江西省尋烏縣水源地保護與小流域治理效果研究

劉小真 李江東 梁麗華

摘要：江西省尋烏縣東江源地區是珠三角和香港地區的重要飲用水水源地，為保護東江源區生態環境，政府開展了一系列治理工作。基于尋烏縣2010年和2018年土地利用數據，采用ArcGIS 10.2、Fragstats 4.2.1、Origin 2016軟件對景觀指數變化規律、土地利用方式動態度進行分析。結合土地利用轉換矩陣計算各地類之間的轉化動態信息，并對比治理前后飲用水源水質情況，分析治理的效果。結果表明：建設用地動態度最高，但是斑塊密度下降，聚集度、最大斑塊指數增加;耕地凈轉出量最高，林地凈轉入量最高，林地主要由耕地和草地轉入，耕地斑塊密度增加，最大斑塊指數下降，耕地逐漸分散，林地的蔓延度指數增加，林地逐漸連成一片;治理后飲用水源水質轉優。說明區域內移民搬遷、退耕還林、植樹造林效果較好，但水域面積有所下降。建議加強對污水處理站及人工濕地的后期管理，控制河岸周圍人口及城鎮規模，并對餐廚廢水進行妥善處理。

關 鍵 詞：水源地保護; 生態修復; 土地利用方式; 東江源頭

中圖法分類號： X36

文獻標志碼： A

DOI：10.16232/j.cnki.1001-4179.2021.12.010

0 引 言

飲用水安全與百姓生活息息相關，已成為人類密切關注的問題。人為活動和氣候變化威脅著全球近80%人口的用水安全[1]。在過去的10 a中，中國頻繁發生飲用水源污染事件，影響數百萬居民[2]。當前，確保飲用水源免于富營養化等污染，已成為飲用水供應、糧食安全和公共衛生的主要挑戰[3]。以農業和果業經濟為主的部分水源地，容易出現水土侵蝕和土地營養鹽的損失[4-6]。陳瑞冰等[7]通過分析地形地貌、植被條件，結合相關國家政策提出了小流域治理的相關方法。Shi等[8]利用模型計算發現僅從單方面進行小流域治理的效果一般。吳一帆等[9]利用InVEST模型計算得出在潮河流域采用綜合修復的方法效益較高。尋烏縣東江源地區是珠三角和香港的重要飲用水水源地，保護其水資源安全尤為重要[10-11]。近年來，尋烏縣東江源區農業發展較快[12]，但大面積開墾林地容易造成水土流失和水體污染。數據顯示2013年，91%的氮進入東江上游河段[13]，氮、磷為東江源地區主要污染物，九曲灣水庫水質未達到Ⅱ類水標準[14]。

2015～2016年，尋烏縣政府結合本地實際情況，出臺了相關政策并對尋烏縣東江源頭區域的小流域治理與水源地保護工程進行了相關規劃設計，但反映相關治理效果的研究較少。本文介紹當地政府所采取的一些治理措施，并結合柵格數據利用ArcGIS10.2和Fragstats4.2.1軟件對比2010年和2018年尋烏縣土地利用方式的變化情況，利用Origin2016繪制土地利用動態度變化圖，以及對比相關措施實施前后飲用水源水質變化情況，評價治理的效果并指出不足。

1 研究區概況

江西省尋烏縣三標鄉東江源村北部的椏髻缽山是東江發源地，椏髻缽山占地29.8 km2，海拔1 101.9 m。距離椏髻缽山28 km、縣城區10 km的三標鄉九曲灣水庫是縣城居民的飲用水源。尋烏縣屬于亞熱帶濕潤季風氣候，平均降水量1 650 mm。降水量分布不均，夏季高溫多雨，冬季溫暖少雨，總體來說水資源較為豐富[15]。尋烏縣年平均氣溫19.0 ℃，1月平均氣溫9.3 ℃，7月平均氣溫27.3 ℃，極端最低氣溫-5.5 ℃，極端最高氣溫38.3 ℃，無霜期284 d[16]。尋烏縣國土總面積2 325.47 km2，東江水系流域面積1 974 km2，尋烏縣常年平均徑流量為18.3億m3。干流尋烏水（椏髻缽山至斗晏村省際交界處）全長106.5 km。研究區如圖1所示。

2 尋烏縣治理措施

為保護東江源頭區域生態環境，保證下游城市居民的飲用水安全，2016年初，政府投入資金建設了一批環境保護以及生態修復工程。一方面利用“污水處理站-生態護岸-人工濕地”模式，處理生活污水;另一方面對水源地的居民進行了搬遷，敏感區禁止種植經濟作物、禁止放養家禽、禁用高毒農藥，植樹造林，退耕還林，在居民集中居住區鋪設雨污管網，建設人工濕地，實行河長制等。

構建馬齊田生態處理區、燕子窩生態處理區和三標鄉濕地公園生態處理區，燕子窩河心島生態護坡總計49 300 m2，九曲灣庫前植物修復區、三標鄉壩前生態溝渠和永熟壩河道生態緩沖帶總計2 850 m，同時建設九曲灣水庫上游區三標村、黃陂村、基田村、胡屋村分散式生活污水處理站，鋪設雨污管網23 860 m。河道生態緩沖帶上種植水蔥以及蘆葦等植物。植物的根系可以固結碎石和土壤，抵御水流的沖刷，從而緩解水土流失[17]。三標鄉污水處理設施布局如圖2所示。人工濕地可以通過多種方式改善水質，包括養分的吸收，促進顆粒物的沉降和減少水環境中藻類生物量[18]。

尋烏縣三標鄉復合人工濕地用于集中處理未收集進入農村生活污水管網的污水。該復合人工濕地占地8 945 m2，日處理污水量為6 000 m3，水力負荷為0.67 m3/（m2·d），水力停留時間為19.5 h。復合人工濕地系統由預處單元、濕地單元和排放單元組成，其工藝如圖3所示。

3 資料來源和研究方法

以各大數據平臺獲得的數據為基礎，選取相應景觀指數，運用Fragstats 4.2.1軟件分析研究期間當地景觀指數的變化，利用ArcGIS 10.2對土地利用數據進行表征，得出效果圖;同時利用土地利用類型轉移矩陣，計算不同時期不同土地類型內部的變化，并對比尋烏縣九曲灣水庫和太湖水庫的水質狀況，分析此次治理的效果。尋烏縣水源地監測數據源于尋烏縣人民政府官網;東江流域以及尋烏縣DEM數據來源于地理空間數據云;尋烏縣2010年和2018年土地利用數據來源于地理國情監測云平臺，分辨率為30 m;當地生態修復設施參數來源于設施安全手冊。

利用ArcGIS 10.2軟件，根據2010年與2018年尋烏縣土地利用方式的柵格數據作圖，結果如圖4所示。選取相應景觀指數，利用Fragstats 4.2.1進行分析，結果如表1～3所列。

土地利用方式的變化情況，可以用單一土地利用動態度來表示，其表達式為

K=Kb-KaKa×1T×100%（1）

式中：K為研究期某一種土地利用的動態度;

Ka為研究初期a時刻某種土地利用類型的面積，km2;

Kb為研究末期b時刻某種土地利用類型的面積，km2;

T為研究期時長，a。

當K>0時，表示這種土地利用類型的面積在研究期間內處于增長階段;當K<0時，表示這種土地利用類型的面積在研究期間內處于減少階段;K=0時，表示這種土地利用類型的面積在研究期間內沒有變化。計算結果如表4所列。

4 治理結果與效果分析

4.1 土地利用方式的變化

由表1～4可知：尋烏縣主要以耕地、林地為主，2010年和2018年耕地與林地分別占尋烏縣總面積的88.90%，94.04%。區域耕地、草地的面積呈下降趨勢，而林地和建設用地則呈上升趨勢。

建設用地動態度最大，耕地、林地變化量雖然大，但是動態度均低于建設用地。耕地的減少和林地的增加與尋烏縣出臺的一系列水源地保護、小流域治理政策和措施有著密切關系，而建設用地的高動態度則可能與尋烏縣城鎮化建設及人口的增加有著很大關聯。

耕地斑塊密度的增加說明耕地景觀破碎化程度增加，耕地聚集指數減少了8.4%、最大斑塊指數減少了89.9%，說明耕地區域連接性降低，耕地逐漸分散，景觀優勢度降低。相比耕地區域，林地區域面積有了明顯的增加，林地斑塊密度下降98.5%，說明林地景觀破碎化程度降低;林地聚集指數略有增加，最大斑塊指數增加了97.8%，說明林地區域有所聚集，林地景觀優勢度上升。草地景觀的面積、斑塊密度、最大斑塊指數都出現了明顯的下降，但聚集指數增加了31.4%。對比圖4可看出，2010年部分草地區域演化成了林地，林地的斑塊變大，部分被草地和耕地分隔的林地連為了一體。由表3可知，整體景觀的蔓延度指數增加了18.80%，一般來說，高蔓延度值說明景觀中的某種優勢斑塊類型具有良好的延續性，林地面積的大幅度增加并逐漸連成一片也可印證這一點。

水域景觀面積、斑塊密度、最大斑塊指數分別減少了23.3%，88.8%，30.0%，但聚集指數增加了19.4%;建成區景觀面積、最大斑塊指數、聚集度指數分別增加了67.1%，200.0%，8.2%，但斑塊密度減少了41.9%，說明部分分散的水域逐漸消失，水體景觀優勢度降低;部分位于河流發源地的偏遠村莊消失，說明移民搬遷政策執行到位，但由于尋烏縣主城區人口的增加，用水量增加，水體景觀減少，建設用地景觀面積、集中度增加。

4.2 土地利用轉移矩陣

土地利用轉移矩陣可以反映在一段時間內各種地類之間轉化的動態信息，表達式為

Sij=S11…S1nSn1…Snn（2）

式中：Sij表示第i種土地利用類型轉化j種土地利用類型的面積，n表示土地利用類型的總數。利用ArcGIS 10.2的格柵計算器對尋烏縣2010年和2018年土地利用方式柵格圖層進行分析，將耕地、林地、草地、建設用地、水域這五類土地利用方式進行融合-相交，得到土地利用矩陣，如表5、圖5所示。

這時期轉入面積最大的為林地，主要來源為耕地和草地，其中耕地轉入面積占總轉入面積的63.35%，主要體現在尋烏縣北部山區;草地轉入面積占總轉入面積的34.65%，主要體現在尋烏縣中南部東江河沿岸地區。轉出面積最大的為耕地，其主要轉化為林地和草地，其中林地占轉出總面積的84.83%，草地占轉出總面積的12.11%。凈轉入面積最大為林地，為371.58 km2，凈轉出面積最大為耕地，為250.74 km2，此外，草地的凈轉出面積也達到了130.02 km2。建設用地的凈轉入面積為10.26 km2，建設用地的主要轉入類別為耕地和林地，主要集中在尋烏縣主城區附近，水源地區域建設用地主要轉出為林地，說明水源地移民搬遷效果明顯，但主城區域人口增加，建設用地面積增加。尋烏縣主城區域的擴大占用了部分耕地和林地，但是水源地區域大部分耕地轉化為林地和草地，主河道沿岸大部分耕地也轉化為林地和草地，說明此次退耕還林、植樹造林效果明顯。

4.3 水源保護現狀及存在的問題

生態修復設施的建成和水源地保護政策的出臺緩解了尋烏縣東江源區水土流失和農業用地帶來的水質惡化問題，2019年和2020年4個季度的集中式飲用水源水質報告顯示，東江源頭三標鄉的九曲灣水庫由2013年的Ⅲ類水提升并保持在了Ⅱ類水;水源鄉的太湖水庫為Ⅱ類水質，飲用水源地水質達標率為100%（水源鄉位于東江上游，與三標鄉相鄰，太湖水庫于2018年9月開始蓄水），如表6所列。

尋烏縣大部分稀土礦開采工程雖已經關閉，但是部分廢棄稀土礦區土體松散，植物覆蓋率低，土壤貧瘠，土壤保肥能力差，水土流失較為嚴重[19-20]，廢棄礦山的廢水也會對周邊水環境造成損害，故仍需加大力度治理廢棄稀土礦礦山的生態以及地質環境，同時也要注意人口的增長、建設用地增加以及水域減少帶來的生態問題。

5 結論和建議

5.1 結 論

本文通過對尋烏縣東江源頭區域進行實地考察，利用ArcGIS 10.2和Fragstats 4.2.1軟件分析得出以下結論。

（1） 2010～2018年，區域內耕地面積減少51.27%，林地面積增加29.5%，林地凈轉入面積最高，耕地凈轉入面積最低，多數耕地和草地區域轉化為林地，林地景觀優勢度上升，連接度增加。研究區域內建設用地動態度最高，達到了8.19%，建設用地增加了88.14%，凈轉入10.26 km2，但是斑塊密度下降，聚集度、最大斑塊指數增加，分散度下降，建設用地逐漸集中于尋烏縣主城區，說明隨著出生人口的增加以及移民搬遷進入主城區的人數增加，城鎮規模逐漸擴大。

（2） 位于水源地的耕地和建設用地面積下降，說明區域內移民搬遷政策效果較好。耕地斑塊密度增加，最大斑塊指數下降，耕地逐漸分散，林地的蔓延度指數增加，林地逐漸連成一片，說明區域內退耕還林、植樹造林效果較好。

（3） 水域動態度最低，為-2.40%，水體區域減少14.26%，這點不容忽視。治理后飲用水源水質有所提升，但水域面積有所下降，應加大對水資源的保護并節約用水。

5.2 建 議

（1） 完善生態設施的后期管理。

人工濕地的后期運行方面，由于較少的水生植物能在低溫下生存，因此冬季和早春大型水生植物的去污性能可能會很低，因此，應定時檢查并打撈去除大型植物的殘骸并定期疏通入流河道，以減少大型植物腐爛引起的水質問題和減緩河道的堵塞，鞏固建設的成果。

（2） 控制河岸周圍人口及城鎮規模。

雖通過一系列生態修復措施，使得耕地景觀面積減少，林地景觀面積增加，但建筑面積的增加以及人口的增長，不利于水體的恢復。應控制河流兩岸周圍的城市化進程和人口的增長，加強對當地居民的思想教育與對生態文明建設的宣傳力度，從根本上減少人為因素對生態環境的負面影響。

（3） 推進生活垃圾分類處置。

東江源頭部分地區的餐廚廢水與一般生活污水一同排放，增加了污水處理設施的負荷，對當地生態環境的影響較大。史曉燕等[21]發現東江源頭沿江村莊餐廚廢水污染程度較大。故對于水質較差的餐廚廢水，應在排放后設置格柵進行預處理，過濾水流中的食物殘渣后進行深度處理，或者引入農村化糞池進行厭氧發酵處理。

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（編輯：黃文晉）

Effect of water source protection and small watershed management in Xunwu County， Jiangxi Province

LIU Xiaozhen1，2，LI Jiangdong2，LIANG Lihua3

（1.Key Laboratory of Environment and Resource Utilization of Poyang Lake of Ministry of Education，Nanchang University，Nanchang 330031，China; 2.School of Resources，Environment and Chemical Engineering，Nanchang University，Nanchang 330031，China; 3.Nanchang Wuqiu Environmental Protection Technology Co.，Ltd.，Nanchang 330006，China）

Abstract：

The Dongjiang origin area in Xunwu County，Jiangxi Province is an important drinking water source of the Pearl River Delta and Hong Kong regions.In order to protect the ecological environment of the Dongjiang origin area，the government has carried out a series of treatment.Based on the land use data in 2010 and 2018，ArcGIS 10.2，Fragstats 4.2.1，Origin 2016 were used to analyze the changing laws of landscape index and the dynamics of land use patterns.Combined with the land use conversion matrix，the dynamic information of transformation between various categories was calculated.The quality of drinking water source before and after the treatment was compared，and the effects of treatments were analyzed.The results showed that the dynamic degree of construction land was the highest，but its patch density decreased，aggregation degree and the maximum patch index increased.The net transfer of cultivated land to other types of land was the highest，and the net transfer of other types of land to forest land was the highest.Forest land was mainly transferred from cultivated land and grassland.The patch density of cultivated land increased，and the maximum patch index of cultivated land decreased，the cultivated land was gradually dispersed，the spread index of forest land increased，and forest land was gradually connected.After the treatment，the quality of drinking water sources had improved.It showed that the effects of resettlement，urbanization，return the grain plots to forestry，and afforestation in the region were good，but the water area had declined.It is recommended to strengthen the post-management of sewage treatment stations and constructed wetlands，control the population around the river bank and the size of towns，strengthen communication and coordination with local people，and dispose the kitchen wastewater properly.

Key words：

water source protection;ecological restoration;land use type;source of Dongjiang River