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关于信阳地区地表水水质及污染研究
随着工农业的发展，大量工业废水和农业生产活动中过量营养物质的排泄，导致江河水环境质量的恶化，造成严重的生态危机[1~3]，其中工业污染和农业污染都是主要的污染源[4]。信阳地区位于淮河上游，工农业比较发达，地表水污染较为严重。本文主要对信阳西部地区地表水环境进行评价并对其主要污染源进行分析，以期对该地区的地表水污染治理与环境保护提供科学依据。
1.研究区概况
本文主要对淮河上游的信阳地区进行地表水水质及污染源分析。研究区域位于河南省信阳市平桥区、?河区、罗山区及息县四区，地处东经113°45′～114°32′、北纬31°32′～32°42′之间，流域面积约10256km2，如图1。该地区属亚热带向暖温带过渡区，年平均气温在15.1 ~15.51 ℃℃之间，年平均降水日数102~129d，年降水量900~1400mm，年蒸发量800~1000mm。研究区域内流程在100km以上的有?河、白露河、河和竹竿河，均呈西南—东北方向汇入淮河。
2.研究方法
2.1资料来源
地表水水质监测数据为研究区域内南湾水库(坝上)、琵琶山桥下、平桥灌渠、长台关水文站基面、明港镇窑厂桥下、息县水文站基面、石山口水库7个监测断面（见图1）2001~2007年的常规监测资料，主要水质指标为：溶解氧、高锰酸钾指数、化学需氧量、氨氮、总磷、五日生化需氧量、氟化物、挥发酚及硝酸盐等。污染源资料包括排污口经纬度数据、水质监测成果资料及当地不同土地利用方式的施肥数据。
在进行面源污染分析时，划分地表水监测站的流域控制范围用到的资料包括信阳地区2005年分辨率为30m×30m的遥感TM影像、空间分辨率为30?的DEM图以及1：20万分县土壤类型图等。在进行综合分析时还用到了息县站2001~2005年降雨、蒸发资料等。
2.2水质评价方法
本文采用综合指数法[5]对各站水质状况进行评价。综合指数法是以评价指标的实测浓度值与该指标标准值的比值反映水体中污染物的超标倍数，并根据综合污染指数将水质分为6级：清洁（＜0.2）、尚清洁（0.2～0.4）、轻污染（0.4～0.7）、中污染（0.7～1.0）、重污染（1.0～2.0）和严重污染（＞2.0）。根据信阳市水功能二级区划的水质目标，以《地表水环境质量标准GBT3838-2002》中Ⅲ类水为评价标准。
2.3 点源污染评价方法
采用等标污染负荷法[6]对研究区域内28个排污口进行污染评价。其中标准值的选取以《污水综合排放标准GB8978-1996》中二级标准为评价标准。该方法简单易行且具有较好的综合性，主要用于确定主导污染源、主导污染行业或重点污染区域等。
负荷；Cik——污染源i排放的污染物k的平均浓度；C0k——污染物k的环境质量标准或排放标准；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的总量。
2.4 面源污染分析方法
运用ArcGIS软件对2005年遥感影像进行几何修正、检验配准和标准化以后，再运用partial analyst 模块对研究区域内的土地利用类型进行分类[7]，根据单元栅格面积及各种土地利用类型对应的栅格数得到各种土地利用类型面积。
利用空间分辨率30?×30?的DEM图、2005年30m×30m土地利用图及1：20万分县土壤类型图，运用SWAT模型子流域划分功能生成以水质站为流域出口的子流域，即可得到各水质站的流域控制范围。根据各子流域边界用ArcGIS中的Extraction模块对土地利用图进行切割，生成各水质监测站控制范围内土地利用图，即得到各子流域内各种土地利用面积，根据各作物年施肥量及氮磷流失率进而可以分析各子流域面源污染情况。
3.结果与分析
3.1 水质评价结果
采用综合污染指数法对研究区域内7个地表水质监测站2001~2007年水质状况进行评价，结果如图2所示。
可以看出，南湾站、长台关站、石山口站各年综合污染指数均在0.5左右，水质情况较好。息县站、明港站、琵琶山站各年综合污染指数均高于1.0，形成重污染，当中以琵琶山站污染最为严重。平桥站水质整体较差，2003年污染情况有所缓解，2004年起又处于重污染状态，并且综合污染指数呈上升趋势。整个流域综合污染指数先减小后增大。分析各单项指标的污染分担率可以发现，整个流域主要污染物为氨氮、五日生化需氧量和总磷。
3.2 点源污染评价结果
点源污染以研究区域内28个排污口2001年~2007年的水质监测资料研究对象，主要考虑工业排污、生活污水、禽畜养殖排污等因素。研究区域内污水来自生活区、商场、化肥厂、啤酒厂等。采用等标污染负荷法对研究区域内的污染源进行评价得到点源污染2001~2007年等标污染负荷表如表1所示。
可以看出，综合等标污染负荷从2001年到2007年基本上呈逐年减少趋势，说明2000年后点源污染受到了较好的控制。由污染分担率来看，主要超标因子为化学需氧量和氨氮，与地表水评价得到的主要污染物相一致。超标较为严重的是息县红麻造纸厂排污口、息县化肥厂排污口和罗山化肥厂排污口。
3.3 面源污染分析结果
面源污染主要考虑各土地利用类型的面积、化肥施用量等因素。研究区域内的土地利用方式以耕地、林地、城乡用地为主，耕地约占55%，林地约占31%，城乡用地约占10%。经实地调查，当地耕地主要种植小麦、水稻、玉米、油菜、红薯、大豆等农作物，多实行小麦-玉米或玉米-油菜轮种。高超等人的研究[8]表明，蔬菜地和玉米-油菜轮种方式磷流失较为严重；梁涛等人的研究[9]说明施肥玉米地总氮的流失量最高；苏跃等人的研究结果[10]显示，耕地利用方式对地表水的影响最为显著，其次是灌丛草地、灌木林地和阔木林地等。可见农田施肥的氮、磷流失也为地表水污染的主要原因之一。根据肥料站提供的资料，种植红薯和大豆的土地施肥较少，其它农用地施肥情况见表2。
3.4 各子流域内污染成因分析
根据地表水水质评价的结果，由于缺乏总氮资料，选取主要污染物：化学需氧量（COD）、总磷（TP）以及总溶解态无机氮（DIN）为分析对象。利用流域内各排污口经纬度数据将研究区域28个排污口点绘在流域图上（图1），发现长台关站、南湾站、石山口站的流域控制范围内没有排污口，明港站范围内有3个排污口，琵琶山站范围内有9个排污口，平桥站范围内有3个排污口。各站多年平均COD、TP、DIN含量如图3、4所示。从图中可以看出，子流域内有点源污染的琵琶山站、平桥站、明港站各污染指标含量均较高，而只受面源污染影响的长台关站、南湾站、石山口站COD、TP、DIN含量较低，水质较好。
琵琶山站的控制范围内施肥面积只比南湾站多出91km2，根据2000年的土地利用比例，污染较严重的旱地只比南湾站多出约11 km2，但平均综合评价指数比南湾站高出1.39，属于严重污染。从图3、图4可以看出，琵琶山站DIN含量为南湾站的64倍，TP含量为南湾站的12倍，COD含量为南湾站的2倍多。由前文分析可知，所标区域内?河沿岸有9个排污口，分别来自商场及企事业单位及生活区，年均综合等标污染负荷量达5673.09t/a。可见点源污染为琵琶山站评价指标严重超标的主要原因。
平桥站和石山口站的耕地面积相差不大，城乡用地面积也相近，但平桥站DIN和TP含量却是石山口站的6倍之多，COD含量也达到石山口站的近1.5倍。平桥站的耕地面积为161km2，且根据2000年的比例，面源污染较严重的旱地面积只占总面积的2%左右，可见平桥站控制范围内面源污染并不严重。其控制范围内3个排污口年均综合等标污染负荷达3604.40 t/a，因此平桥站的水质污染主要是点源污染形成的。
明港站是几个监测站中污染较重的一个，各年综合评价指数均在1.00以上，属于重污染。明港站控制范围内的耕地面积只占长台关耕地面积的1/7，城乡用地面积只占长台关的1/5，但各污染指标却明显高于长台关站，其子流域内排污口年均综合等标污染负荷为3858.93 t/a，说明明港站控制范围内的点源污染较为严重。另外，明港站流域控制范围内主要土地利用方式为旱地，2000年旱地面积占总面积近80%，由前文分析可知，旱地施肥是面源污染的主要来源。因此，面源污染与点源污染均为明港站水质污染的重要因素。
石山口与南湾站流域控制范围较小，子流域内耕地面积较少，面源污染较轻，且无点源污染排放情况，因此流域出口的各污染指标含量不高，水质较好。长台关站控制范围内虽然也不存在排污口，但由于长台关站控制范围较大，耕地及城乡用地较多，水质要略差于南湾站和石山口站。
淮河干流在研究区域内流经长台关站和息县站，长台关站位于研究区域内淮河的最上游，水质情况较好，而下游的息县站水量虽然是长台关站的7~8倍，但各年综合污染指数却为长台关站的3倍左右，这与研究区域内的旱地面源污染和点源的排放有密切的关系。因此，要提高信阳地区的水质状况，要实行面源污染控制和点源污染治理相结合的方法。
4 小结
（1）2001~2007年信阳地区琵琶山站、平桥站、明港站、息县站达重污染程度，长台关站、南湾站、石山口站水质较好，主要污染物为氨氮、五日生化需氧量和总磷。
（2）研究区域内点源污染综合等标污染负荷从2001年到2007年基本上呈逐年减少趋势，主要超标因子为化学需氧量和氨氮超标较为严重的是息县红麻造纸厂排污口、息县化肥厂排污口和罗山化肥厂排污口。
（3）研究区域内的土地利用方式以耕地、林地、城乡用地为主，耕地约占55%，林地约占31%，城乡用地约占10%。农田施肥的氮、磷流失也为地表水污染的主要原因之一。
（4）南湾站、石山口站、长台关站流域控制范围内无点源排放，只受农田施肥污染，水质较好。琵琶山站、平桥站水质主要受其控制范围内点源排放影响，子流域内的面源污染与点源污染均为流域出口明港、息县站水质污染的重要因素。
（5）本文只定性分析了研究区域内各子流域的污染源，并未定量分析出各子流域及各土地利用方式上的产污负荷，未来应在加大水质监测密度的基础上，运用模型模拟该地区的污染情况，得到各子流域的污染负荷，分析其对水质的影响。
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