耿潤哲，殷培紅，馬 茜

環(huán)境保護(hù)部環(huán)境與經(jīng)濟(jì)政策研究中心，北京 100029

基于關(guān)鍵源區(qū)識別的飲用水水源保護(hù)區(qū)劃研究

耿潤哲，殷培紅*，馬 茜1

環(huán)境保護(hù)部環(huán)境與經(jīng)濟(jì)政策研究中心，北京 100029

準(zhǔn)確劃定飲用水水源保護(hù)區(qū)是實現(xiàn)飲用水安全精細(xì)化管理的重要前提．基于源頭削減和全過程協(xié)同管理的思路，將GIS平臺、ArcSWAT模型、成本-效益分析技術(shù)相結(jié)合，以貴州省紅楓湖飲用水水源保護(hù)區(qū)為例，通過對近5年(2010—2014年)水污染負(fù)荷特征進(jìn)行模擬，識別影響水環(huán)境污染控制的關(guān)鍵源區(qū)，在此基礎(chǔ)上劃定水源保護(hù)區(qū)．結(jié)果表明:①研究區(qū)總氮、總磷污染負(fù)荷主要來源為農(nóng)業(yè)面源，其中農(nóng)業(yè)種植和畜禽養(yǎng)殖的負(fù)荷貢獻(xiàn)分別達(dá)到89．7%和91．8%，總氮和總磷負(fù)荷高風(fēng)險區(qū)主要集中在流域西北部地勢較高且農(nóng)業(yè)耕作活動頻繁區(qū)域;②污染控制措施的成本效益分析表明，測土配方施肥、1°～15°坡耕地等高植物籬、保護(hù)性耕作、植被緩沖帶的成本-效益比較高，在該區(qū)域水環(huán)境污染控制中具有較高的推廣應(yīng)用價值;③基于水污染關(guān)鍵源區(qū)識別結(jié)果，劃定飲用水源四級風(fēng)險區(qū)，其中一級、二級風(fēng)險區(qū)總面積為97．6 km2，僅占原飲用水水源一、二級保護(hù)區(qū)面積的41．4%，可削減總氮、總磷負(fù)荷的60%～70%，所需的搬遷成本僅為原劃定方案的35%．研究結(jié)果可為我國中西部人口密度大且逐水而居的地區(qū)飲用水水源保護(hù)區(qū)及管控政策的制訂提供理論基礎(chǔ)和技術(shù)參考．

飲用水源;SWAT模型;關(guān)鍵源區(qū)識別;面源污染

近年來，由于工業(yè)化進(jìn)程的加快，國內(nèi)很多飲用水源地周圍環(huán)境遭到污染．2015年中國環(huán)境狀況公報顯示，全國967個地表水國控斷面(點位)Ⅳ類以上水質(zhì)斷面占35．5%［1］，嚴(yán)重影響人民群眾的身體健康，飲用水水源保護(hù)區(qū)劃工作已迫在眉睫，而劃定飲用水源保護(hù)區(qū)則是一種行之有效的保護(hù)措施［2-5］．

目前國內(nèi)外劃定飲用水源保護(hù)區(qū)的方法主要有經(jīng)驗值法和計算機(jī)模型法．經(jīng)驗值法具有使用簡便、數(shù)據(jù)需求量低等特點，在我國飲用水水源保護(hù)區(qū)劃分研究中應(yīng)用較為普遍［6-7］．?dāng)?shù)學(xué)模擬法是根據(jù)研究水源地的水文、地質(zhì)、污染等條件，建立數(shù)學(xué)模型，利用試驗數(shù)據(jù)，按照不同保護(hù)區(qū)水質(zhì)要求確定各級保護(hù)區(qū)的范圍［8-9］．以上方法雖然對部分區(qū)域的飲用水源地保護(hù)發(fā)揮了重要作用，但還存在三個方面的不足:①劃分的指導(dǎo)性原則不夠精確，多基于HJT 338—2007《飲用水水源保護(hù)區(qū)劃分技術(shù)規(guī)范》［10］，采用輻射性方法進(jìn)行“一刀切”式的劃分，空間上與流域整體特點匹配不夠，也未考慮水環(huán)境污染的區(qū)域性差異和空間異質(zhì)性，認(rèn)為所規(guī)定范圍內(nèi)均為潛在的污染高風(fēng)險區(qū)，不利于飲用水源保護(hù)區(qū)范圍內(nèi)精細(xì)化管理措施的制訂和實施［11］;②存在較高的政策執(zhí)行風(fēng)險，“一刀切”式的劃分方法會導(dǎo)致庫區(qū)民眾的遷出問題，不但搬遷的經(jīng)濟(jì)成本較高，而且還存在較高的社會風(fēng)險，尤其在我國中西部逐水而居的地區(qū)，由于水源保護(hù)區(qū)及附近的人口密度較大，這一風(fēng)險更為突出;③對流域整體管理的考慮不足，現(xiàn)行方法僅是針對湖泊、水庫本身一定范圍內(nèi)的保護(hù)策略，并未考慮湖泊、水庫所控制的上游流域集水區(qū)整體的污染物傳輸過程對水質(zhì)的影響，常常出現(xiàn)飲用水源保護(hù)區(qū)內(nèi)嚴(yán)格管控、保護(hù)區(qū)外污染照舊的現(xiàn)象，導(dǎo)致飲用水源的水環(huán)境質(zhì)量并未出現(xiàn)明顯改善［12］．

研究表明，針對飲用水源保護(hù)區(qū)所控制的流域整體而言，少數(shù)區(qū)域(通常只占流域總面積的20%～30%)的污染物輸出量通常占據(jù)全流域負(fù)荷總量的絕大比例(約占污染物負(fù)荷總量的80%)［13-14］．水環(huán)境污染關(guān)鍵源區(qū)(critical source areas，CSAs)是指對流域內(nèi)水環(huán)境整體狀況有決定性影響的污染敏感區(qū)域［15-17］．從流域整體角度對水環(huán)境污染進(jìn)行控制，明確水環(huán)境污染物的主要來源和時空分布特征，已成為當(dāng)前流域水環(huán)境污染控制的核心理念和關(guān)鍵所在［18-20］．

通過對流域整體水污染控制關(guān)鍵源區(qū)的識別，對飲用水水源保護(hù)區(qū)進(jìn)行精細(xì)化劃分，是實現(xiàn)飲用水源保護(hù)成本-效益最大化的有效途徑．現(xiàn)有研究多是采用風(fēng)險評價或模型模擬的方法來識別關(guān)鍵源區(qū)．風(fēng)險評價通過確定污染物流失的風(fēng)險水平，分級劃分流域的關(guān)鍵源區(qū)．磷指數(shù)(Phosphorus Index，PI)法是比較有代表性的一種風(fēng)險評價方法．Lemunyon等［21-22］在綜合考慮了多因子的相互作用后，首先提出了用磷指數(shù)評價法確定農(nóng)業(yè)地區(qū)磷元素流失的風(fēng)險性．磷指數(shù)法由于不使用復(fù)雜的數(shù)學(xué)模型，簡便實用，主要應(yīng)用于地塊和小流域尺度的關(guān)鍵源區(qū)識別［15，23］．模型模擬方法是進(jìn)行關(guān)鍵源區(qū)識別的另一種有效途徑．此類研究多是將GIS與ANSWERS、AGNPS、HSPF、SWAT等機(jī)理模型集成，在空間和時間序列上對非點源污染的產(chǎn)生機(jī)理進(jìn)行模擬分析，從而確定流域的關(guān)鍵源區(qū)．機(jī)理模型雖然相對較為復(fù)雜，對數(shù)據(jù)資料的種類和精度也有較高要求，但它可以得到污染物流失量，并且精度較高，因此被廣泛應(yīng)用于流域尺度的關(guān)鍵源區(qū)識別［24-27］．

該研究嘗試構(gòu)建基于水環(huán)境污染物關(guān)鍵源區(qū)識別的飲用水水源保護(hù)風(fēng)險區(qū)劃方法，以機(jī)理模型和GIS平臺為基礎(chǔ)，對貴州省紅楓湖水庫飲用水水源保護(hù)區(qū)所轄流域整體的水環(huán)境污染物關(guān)鍵源區(qū)進(jìn)行識別，進(jìn)而對不同情景下的污染控制措施效率進(jìn)行評估，并采用工程經(jīng)濟(jì)分析方法對不同情景下的水源保護(hù)區(qū)風(fēng)險控制方案進(jìn)行成本-效益分析，提出成本-效益最優(yōu)的飲用水水源保護(hù)風(fēng)險區(qū)劃方案，這對在我國人多地少的現(xiàn)實國情下實現(xiàn)飲用水源保護(hù)區(qū)精確化管理具有一定的理論和現(xiàn)實意義．

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于貴陽市西部(106°00'E～106°30'E、26°10'N～26°30'N)，包括4個區(qū)縣，共16個鄉(xiāng)鎮(zhèn)，流域面積約為1 124．6 km2(見圖1)．紅楓湖是貴陽市最大的水源地，水源保護(hù)區(qū)一、二級面積235．7 km2，每天向貴陽市的城市供水量為4×105m3，供水量占貴陽市用水總量的70%以上，整個區(qū)域的中部地區(qū)均為水環(huán)境高度敏感區(qū)，具有重要的生態(tài)和社會經(jīng)濟(jì)價值．區(qū)域內(nèi)水環(huán)境的主要污染物為總氮和總磷，而COD和氨氮在大多數(shù)斷面均不超標(biāo)［28］，因此該研究僅針對總氮、總磷污染進(jìn)行分析．

2 研究方法

2．1 數(shù)據(jù)來源

以RS、GIS技術(shù)為支持，建立紅楓湖流域空間及社會經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)庫．空間數(shù)據(jù)庫主要包括數(shù)字高程模型圖(DEM)、土地利用類型分布圖(見圖2)、土壤類型圖及相關(guān)屬性數(shù)據(jù)等;社會經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)庫主要包括各鄉(xiāng)鎮(zhèn)人口、畜禽養(yǎng)殖、點源污染等(見表1)．

2．2 研究方法

2．2．1 關(guān)鍵源區(qū)識別

該研究采用ArcSWAT模型作為流域水環(huán)境污染關(guān)鍵源區(qū)識別的工具，ArcSWAT模型是一個連續(xù)的半分布式流域水文模型，在全球范圍內(nèi)應(yīng)用廣泛［29-31］．以紅楓湖水庫入庫點黃貓村水文站2010—2014年的逐日流量和逐月泥沙、總氮及總磷監(jiān)測數(shù)據(jù)，對建立的SWAT模型校準(zhǔn)和驗證，其中2010—2012年作為模型的校準(zhǔn)期，2013—2014年作為驗證期．計算納什效率系數(shù)(NE)和相對誤差(RE)對模型模擬效果進(jìn)行評價(見表2)，根據(jù)Moriasi的模型效率評價指標(biāo)，確定徑流模擬的精度相對誤差在25%以內(nèi)，泥沙和營養(yǎng)物的相對誤差控制50%以內(nèi)，并且Ens≥0．5，表明模型模擬結(jié)果是可接受的，具體校驗結(jié)果見筆者所在課題組發(fā)表的紅楓湖流域水環(huán)境污染控制系列研究論文［32］．基于校驗后的ArcSWAT模型識別紅楓湖流域水環(huán)境污染的關(guān)鍵源區(qū)．

2．2．2 污染控制措施削減效率評估

基于流域水環(huán)境污染的關(guān)鍵源區(qū)配置最佳管理措施(best management practices，BMPs)，是實現(xiàn)飲用水源保護(hù)成本—效益最大化的重要途徑，而BMPs削減效率作為實現(xiàn)BMPs有效配置的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，會受到不同區(qū)域下墊面條件、氣候條件以及措施實施規(guī)模等的影響，需要對基于特定點-位的BMPs效率進(jìn)行評估，ArcSWAT模型作為一種較為成熟的半分布式水文模型，在世界各地的非點源污染BMPs配置工作中得到了廣泛的應(yīng)用［23，33］，并取得了不錯的結(jié)果．該研究中擬實施BMPs的ArcSWAT模擬，主要基于各項措施的運行機(jī)制，進(jìn)而調(diào)整模型中與之相對應(yīng)的參數(shù)進(jìn)行模擬，各項措施的運行機(jī)制及ArcSWAT模型模擬方法見表3．

2．2．3 不同情景下飲用水源保護(hù)區(qū)劃方案成本-效益分析

該研究所采用的BMPs成本主要包括固定投資和生命周期內(nèi)的運行維護(hù)成本兩部分［34］．其中，固定投資反映建造工程措施的一次性固定資產(chǎn)投入水平，主要包括人力資本、土地應(yīng)用成本及建設(shè)費用三項內(nèi)容．

式中:Ctd為措施總成本，元 (hm2·a);C0為固定投資，元 a;rm為維護(hù)成本，一般以所占總成本的比例表示(如緩沖帶為1%)［35］;s為固定年利率，該研究中參考中國人民銀行2013年一年期年利率為6．40%;td為措施生命周期，a．

在BMPs的成本-效益分析中，如何將措施的環(huán)境效益進(jìn)行貨幣化表示，是成本-效益分析中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)．該研究擬參考王曉燕等［36-37］在密云水庫水源保護(hù)區(qū)內(nèi)BMPs效益的評價方法，采用影子成本法對紅楓湖流域污染控制措施的環(huán)境效益進(jìn)行貨幣化計算，并采用經(jīng)濟(jì)效益費用比(BECR)、內(nèi)部收益率、經(jīng)濟(jì)凈現(xiàn)值及經(jīng)濟(jì)凈現(xiàn)值率等動態(tài)評價方法，在考慮資金時間價值的基礎(chǔ)上，對不同情境下的水源保護(hù)區(qū)風(fēng)險區(qū)劃方案進(jìn)行評價，篩選最優(yōu)控制方案．

式中:Ei為N、P養(yǎng)分流失所損失的價值，元;i為N、P兩種元素;Ti為污染物流失總量，t;Si為N、P折算為磷酸二銨的系數(shù);Pi為磷酸二銨肥料的價格，元．根據(jù)課題組現(xiàn)場調(diào)研結(jié)果，目前貴州省磷酸二銨的市場價格為3 600～4 000元 t，該研究中取折中價3 800元 t;TN和TP負(fù)荷量折算成純氮、磷化肥的比例分別為132 14和132 31［38］．

3 結(jié)果與討論

3．1 關(guān)鍵源區(qū)識別結(jié)果

3．1．1 重點污染源

紅楓湖流域2013年總氮、總磷負(fù)荷產(chǎn)生量分別為16 278．5和1 742．3 t a，其中農(nóng)業(yè)面源污染重的種植業(yè)污染負(fù)荷產(chǎn)生量最高，分別占負(fù)荷總量的71．03%和47．40%，為水環(huán)境污染物產(chǎn)生的關(guān)鍵來源;其次為養(yǎng)殖業(yè)，占負(fù)荷總量的18．64%和44．36%;農(nóng)村生活和點源污染負(fù)荷產(chǎn)生量較低，僅占污染負(fù)荷總量的10．32%和8．23%(見圖3)．因此，可以認(rèn)為紅楓湖流域水環(huán)境污染物主要來自于農(nóng)業(yè)面源污染，并且主要污染源為種植業(yè)和畜禽養(yǎng)殖．

3．1．2 污染物風(fēng)險空間分布特征

從污染物的空間分布特征(見圖4)來看，將總氮、總磷負(fù)荷量占流域面積70%～80%的區(qū)域確定為水環(huán)境污染的關(guān)鍵區(qū)域．總氮污染的高風(fēng)險區(qū)域集中于羊昌河流域的劉官鄉(xiāng)、黃臘鄉(xiāng)、舊州鎮(zhèn)，經(jīng)課題組實地調(diào)研發(fā)現(xiàn)，這些鄉(xiāng)鎮(zhèn)的農(nóng)業(yè)活動較為頻繁，并且距河道較近，是紅楓湖上游流域主要糧食主產(chǎn)區(qū)，部分高風(fēng)險區(qū)域化肥的施用量達(dá)到750 kg hm2，化肥的過量施用是導(dǎo)致總氮負(fù)荷較高的主要因素．總磷污染的高風(fēng)險區(qū)主要集中在蔡官鎮(zhèn)、樂平鄉(xiāng)、天龍鎮(zhèn)及十字鄉(xiāng)，這些鄉(xiāng)鎮(zhèn)的總磷負(fù)荷量均超過了磷流失的風(fēng)險閾值(2 kg hm2)［18］，這些鄉(xiāng)鎮(zhèn)多位于地形起幅較大的區(qū)域，多年來較為嚴(yán)重的采礦活動導(dǎo)致地表植被覆蓋度較低，加速了土壤侵蝕的發(fā)生，作為面源污染的主要驅(qū)動因素，土壤侵蝕的加劇可能是導(dǎo)致這一區(qū)域總磷負(fù)荷量較高的主要因素．

3．2 BMPs污染物削減效率評估

采用ArcSWAT模型對紅楓湖流域水環(huán)境污染控制BMPs措施評估結(jié)果表明，平衡施肥技術(shù)對總氮的削減效率最高，達(dá)到了66．7%;30～100 m寬河岸緩沖帶對總磷的削減效率最高，可達(dá)72．1%．保護(hù)性耕作技術(shù)的污控表現(xiàn)較為均衡，總氮、總磷的削減效率分別為39．2%和30．1%．同時，這三項措施的自然資源保護(hù)價值也是最高的，完全實施后所獲取的環(huán)境效益總價值達(dá)到了15×108元以上，具有較好的經(jīng)濟(jì)價值(見表4)．

3．3 不同情景下飲用水源保護(hù)區(qū)劃方案成本-效益分析

綜合對比分析選擇的多項控制措施，從經(jīng)濟(jì)上和技術(shù)上綜合分析方案的可行性，選擇最優(yōu)的非點源控制方法及組合，以期在經(jīng)濟(jì)效益最優(yōu)的情況下，使污染物的削減達(dá)到最優(yōu)．其中，技術(shù)因素包括對污染物的去除效率(總氮、總磷);經(jīng)濟(jì)因素包括控制措施的經(jīng)濟(jì)效益、成本-效益比、投資回收期、內(nèi)部收益率、資金限制等．

各項措施累計凈現(xiàn)值最高的三項措施為測土配方施肥、1°～15°坡耕地等高植物籬和保護(hù)性耕作，相應(yīng)的這三項措施的效費比也是最高的，并且投資回收期最短，均為1 a即可收回全部投資．但是畜禽糞便儲存設(shè)施和30 m緩沖帶的內(nèi)部收益率是最高的，其次為15°～25°坡耕地變果園和25°以上坡耕地還林，并且有五項措施的內(nèi)部收益率大于社會折現(xiàn)率(12%)，表明這種情況下的方案在經(jīng)濟(jì)上是可接受的．對于禁養(yǎng)措施和25°以上荒草坡還林而言，雖然其經(jīng)濟(jì)收益為負(fù)值且投資回收期超過5 a，但是這兩項措施的單位面積污染負(fù)荷削減效率是較高的，同時在水源保護(hù)區(qū)內(nèi)實施禁養(yǎng)措施也可滿足國家和地方有關(guān)政策規(guī)定的要求，因此，可在充分考慮居民可接受度的情況下進(jìn)行推廣使用(見表5)．

3．4 基于關(guān)鍵源區(qū)識別的飲用水高風(fēng)險區(qū)的劃定

綜合考慮用地規(guī)模的經(jīng)濟(jì)性和紅楓湖飲用水水源保護(hù)區(qū)的劃定和BMPs措施的成本效益評估結(jié)果，嘗試以紅楓湖上游流域水環(huán)境污染關(guān)鍵源區(qū)和河湖岸緩沖帶為基礎(chǔ)，結(jié)合原有飲用水水源保護(hù)區(qū)劃定方式，重新劃定紅楓湖飲用水源風(fēng)險控制分區(qū)，針對不同污染源提出相應(yīng)的分區(qū)管控措施并進(jìn)行政策成本核算(見表6、7)．具體劃定方法:①一級風(fēng)險區(qū)，原一級保護(hù)區(qū)、原二級保護(hù)區(qū)內(nèi)的河湖岸緩沖帶;②二級風(fēng)險區(qū)，原二級保護(hù)區(qū)內(nèi)的水污染關(guān)鍵源區(qū);③三級風(fēng)險區(qū)，原二級保護(hù)區(qū)內(nèi)除水污染關(guān)鍵源區(qū)和河湖岸緩沖帶外的區(qū)域、原二級保護(hù)區(qū)外的河湖岸緩沖帶;

基于3．3節(jié)BMPs的成本效益分析結(jié)果，飲用水源高風(fēng)險區(qū)內(nèi)的污染控制措施擬采用測土配方施肥、農(nóng)田保護(hù)性耕作、植被緩沖帶建設(shè)、削減畜禽數(shù)量、畜禽糞便儲存設(shè)施結(jié)合現(xiàn)有的分散式農(nóng)村生活污水處理站建設(shè)及升級改造、農(nóng)村生活污水、垃圾儲運體系建設(shè)等共同構(gòu)建紅楓湖流域飲用水源高風(fēng)險區(qū)污染控制措施體系．經(jīng)過測算可知，措施配置的總體成本約為17×108元，進(jìn)一步按照已劃定的紅楓湖飲用水水源保護(hù)區(qū)方案計算政策成本，其中僅移民搬遷一項的總成本就高達(dá)48×108元，并且其所控制區(qū)域的總氮、總磷污染負(fù)荷量僅占流域總體負(fù)荷量的15．7% 和13．2%，因此，采用極高的經(jīng)濟(jì)成本并承擔(dān)相應(yīng)的社會風(fēng)險來針對飲用水水源保護(hù)區(qū)進(jìn)行嚴(yán)格管控，對于進(jìn)入紅楓湖庫區(qū)的污染物削減效率很低，不具備成本-效益上的可行性．

4 結(jié)論

a)紅楓湖流域水環(huán)境污染物的主要來源為農(nóng)業(yè)面源，其中農(nóng)業(yè)種植和畜禽養(yǎng)殖對總氮、總磷的貢獻(xiàn)達(dá)到了89．7%和91．8%．水環(huán)境污染物的關(guān)鍵源區(qū)識別結(jié)果表明，流域水環(huán)境污染物空間差異較大，上游及中游偏下區(qū)域負(fù)荷較為嚴(yán)重，劉官鄉(xiāng)、黃臘鄉(xiāng)、舊州鎮(zhèn)、蔡官鎮(zhèn)、樂平鄉(xiāng)、天龍鎮(zhèn)及十字鄉(xiāng)是水環(huán)境污染關(guān)鍵源區(qū)，考慮污染物的空間分布差異性，應(yīng)當(dāng)從流域整體的角度來劃分飲用水水源保護(hù)區(qū)．

b)污染控制措施的成本-效益分析結(jié)果表明，測土配方施肥、1°～15°坡耕地等高植物籬、保護(hù)性耕作、植被緩沖帶的成本-效益比較高，在該區(qū)域水環(huán)境污染控制中具有較高的推廣應(yīng)用價值，另外，由于畜禽養(yǎng)殖作為該區(qū)域水環(huán)境污染的主要來源，即使削減畜禽數(shù)量的成本較高，考慮到控制措施成本的差異性，應(yīng)當(dāng)在不同風(fēng)險區(qū)內(nèi)采取精細(xì)化的措施配置方案，但在關(guān)鍵源區(qū)還是需要采取嚴(yán)格的禁養(yǎng)措施來降低其對水環(huán)境安全的風(fēng)險．

c)水環(huán)境污染的自然屬性特征決定了對其采用“一刀切”的管理方法會導(dǎo)致總成本投入的大幅度增加，而實際產(chǎn)生的生態(tài)效益卻較為有限．考慮空間管控和精細(xì)化管理原則，重新劃定的飲用水水源一級、二級風(fēng)險區(qū)的面積為97．6 km2，僅占原水源一級、二級保護(hù)區(qū)面積的41．4%，所產(chǎn)生的搬遷成本僅為原先的35%．有效地避免了由于搬遷成本過高所導(dǎo)致的資金投入及社會壓力．

d)基于水環(huán)境污染關(guān)鍵源區(qū)識別來劃定飲用水水源保護(hù)高風(fēng)險區(qū)是實現(xiàn)飲用水源保護(hù)成本效益最大化的有效途徑，也是符合水環(huán)境自然屬性規(guī)律的重要技術(shù)方法，可在今后的飲用水水源保護(hù)區(qū)規(guī)劃及其他區(qū)域的相關(guān)問題研究中加以拓展應(yīng)用．同時，受限于管理措施類型及部分社會經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)的可獲得性，該研究暫未能將包括地下水區(qū)劃等在內(nèi)的影響飲用水水源高風(fēng)險區(qū)劃的所有影響因素加以考慮，這也是課題組今后研究要解決的主要問題．

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Drinking Water Source Divisions Based on Identification of Critical Source Areas

GENG Runzhe，YIN Peihong*，MA Qian
Policy Research Center for Environment and Economy，Ministry of Environmental Protection，Beijing 100029，China

With safe drinking water essential for human well-being，a holistic and adaptive framework is necessary to protect drinking water sources and consumer supply infrastructure．In this paper，GIS technology，the Soil and Water Assessment Tool(SWAT)nonpoint source model，and remedial cost-effectiveness analysis were used to assess strategies for rezoning drinking water source areas in the upper watershed of the Hongfenghu Reservoir．This reservoir is the major drinking water source for Guiyang City．The results show that:(1) Agricultural non-point sources were the major cause of water pollution;Total nitrogen(TN)and phosphorus(TP)load from tillage and livestock sources accounted for 89.7%and 91.8%，respectively;TN and TP loads were primarily from the towns of Liuguang，Huangla，Jiuzhou and Baiyun，which were identified as the critical towns for water pollution control．(2)Soil testing and fertilizer recommendations，contour hedgerow strips，conservation tillage，and buffer strips were the most cost-effective control practices in the reservoir watershed;(3) Four grade zones for drinking water source protection in the reservoir watershed were divided into divisional zones．The area of first and second grade zones was 97．6 km2and accounted for 41.4%of the original drinking water protection zones，where a 60%-70%reduction in pollutant load could be achieved through implementation of best management practices(BMPs)in the identified critical source areas．In the first grade zones，district policy to protect the Hongfenghu Reservoir should be implemented，including enforcement of immigrant relocation and reduction of livestock numbers，and returning land tilled for grain forestry．In the second grade zones，a series of less restrictive policies including optional partial migration(this policy can save 35%of the total cost for migration)and elimination of livestock should be implemented．In the third and fourth grade zones，a number of comprehensive policies should be implemented to achieve the most cost-beneficial actions balancing drinking water protection and local economic development．These include construction of manure storage facilities，soil testing to determineappropriate fertilizer applications，and an improvement of sewage treatment facilities of rural communities．This research can provide a theoretical and technical basis for drinking water source area protection in similar regions of the country，where water quality is impaired and protection is required．

drinking water sources;SWAT model;critical source areas identification;non-point source pollution

X321

1001-6929(2017)03-0329-11

A

10．13198 j．issn．1001-6929．2017．01．72

耿潤哲，殷培紅，馬茜．基于關(guān)鍵源區(qū)識別的飲用水水源保護(hù)區(qū)劃研究［J］．環(huán)境科學(xué)研究，2017，30(3):329-339．

GENG Runzhe，YIN Peihong，MA Qian．Drinking water source divisions based on identification of critical source areas［J］．Research of Environmental Sciences，2017，30(3):329-339．

2016-11-22

2016-12-17

國家自然科學(xué)基金青年科學(xué)基金項目(41601551);環(huán)境保護(hù)部第三批城環(huán)總規(guī)試點項目(YGCQ-GGQY-201418);國家水體污染控制與治理科技重大專項(2013ZX07602-002)

耿潤哲(1987-)，男，山西臨汾人，助理研究員，博士，主要從事流域水環(huán)境管理與控制研究，cnugengrunzhe@outlook．com．

*責(zé)任作者，殷培紅(1968-)，女(回族)，北京人，研究員，博士，主要從事環(huán)境演變與資源研究，yinpeihong@sina．com