江西省寻乌县水源地保护与小流域治理效果研究

刘小真 李江东 梁丽华

摘要：江西省寻乌县东江源地区是珠三角和香港地区的重要饮用水水源地，为保护东江源区生态环境，政府开展了一系列治理工作。基于寻乌县2010年和2018年土地利用数据，采用ArcGIS 10.2、Fragstats 4.2.1、Origin 2016软件对景观指数变化规律、土地利用方式动态度进行分析。结合土地利用转换矩阵计算各地类之间的转化动态信息，并对比治理前后饮用水源水质情况，分析治理的效果。结果表明：建设用地动态度最高，但是斑块密度下降，聚集度、最大斑块指数增加;耕地净转出量最高，林地净转入量最高，林地主要由耕地和草地转入，耕地斑块密度增加，最大斑块指数下降，耕地逐渐分散，林地的蔓延度指数增加，林地逐渐连成一片;治理后饮用水源水质转优。说明区域内移民搬迁、退耕还林、植树造林效果较好，但水域面积有所下降。建议加强对污水处理站及人工湿地的后期管理，控制河岸周围人口及城镇规模，并对餐厨废水进行妥善处理。

关 键 词：水源地保护; 生态修复; 土地利用方式; 东江源头

中图法分类号： X36

文献标志码： A

DOI：10.16232/j.cnki.1001-4179.2021.12.010

0 引 言

饮用水安全与百姓生活息息相关，已成为人类密切关注的问题。人为活动和气候变化威胁着全球近80%人口的用水安全[1]。在过去的10 a中，中国频繁发生饮用水源污染事件，影响数百万居民[2]。当前，确保饮用水源免于富营养化等污染，已成為饮用水供应、粮食安全和公共卫生的主要挑战[3]。以农业和果业经济为主的部分水源地，容易出现水土侵蚀和土地营养盐的损失[4-6]。陈瑞冰等[7]通过分析地形地貌、植被条件，结合相关国家政策提出了小流域治理的相关方法。Shi等[8]利用模型计算发现仅从单方面进行小流域治理的效果一般。吴一帆等[9]利用InVEST模型计算得出在潮河流域采用综合修复的方法效益较高。寻乌县东江源地区是珠三角和香港的重要饮用水水源地，保护其水资源安全尤为重要[10-11]。近年来，寻乌县东江源区农业发展较快[12]，但大面积开垦林地容易造成水土流失和水体污染。数据显示2013年，91%的氮进入东江上游河段[13]，氮、磷为东江源地区主要污染物，九曲湾水库水质未达到Ⅱ类水标准[14]。

2015～2016年，寻乌县政府结合本地实际情况，出台了相关政策并对寻乌县东江源头区域的小流域治理与水源地保护工程进行了相关规划设计，但反映相关治理效果的研究较少。本文介绍当地政府所采取的一些治理措施，并结合栅格数据利用ArcGIS10.2和Fragstats4.2.1软件对比2010年和2018年寻乌县土地利用方式的变化情况，利用Origin2016绘制土地利用动态度变化图，以及对比相关措施实施前后饮用水源水质变化情况，评价治理的效果并指出不足。

1 研究区概况

江西省寻乌县三标乡东江源村北部的桠髻钵山是东江发源地，桠髻钵山占地29.8 km2，海拔1 101.9 m。距离桠髻钵山28 km、县城区10 km的三标乡九曲湾水库是县城居民的饮用水源。寻乌县属于亚热带湿润季风气候，平均降水量1 650 mm。降水量分布不均，夏季高温多雨，冬季温暖少雨，总体来说水资源较为丰富[15]。寻乌县年平均气温19.0 ℃，1月平均气温9.3 ℃，7月平均气温27.3 ℃，极端最低气温-5.5 ℃，极端最高气温38.3 ℃，无霜期284 d[16]。寻乌县国土总面积2 325.47 km2，东江水系流域面积1 974 km2，寻乌县常年平均径流量为18.3亿m3。干流寻乌水（桠髻钵山至斗晏村省际交界处）全长106.5 km。研究区如图1所示。

2 寻乌县治理措施

为保护东江源头区域生态环境，保证下游城市居民的饮用水安全，2016年初，政府投入资金建设了一批环境保护以及生态修复工程。一方面利用“污水处理站-生态护岸-人工湿地”模式，处理生活污水;另一方面对水源地的居民进行了搬迁，敏感区禁止种植经济作物、禁止放养家禽、禁用高毒农药，植树造林，退耕还林，在居民集中居住区铺设雨污管网，建设人工湿地，实行河长制等。

构建马齐田生态处理区、燕子窝生态处理区和三标乡湿地公园生态处理区，燕子窝河心岛生态护坡总计49 300 m2，九曲湾库前植物修复区、三标乡坝前生态沟渠和永熟坝河道生态缓冲带总计2 850 m，同时建设九曲湾水库上游区三标村、黄陂村、基田村、胡屋村分散式生活污水处理站，铺设雨污管网23 860 m。河道生态缓冲带上种植水葱以及芦苇等植物。植物的根系可以固结碎石和土壤，抵御水流的冲刷，从而缓解水土流失[17]。三标乡污水处理设施布局如图2所示。人工湿地可以通过多种方式改善水质，包括养分的吸收，促进颗粒物的沉降和减少水环境中藻类生物量[18]。

寻乌县三标乡复合人工湿地用于集中处理未收集进入农村生活污水管网的污水。该复合人工湿地占地8 945 m2，日处理污水量为6 000 m3，水力负荷为0.67 m3/（m2·d），水力停留时间为19.5 h。复合人工湿地系统由预处单元、湿地单元和排放单元组成，其工艺如图3所示。

3 资料来源和研究方法

以各大数据平台获得的数据为基础，选取相应景观指数，运用Fragstats 4.2.1软件分析研究期间当地景观指数的变化，利用ArcGIS 10.2对土地利用数据进行表征，得出效果图;同时利用土地利用类型转移矩阵，计算不同时期不同土地类型内部的变化，并对比寻乌县九曲湾水库和太湖水库的水质状况，分析此次治理的效果。寻乌县水源地监测数据源于寻乌县人民政府官网;东江流域以及寻乌县DEM数据来源于地理空间数据云;寻乌县2010年和2018年土地利用数据来源于地理国情监测云平台，分辨率为30 m;当地生态修复设施参数来源于设施安全手册。

利用ArcGIS 10.2软件，根据2010年与2018年寻乌县土地利用方式的栅格数据作图，结果如图4所示。选取相应景观指数，利用Fragstats 4.2.1进行分析，结果如表1～3所列。

土地利用方式的变化情况，可以用单一土地利用动态度来表示，其表达式为

K=Kb-KaKa×1T×100%（1）

式中：K为研究期某一种土地利用的动态度;

Ka为研究初期a时刻某种土地利用类型的面积，km2;

Kb为研究末期b时刻某种土地利用类型的面积，km2;

T为研究期时长，a。

当K>0时，表示这种土地利用类型的面积在研究期间内处于增长阶段;当K<0时，表示这种土地利用类型的面积在研究期间内处于减少阶段;K=0时，表示这种土地利用类型的面积在研究期间内没有变化。计算结果如表4所列。

4 治理结果与效果分析

4.1 土地利用方式的变化

由表1～4可知：寻乌县主要以耕地、林地为主，2010年和2018年耕地与林地分别占寻乌县总面积的88.90%，94.04%。区域耕地、草地的面积呈下降趋势，而林地和建设用地则呈上升趋势。

建设用地动态度最大，耕地、林地变化量虽然大，但是动态度均低于建设用地。耕地的减少和林地的增加与寻乌县出台的一系列水源地保护、小流域治理政策和措施有着密切关系，而建设用地的高动态度则可能与寻乌县城镇化建设及人口的增加有着很大关联。

耕地斑块密度的增加说明耕地景观破碎化程度增加，耕地聚集指数减少了8.4%、最大斑块指数减少了89.9%，说明耕地区域连接性降低，耕地逐渐分散，景观优势度降低。相比耕地区域，林地区域面积有了明显的增加，林地斑块密度下降98.5%，说明林地景观破碎化程度降低;林地聚集指数略有增加，最大斑块指数增加了97.8%，说明林地区域有所聚集，林地景观优势度上升。草地景观的面积、斑块密度、最大斑块指数都出现了明显的下降，但聚集指数增加了31.4%。对比图4可看出，2010年部分草地区域演化成了林地，林地的斑块变大，部分被草地和耕地分隔的林地连为了一体。由表3可知，整体景观的蔓延度指数增加了18.80%，一般来说，高蔓延度值说明景观中的某种优势斑块类型具有良好的延续性，林地面积的大幅度增加并逐渐连成一片也可印证这一点。

水域景观面积、斑块密度、最大斑块指数分别减少了23.3%，88.8%，30.0%，但聚集指数增加了19.4%;建成区景观面积、最大斑块指数、聚集度指数分别增加了67.1%，200.0%，8.2%，但斑块密度减少了41.9%，说明部分分散的水域逐渐消失，水体景观优势度降低;部分位于河流发源地的偏远村庄消失，说明移民搬迁政策执行到位，但由于寻乌县主城区人口的增加，用水量增加，水体景观减少，建设用地景观面积、集中度增加。

4.2 土地利用转移矩阵

土地利用转移矩阵可以反映在一段时间内各种地类之间转化的动态信息，表达式为

Sij=S11…S1nSn1…Snn（2）

式中：Sij表示第i种土地利用类型转化j种土地利用类型的面积，n表示土地利用类型的总数。利用ArcGIS 10.2的格栅计算器对寻乌县2010年和2018年土地利用方式栅格图层进行分析，将耕地、林地、草地、建设用地、水域这五类土地利用方式进行融合-相交，得到土地利用矩阵，如表5、图5所示。

这时期转入面积最大的为林地，主要来源为耕地和草地，其中耕地转入面积占总转入面积的63.35%，主要体现在寻乌县北部山区;草地转入面积占总转入面积的34.65%，主要体现在寻乌县中南部东江河沿岸地区。转出面积最大的为耕地，其主要转化为林地和草地，其中林地占转出总面积的84.83%，草地占转出总面积的12.11%。净转入面积最大为林地，为371.58 km2，净转出面积最大为耕地，为250.74 km2，此外，草地的净转出面积也达到了130.02 km2。建设用地的净转入面积为10.26 km2，建设用地的主要转入类别为耕地和林地，主要集中在寻乌县主城区附近，水源地区域建设用地主要转出为林地，说明水源地移民搬迁效果明显，但主城区域人口增加，建设用地面积增加。寻乌县主城区域的扩大占用了部分耕地和林地，但是水源地区域大部分耕地转化为林地和草地，主河道沿岸大部分耕地也转化为林地和草地，说明此次退耕还林、植树造林效果明显。

4.3 水源保护现状及存在的问题

生态修复设施的建成和水源地保护政策的出台缓解了寻乌县东江源区水土流失和农业用地带来的水质恶化问题，2019年和2020年4个季度的集中式饮用水源水质报告显示，东江源头三标乡的九曲湾水库由2013年的Ⅲ类水提升并保持在了Ⅱ类水;水源乡的太湖水库为Ⅱ类水质，饮用水源地水质达标率为100%（水源乡位于东江上游，与三标乡相邻，太湖水库于2018年9月开始蓄水），如表6所列。

寻乌县大部分稀土矿开采工程虽已经关闭，但是部分废弃稀土矿区土体松散，植物覆盖率低，土壤贫瘠，土壤保肥能力差，水土流失较为严重[19-20]，废弃矿山的废水也会对周边水环境造成损害，故仍需加大力度治理废弃稀土矿矿山的生态以及地质环境，同时也要注意人口的增长、建设用地增加以及水域减少带来的生态问题。

5 结论和建议

5.1 结 论

本文通过对寻乌县东江源头区域进行实地考察，利用ArcGIS 10.2和Fragstats 4.2.1软件分析得出以下結论。

（1） 2010～2018年，区域内耕地面积减少51.27%，林地面积增加29.5%，林地净转入面积最高，耕地净转入面积最低，多数耕地和草地区域转化为林地，林地景观优势度上升，连接度增加。研究区域内建设用地动态度最高，达到了8.19%，建设用地增加了88.14%，净转入10.26 km2，但是斑块密度下降，聚集度、最大斑块指数增加，分散度下降，建设用地逐渐集中于寻乌县主城区，说明随着出生人口的增加以及移民搬迁进入主城区的人数增加，城镇规模逐渐扩大。

（2） 位于水源地的耕地和建設用地面积下降，说明区域内移民搬迁政策效果较好。耕地斑块密度增加，最大斑块指数下降，耕地逐渐分散，林地的蔓延度指数增加，林地逐渐连成一片，说明区域内退耕还林、植树造林效果较好。

（3） 水域动态度最低，为-2.40%，水体区域减少14.26%，这点不容忽视。治理后饮用水源水质有所提升，但水域面积有所下降，应加大对水资源的保护并节约用水。

5.2 建 议

（1） 完善生态设施的后期管理。

人工湿地的后期运行方面，由于较少的水生植物能在低温下生存，因此冬季和早春大型水生植物的去污性能可能会很低，因此，应定时检查并打捞去除大型植物的残骸并定期疏通入流河道，以减少大型植物腐烂引起的水质问题和减缓河道的堵塞，巩固建设的成果。

（2） 控制河岸周围人口及城镇规模。

虽通过一系列生态修复措施，使得耕地景观面积减少，林地景观面积增加，但建筑面积的增加以及人口的增长，不利于水体的恢复。应控制河流两岸周围的城市化进程和人口的增长，加强对当地居民的思想教育与对生态文明建设的宣传力度，从根本上减少人为因素对生态环境的负面影响。

（3） 推进生活垃圾分类处置。

东江源头部分地区的餐厨废水与一般生活污水一同排放，增加了污水处理设施的负荷，对当地生态环境的影响较大。史晓燕等[21]发现东江源头沿江村庄餐厨废水污染程度较大。故对于水质较差的餐厨废水，应在排放后设置格栅进行预处理，过滤水流中的食物残渣后进行深度处理，或者引入农村化粪池进行厌氧发酵处理。

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（编辑：黄文晋）

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