用綜合污染指數法對研究區(qū)域內7個地表水質監(jiān)測站2001~2007年水質狀況進行評價，結果如圖2所示。
可以看出，南灣站、長臺關站、石山口站各年綜合污染指數均在0.5左右，水質情況較好。息縣站、明港站、琵琶山站各年綜合污染指數均高于1.0，形成重污染，當中以琵琶山站污染最為嚴重。平橋站水質整體較差，2003年污染情況有所緩解，2004年起又處于重污染狀態(tài)，并且綜合污染指數呈上升趨勢。整個流域綜合污染指數先減小后增大。分析各單項指標的污染分擔率可以發(fā)現，整個流域主要污染物為氨氮、五日生化需氧量和總磷。
3.2 點源污染評價結果
點源污染以研究區(qū)域內28個排污口2001年~2007年的水質監(jiān)測資料研究對象，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)域內污水來自生活區(qū)、商場、化肥廠、啤酒廠等。采用等標污染負荷法對研究區(qū)域內的污染源進行評價得到點源污染2001~2007年等標污染負荷表如表1所示。
可以看出，綜合等標污染負荷從2001年到2007年基本上呈逐年減少趨勢，說明2000年后點源污染受到了較好的控制。由污染分擔率來看，主要超標因子為化學需氧量和氨氮，與地表水評價得到的主要污染物相一致。超標較為嚴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%。經實地調查，當地耕地主要種植小麥、水稻、玉米、油菜、紅薯、大豆等農作物，多實行小麥-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重；梁濤等人的研究[9]說明施肥玉米地總氮的流失量最高；蘇躍等人的研究結果[10]顯示，耕地利用方式對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田施肥的氮、磷流失也為地表水污染的主要原因之一。根據肥料站提供的資料，種植紅薯和大豆的土地施肥較少，其它農用地施肥情況見表2。
3.4 各子流域內污染成因分析
根據地表水水質評價的結果，由于缺乏總氮資料，選取主要污染物：化學需氧量（COD）、總磷（TP）以及總溶解態(tài)無機氮（DIN）為分析對象。利用流域內各排污口經緯度數據將研究區(qū)域28個排污口點繪在流域圖上（圖1），發(fā)現長臺關站、南灣站、石山口站的流域控制范圍內沒有排污口，明港站范圍內有3個排污口，琵琶山站范圍內有9個排污口，平橋站范圍內有3個排污口。各站多年平均COD、TP、DIN含量如圖3、4所示。從圖中可以看出，子流域內有點源污染的琵琶山站、平橋站、明港站各污染指標含量均較高，而只受面源污染影響的長臺關站、南灣站、石山口站COD、TP、DIN含量較低，水質較好。
琵琶山站的控制范圍內施肥面積只比南灣站多出91km2，根據2000年的土地利用比例，污染較嚴重的旱地只比南灣站多出約11 km2，但平均綜合評價指數比南灣站高出1.39，屬于嚴重污染。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，所標區(qū)域內?河沿岸有9個排污口，分別來自商場及企事業(yè)單位及生活區(qū)，年均綜合等標污染負荷量達5673.09t/a。可見點源污染為琵琶山站評價指標嚴重超標的主要原因。
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含量也達到石山口站的近1.5倍。平橋站的耕地面積為161km2，且根據2000年的比例，面源污染較嚴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面源污染并不嚴重。其控制范圍內3個排污口年均綜合等標污染負荷達3604.40 t/a，因此平橋站的水質污染主要是點源污染形成的。
明港站是幾個監(jiān)測站中污染較重的一個，各年綜合評價指數均在1.00以上，屬于重污染。明港站控制范圍內的耕地面積只占長臺關耕地面積的1/7，城鄉(xiāng)用地面積只占長臺關的1/5，但各污染指標卻明顯高于長臺關站，其子流域內排污口年均綜合等標污染負荷為3858.93 t/a，說明明港站控制范圍內的點源污染較為嚴重。另外，明港站流域控制范圍內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源。因此，面源污染與點源污染均為明港站水質污染的重要因素。
石山口與南灣站流域控制范圍較小，子流域內耕地面積較少，面源污染較輕，且無點源污染排放情況，因此流域出口的各污染指標含量不高，水質較好。長臺關站控制范圍內雖然也不存在排污口，但由于長臺關站控制范圍較大，耕地及城鄉(xiāng)用地較多，水質要略差于南灣站和石山口站。
淮河干流在研究區(qū)域內流經長臺關站和息縣站，長臺關站位于研究區(qū)域內淮河的最上游，水質情況較好，而下游的息縣站水量雖然是長臺關站的7~8倍，但各年綜合污染指數卻為長臺關站的3倍左右，這與研究區(qū)域內的旱地面源污染和點源的排放有密切的關系。因此，要提高信陽地區(qū)的水質狀況，要實行面源污染控制和點源污染治理相結合的方法。
4 小結
�。�1）2001~2007年信陽地區(qū)琵琶山站、平橋站、明港站、息縣站達重污染程度，長臺關站、南灣站、石山口站水質較好，主要污染物為氨氮、五日生化需氧量和總磷。
（2）研究區(qū)域內點源污染綜合等標污染負荷從2001年到2007年基本上呈逐年減少趨勢，主要超標因子為化學需氧量和氨氮超標較為嚴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、長臺關站流域控制范圍內無點源排放，只受農田施肥污染，水質較好。琵琶山站、平橋站水質主要受其控制范圍內點源排放影響，子流域內的面源污染與點源污染均為流域出口明港、息縣站水質污染的重要因素。
（5）本文只定性分析了研究區(qū)域內各子流域的污染源，并未定量分析出各子流域及各土地利用方式上的產污負荷，未來應在加大水質監(jiān)測密度的基礎上，運用模型模擬該地區(qū)的污染情況，得到各子流域的污染負荷，分析其對水質的影響。
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