漓江流域不同土地利用類型下水體污染類型與成因

林 鵬，陳余道，夏 源

（桂林理工大學　　環境科學與工程學院，廣西桂林 541004）

漓江流域不同土地利用類型下水體污染類型與成因

林 鵬，陳余道，夏 源

（桂林理工大學環境科學與工程學院，廣西桂林 541004）

土地利用類型、社會經濟活動直接影響著區域水體污染特征。本文以漓江流域為研究對象，在其干流和11條支流設置14個監測斷面，進行1個水文年的取樣監測，用綜合水質標識指數法進行水質評價，并對比分析不同土地利用方式下水體污染類型與成因，分析得出以下結論：（1）研究區主要污染物是TN。（2）污染最嚴重的是漓江中游，上游水質總體情況比中下游好；水質最差的是桃花江，為Ⅳ類水質；水質最好的是六洞河和小溶江，達到Ⅰ類水質。（3）在季節上，上游枯水期污染比豐水期稍嚴重；中游枯水期污染較豐水期嚴重；下游豐水期污染重于枯水期。（4）土地利用類型影響水體的污染類型：上游河流林地覆蓋廣，污染輕；中游城鎮用地和耕地面積廣，受工業和生活污水影響，污染較其他河流嚴重，以點源污染為主；下游河流園地面積比重大，在豐水期水土流失加重，以農業面源污染為主。

漓江流域；土地利用類型；水質特征；綜合水質標識指數法

土地利用方式直接影響著污染物質的遷移轉化、地表徑流、地形地貌、耕作方式等因素［1］。大量的研究表明，人類活動以及土地利用方式與區域水體污染物濃度具有較高的相關關系，并且被認為是解釋所有水質參數變化的一個重要的因素［2-4］。近年來，流域景觀格局結構、社會經濟、農業活動等因素對河流水質的影響逐漸得到重視［5］。但是由于流域土地利用現狀、土壤構成、點源污染、人類活動、社會經濟發展水平等外在因素的存在，導致土地利用與水質之間的關聯被抵消或掩蓋［1］。

漓江是桂林市主要供水水源，隨著近幾十年來工農業、旅游業的快速發展，漓江水環境、生態環境惡化加劇。喻澤斌、李永軍［6-7］等對漓江水環境質量進行評價得出，漓江干流市區段的水體污染總體上受城市生活污水和工業廢水影響，污染最嚴重，而且豐水期污染大于枯水期，污染物主要為氨氮和COD。漓江流域不同的地形地貌、地質條件和經濟活動強度，使得不同的土地利用類型與水質間響應關系可能存在差異。因此，為確定漓江流域不同土地利用類型下區域水質污染特征，本研究選取漓江流域11條支流為研究對象，通過設置14個監測斷面，進行1個水文年的取樣監測，并評價水質和對比分析不同土地利用類型流域的水質時空變化特征，為漓江流域面源污染防治提供科學依據。

1　研究區概況

漓江位于珠江流域，是桂江的上游河段。漓江主要有11條支流，由上至下分別是：上游黃柏江、川江、靈渠、小溶江，中游甘棠江、桃花江、良豐河、黃沙河，下游潮田河、龍頸河、遇龍河，如圖1所示。研究區總面積5 580 km2，處中亞熱帶季風氣候區，年平均氣溫為16.5～20.0℃，雨量充沛，年平均降雨量為1 367.5～1 932.9 mm，降雨量和流量的豐枯相差懸殊，每年3～8月是豐水期，9月至次年2月為枯水期。研究區地形以山地、平原地貌為主，丘陵、盆地、巖溶地貌兼而有之，屬中低山和丘陵地形，整個流域以漓江為軸線，呈南北向狹長帶狀分布。

圖1　漓江流域范圍及土地利用現狀圖Fig.1 Basin range and current land use of Lijiang River

上游河流林地面積大于85%，夾少量耕地和城鎮用地。中游支流林地面積在52%～78%，耕地和城鎮用地在22%～48%，耕地和城鎮用地相對較高。下游支流林地面積在72%～87%，而園地面積相對較高，在8%～14%，如圖2所示。

2　斷面設置、評價方法及結果

2.1監測斷面設置及監測項目

本文在漓江干流及11條支流出口處共設置14個監測斷面，斷面位置和編號如圖1所示。采樣時間為2012年9月至2013年9月，監測頻率為每月1次。用采樣儀收集水樣，裝入聚乙烯瓶（600 mL）中，帶回實驗室冷藏保存并分析。實驗室分析指標為：TN、TP、COD和NH3-N，TN采用堿性過硫酸鉀消解紫外分光光度法（HJ 636—2012）測定，檢出下限為0.05 mg/L；TP采用鉬酸銨分光光度法（GB 11893—1989）測定，檢出下限為0.01 mg/L；COD采用高錳酸鉀法（GB 11892—1989）測定，檢出下限為0.5 mg/L；NH3-N采用納氏試劑分光光度法（HJ 535—2009）測定，檢出下限為0.5 mg/L。

圖2　漓江流域土地利用類型Fig.2 Percentage of land use types in Lijiang River Basin

2.2 水質評價方法

2.2.1單因子水質標識指數的組成 單因子水質指數Pi由1位整數、小數點后2位或3位有效數字組成，表示為

式中：X1為第i項水質指標的水質類別；X2為監測數據在X1類水質標準下限值與X1類水質標準上限值變化區間中所處的位置，按四舍五入的原則計算確定；X3為參與綜合水質評價指標中，劣于水環境功能區目標的單項指標個數［8-9］。

2.2.2綜合水質標識指數的組成 綜合水質標識指數由單因子水質標識指數總和的平均值、代表水質類別與功能區劃設定類別比較結果、參加整體水質評價的指標中劣于功能區標準的水質指標個數組成，其公式為［10-11］

其中：X1.X2為單因子水質標識指數法總和的平均值；m為參加水質評價因子個數；X3為參與綜合水質評價的水質指標中，劣于水環境功能區目標的單項指標個數；X4為綜合水質類別與水體功能區類別的比較結果。如果綜合水質類別好于功能區類別，則X4=0；如果X4=1或X4=2，表明綜合水質劣于功能區1或2個類別，以此類推。通過綜合水質標識指數Iwq的整數位和小數點后第1位X1. X2，可以判定綜合水質級別以及綜合水質隨時空變化評價的取值范圍，判定關系見表1。

表1　綜合水質評價級別標準Table 1 Comprehensive water quality assessment standards for water level

2.3評價結果

選取 TN、TP、COD和NH3-N作為評價因子，進行綜合水質級別評價和綜合水質隨時間變化評價。

2.3.1單因子水質標識指數評價 由表2的單因子水質標識指數可知，4個指標中，污染最為嚴重的是TN，其余依次是TP、NH3-N、COD。除六洞河和小溶江外，其余斷面的TN表示指數均未達到功能區要求，而且中、下游河流TN標識指數明顯大于上游，其中最高的是中游的桃花江、桂林水文站和良豐河。因此，控制氮污染是控制水質的關鍵所在。TP標識指數最高的是川江，這可能是TP主要來源于水土流失，而川江上游剛完成修建水庫，水土流失嚴重。

表2　單因子水質標識指數法對單項指標評價結果Table 2 Result of water quality assessment using single factor water quality identification index

漓江3個干流斷面的綜合水質標識指數分別為六洞河2.000、桂林水文站3.310和陽朔大橋2.910，中游污染最嚴重，上游污染較輕。根據空間變化指數，從六洞河斷面到桂林水文站水質顯著惡化了65.5%；從桂林水文站到陽朔大橋，水質輕微改善了12.1%。

漓江上游水質較好，小溶江為Ⅰ類水質，黃柏江和靈渠為Ⅱ類水質，川江為Ⅲ類水質，均達到地表水水功能區劃要求。除川江外，其余斷面NH3-N和COD標識指數均達到Ⅰ類水質。漓江中游污染最嚴重是桃花江，其綜合水質標識指數是4.141，為Ⅳ類水質，其次為良豐河的3.410，Ⅲ類水質，甘棠江和黃沙河為Ⅱ類水質。漓江下游斷面均達到Ⅱ類水質，但污染由上至下呈加重的趨勢，綜合污染標識指數由2.410增加到2.910。

2.3.2綜合標識指數評價 對各斷面枯水期和豐水期水質進行評價，結果如表3和圖3所示。上游：靈渠和小溶江枯水期和豐水期水質基本沒有變化；六洞河、黃柏江和川江為枯水期水質劣于豐水期，其中前兩者為輕微變化，后者為顯著變化。中游：甘棠江枯水期水質稍差于豐水期，桃花江枯水期水質顯著劣于豐水期，良豐河枯水期污染輕微大于豐水期；黃沙河豐水期污染輕微大于枯水期，桂林水文站豐水期污染稍大于枯水期。下游：除龍頸河污染綜合指數相同外，其余均為豐水期大于枯水期，遇龍河為輕微變化，其余為基本不變。

表3　各監測斷面綜合標識指數及時間變化評價Table 3 　Comprehensive water quality identification index of monitoring sections and evaluation of change with time

3　水體污染類型與成因分析

由以上評價結合圖2分析不同土地利用類型造成的水質特征，由于靈渠為外源水，所以不參與以下討論。

漓江干流上游六洞河林地面積大，受人類活動影響小，中游城鎮面積大，接納了桂林市工業和生活廢水，所以桂林水文站斷面較六洞河斷面水質惡化了65.5%，而經77 km的河道自凈后，到下游陽朔大橋，水質較桂林水文站改善了12.1%。

上游支流流域內林地面積大于90%，城鎮用地和耕地面積小于8%。林地覆蓋面積廣，水土流失量小，受人類影響小，水質均達到功能區要求。根據相關研究表明涵養林對營養鹽具有一定的攔截作用［12-13］，進而使得污染物減少。由于川江上游修建水庫施工點離監測斷面較近，為Ⅲ類水質，而且枯水期污染明顯大于豐水期，屬于水土流失型點源污染為主。

中游支流流域內林地面積在52%～77%，城鎮用地和耕地在22%～47%。城鎮、農村生活污水比重大，農業生產及養殖造成的有機污染，使這些支流污染較其他地區嚴重。4個評價因子的標識指數明顯高于上游和下游。桃花江和良豐河林地面積相近，但其城建用地面積是良豐河的2.3倍，因而桃花江的 TP、NH3-N和COD單因子標識指數明顯高于良豐河，尤其NH3-N單因子標識指數是良豐河的2.0倍。已有研究發現，城市建設用地面積與NH3-N、COD濃度存在顯著的正相關［2，14］。此外，城市化導致徑流量的增多也增加了進入河流的泥沙量和污染負荷［15］。除黃沙河外，其余斷面枯水期綜合水質標識指數高于豐水期，可推斷其主要污染物來源于城鎮工業和生活廢水等點源污染。可見，城鎮用地面積大小與河流水質呈顯著負相關性。黃沙河城鎮用地多為農村居民點用地，工業廢水和生活污水相對較少，而耕地面積比例大，所以豐水期污染重于枯水期，以農業面源污染為主。甘棠江水域占有率遠大于黃沙河，而其他土地類型差不多，但甘棠江的水質優于黃沙河，可見河流上游大面積的水域可以有效改善河道水質。

圖3　監測斷面綜合標識指數隨時間變化Fig.3 Comprehensive marking index of monitoring sections changes with time

下游支流潮田河、遇龍河的林地面積在71%～88%，園地面積在8%～14%，園地比例相對其他河流大。潮田河與遇龍河相比，隨著園地面積和耕地面積增大，水質污染加重，而且隨時間變化更大。這是由于園地面積大，在豐水期水土流失加重，以農業面源污染為主。由黃沙河與遇龍河相比，前者耕地比例大，后者園地比例大，而遇龍河的TN、TP單因子標識指數明顯大于黃沙河，水質也劣于黃沙河，可以看出園地造成的農業面源污染要大于耕地，以水土流失型為主。而龍頸河園地比例大于潮田河，但其枯水期與豐水期水質變化不大，可能是由于監測斷面下游60 m處筑有2 m高的水壩，受庫區蓄水影響，掩蓋了水質與土地類型的相關性。

4　結論與建議

通過對漓江流域14個監測斷面的監測、水質評價和結合各支流土地利用類型對比分析，得出以下結論：

（1）研究區的主要污染物質是TN。除六洞河和小溶江外，其余斷面的TN標識指數均未達到功能區要求。

（2）漓江污染最嚴重的是中游的干流、支流，上游水質總體情況比中下游好。污染最嚴重的支流是桃花江，為Ⅳ類水質，其次是良豐河和川江，為Ⅲ類水質。水質最好的是六洞河和小溶江，達到Ⅰ類水質。

（3）在季節上，上游斷面，總體體現為枯水期污染稍大于豐水期；中游支流除黃沙河外，均為枯水期污染較豐水期嚴重，以桃花江和良豐河最為明顯；下游支流除龍頸河外，均為豐水期污染重于枯水期。

（4）不同土地利用類型影響水體的污染類型：上游河流林地覆蓋廣，攔截了部分營養物，使得污染物入河量低，水質較好；中游城鎮用地和耕地面積廣，受工業廢水和生活污水以及農業和養殖業影響，污染較其他河流嚴重，以點源污染為主；下游河流園地面積占有率大，在豐水期水土流失加重，從而使豐水期污染大于枯水期，以農業面源污染為主。城鎮用地面積大小與河流水質呈顯著負相關性，而水域面積大小與河流水質呈正相關性，另外園地造成的農業面源污染要大于耕地。

漓江流域TN污染最為嚴重，因此建議對漓江流域的氮污染進行治理，并且應側重于整治桃花江、良豐河和遇龍河等支流。對于桃花江和良豐河流域，主要著重于工業廢水和城鎮生活污水的處理或增加涵養林面積等措施；而遇龍河流域需要加強農業面源污染控制，如建設施肥和施藥技術體系，同時推廣生態攔截溝渠、人工濕地和稻田消納等技術，能高效攔截、凈化氮磷污染物，并兼具生態景觀美化之功能［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

國家自然科學基金項目（41362012）；國家科技支撐課題項目（2012BAC16B02）

林 鵬 （1987—），男，碩士，研究方向：污染水文地質學，linpeng198812@163.com。

陳余道，博士，教授，博士生導師，cyd0056@vip.sina.com。

引文格式：林鵬，陳余道，夏源.漓江流域不同土地利用類型下水體污染類型與成因［J］.桂林理工大學學報，2016，36（3）：539-544.