（环境工程专业论文）新安江上游流域水环境管理分区研究.pdf

摘要 摘要 新安江地跨安徽和浙江两省，流域境内生态环境良好，其优质的水源保证 了下游的杭州甚至整个华东地区的饮用水安全。 近年来，随着社会经济的发展，新安江流域人类活动影响不断增加，工业、 农业及旅游业等污染排放加剧，两岸居民生活和生产活动造成水土流失进一步 加剧，水环境污染负荷不断加大，水质有下降趋势。各行政区采取地理分区及 分行业的管理模式，以地区利益为出发点，根据各自规划，对区域经济和基础 设施的发展进行建设，进行不同的决策和行动。以上种种因素都对新安江流域 的水环境健康造成了潜在威胁。 本文以新安江上游流域包括黄山市和绩溪县为研究对象进行分析研究，采 用a r c g i s 9 3 软件为操作平台，对研究区域进行子流域划分，并以新安江上游 流域黄山段人口、社会经济和水质数据做基础数据，采用“压力状态响应”模 型进行分析并构建新安江上游黄山段水环境质量评价指标体系，对研究区域各 评价单元的水质指标评价，最后得出新安江上游流域黄山段各分区单元水质状 况及各指标优先评价单元，为流域水环境管理提供参考与决策支持。 关键词：水环境管理，g i s ，“压力状态响应”模型，评价指标，评价单元 a b s t r a c t 一 a b s t r a c t x i n a n j i a n gw a t e r s h e d ，w h i c ha c r o s s e sa n h u ia n dz h e j i a n gp r o v i n c e s h a sa g o o de c o l o g i c a le n v i r o n m e n ta n di t sh i g hq u a l i t yw a t e rh a se n s u r e dt h es a f e t yo ft h e d r i n k i n gw a t e ro fh a n g z h o ua n de v e no ft h ew h o l ee a s tc h i n a i nr e c e n ty e a r s ，w i t ht h es o c i a la n de c o n o m i c a ld e v e l o p m e n t ，t h ei m p a c to f h u m a na c t i v i t i e sh a sc o n t i n u et oi n c r e a s e ，t h ep o l l u t i o ni n c l u d i n g i n d u s t r y , a g r i c u l t u r e a n dt o u r i s mh a sb e e ne x a c e r b a t e d ，t h el i f ea n dp r o d u c t i o na c t i v i t i e so fr e s i d e n t sh a s f u r t h e rr e s u l t e di n s o i le r o s i o n ，w a t e rp o l l u t i o nl o a di s c o n s t a n t l yi n c r e a s i n g ，w a t e r q u a l i t yi sd e c l i n i n g e a c ha d m i n i s t r a t i v ea r e at a k e st h eg e o g r a p h i c a lc o m p a r t m e n ta n d i n d u s t r y - c l a s s i f i e dm a n a g e m e n tm o d e l ，d e v e l o p st h ei n f r a s t r u c t u r ea n de c o n o m vf o r t h er e g i o n a li n t e r e s t so nt h eb a s i so ft h e i rr e s p e c t i v ep l a n n i n ga n dm a k e sd i f f e r e n t d e c i s i o n m a k i n g a l lt h e s ef a c t o r sm a yc a u s ep o t e n t i a lt h r e a tt ot h ew a t e rh e a l t ho f x i n a n j i a n gw a t e r s h e d t h i sp a p e rt a k e sx i n a n j i a n gu p s t r e a mw a t e r s h e d ，i n c l u d i n gh u a n g s h a nc i t y a n dj i x ic o u n t r ya ss t u d yo b j e c t t h es t u d yt a k e sa r c g i s 9 3a st h eo p e r a t i n g p l a t f o r m t od i v i d es u b - w a t e r s h e d ，u s e sp o p u l a t i o n ，s o c i a le c o n o m ya n dw a t e r q u a l i t yd a t ao f h u a n g s h a nc i t ya sb a s i cd a t aa n da d o p t s p r e s s u r e s t a t e r e s p o n s e m o d e lt oa n a l y z e a n dc o n s t r u c tw a t e rq u a l i t ye v a l u a t i o ni n d e xs y s t e m ，e v a l u a t e sw a t e r q u a l i t yi n d e xo f t h et a r g e ta r e a i nt h ee n d ，t h ep a p e rc o n c l u d e st h ep r i o r i t ye v a l u a t i o nu n i t st op r o v i d e ar e f e r e n c ea n dd e c i s i o n - m a k i n gs u p p o r tt ot h ew a t e r m a n a g e m e n t k e yw o r d s ：w a t e re n v i r o n m e n t a lm a n a g e m e n t p r e s s u r e s t a t e r e s p o n s e m o d e lg i se v a l u a t i o ni n d e xe v a l u a t i o nu n i t i i 第一章绪论 第一章绪论 第一节课题研究背景 新安江是目前我国为数不多的相对健康河流，流经安徽和浙江两省，流域 总面积约为1 1 6 9 8 6 3 k m 2 。流域境内生态环境绝佳，拥有多个国家级风景名胜区 和森林公园，其优质的水源保证了下游的杭州甚至整个华东地区的饮用水安全。 随着经济社会的发展，新安江流域人为活动影响不断增加，工业、农业及 旅游业等污染排放加剧，两岸高山上的居民生活和生产活动造成水土流失进一 步加剧，水环境污染负荷不断加大，水质有下降趋势，以上种种因素都对新安 江流域的生态健康造成了潜在威胁。 第二节水环境管理现状分析 目前，中国的水环境管理是对水体的政治细分的管理，同一条河流，湖泊 或大海，可以由几个行政区域共同管辖。水体的功能，诸如能源，灌溉，航运， 渔业，城市供水和排水分别从几个部门( 如水利，交通，农业，城市建设等) 的管理，水资源( 如土地，水体，林业，矿产) 的开发和利用，以及经济结构 和产业布局的调整，又是由其他部门来管理，但在的分行业管理的地理分区， 也有一些区域进行着各自不同的决策和行动，一些地区根据自己的规划，并以 自己地区的利益为出发点，对区域经济和基础设施的发展进行建设【l 】，因此，水 环境管理中存在着各种问题。 水环境管理是环境管理的重要组成部分，其基本概念、其主要内容应该是 类似的环境管理【2 】。按照流域生态系统的发生，发展和演变，可能是在受到流域 内经济或社会等各种人类活动的影响，因此对水环境的管理必须是以流域为分 水岭，实现区域生态良性循环下的经济，社会，环境三者的协调( 彭盛华，袁 弘任，2 0 0 1 年) 。此外，水环境管理，集中体现在对人的管理。经济发展战略， 区域发展规划，环境影响，生产经营活动的污染控制，需要对其进行不同层次 上的环境影响评价，制定控制措施。为了实现公众健康和水环境质量的双重保 护，水环境管理也为特定的水域，根据环境功能区，分类管理，分级控制污染 源。现代环境思维将人作为环境的一部分，环境管理将对人的发展战略和理念 第一章绪论 教育作为优先领域( 夏青，2 0 0 2 年) 。因此，水环境管理的研究对象不仅仅是水 资源的管理和影响水环境质量的城市、农村经济活动，而且还包括教育，监督， 指导和协调从事开发，利用和保护活动的人群。这使得水环境的管理高于单个 资源管理决策的水平 3 】。 根据可持续发展的思想和以多学科的理论知识为基础，水环境管理依据流 域自然，生态，社会和经济集成系统的特点和需求，综合运用科学技术，工程， 法律，政策，行政，经济，公众参与，教育等各种方法，对流域空间范围内的 水资源数量和质量进行研究和监管，使流域水体的不同区域的所有用途满足水 质和水量的需求，以实现流域内可持续发展的循环反复动态的过程，是采取保 护和保持流域水环境质量的所有活动的综合( j a m e i s o nd g ，1 9 9 6 年，张庆丰， 1 9 9 7 年) 。水环境治理是流域综合治理的一个组成部分，而且是最重要的方面之 一 4 1 第三节课题研究目的及意义 我国的流域水质目标管理技术可以追溯n 2 0 世纪7 0 年代，经过多年的探索 研究，并逐步形成了以污染目标总量控制技术为主，容量总量控制技术和行业 总量控制技术为辅的水质目标管理技术系统【5 1 。在此技术体系的基础上，我国已 经制定了多个重点区域的水污染防治规划，并在区域水污染物排放的有效控制， 遏制区域的水质恶化发挥了积极的作用 6 】。但是，水资源管理体系是以行政区域 为基本单元，存在着很大的“一种模式适合所有类型 的盲目性，并且对于跨 界行政污染纠纷解决不了，导致此类问题的日益严重，已经严重阻碍了我国水 环境管理进一步的发展。控制单元作为流域内水质量目标管理多层次的系统“国 家流域区域控制单元整体水平的污染来源”中的一个组成部分，在“分区、 分类、分级、分期”的水环境管理理念下，以流域总量控制为基础，表征水质污 染源的管理单元【7 1 。控制单元的划分由于充分考虑到小流域的完整性和河流的上 游和下游的关系，可以有效地解决过去的行政跨界污染纠纷的水质管理问题。 因此，基于控制单元对水环境的管理是未来的流域环境管理的发展思路，同时 控制单元是流域水质目标管理的基本实现单元，单元理性的划分直接关系到实 现流域水质目标。 本文以新安江上游流域黄山段( 包括黄山市和绩溪县) 为研究区域，介绍 2 第一章绪论 了子流域划分方法及控制单元划分的原则和方法，根据“压力状态响应 模型 提出了评价各控制单元的指标，并对研究区域各控制单元水质指标进行了探讨， 以期能为流域控制单元的水环境管理划分提供实例参考。 第四节g i s 在流域水环境管理中的应用 g i s i 口地理信息系统( g e o g r a p h i ci n f o r m a t i o ns y s t e m ) ，地理信息系统是以 地理空间数据库为基础，在计算机软硬件的支持下，运用系统工程和信息科学 的理论，科学管理和综合分析具有空间内涵的地理数据，以提供管理、决策等 所需信息的技术系统。简单的说，g i s 是综合处理和分析地理空间数据的一种技 术系统，是以测绘测量为基础，以数据库作为数据储存和使用的数据源，以计 算机编程为平台的全球空间分析即时技术。地理信息系统作为获取、存储、分 析和管理地理空间数据的重要工具、技术和学科，近年来得到了广泛关注和迅 猛发展虬 g i s 一般具有以下基本功能：数据采集和输入，编辑和更新，数据存储和管 理，空间查询和分析，数据显示和数据输出 9 】。经过近三十年的发展，g i s 已经 从信息存储，建立数据库，查询检索，统计分析和自动绘图的基本功能，转向 多功能，多目标，多层次的专业的分析和评价模型，以实现智能化的专家系统 和空间决策支持系统。作为一个多学科的综合性的i t 平台和综合环境的基础设 施，地理信息系统已成为一个协调多个领域信息和多个信息来源的专业的工具【l o ， 1 1 】 o g i s 在水环境管理中的作用主要表现以下几个方面【1 2 1 ： 1 4 1g i s 提供了直观和理性的可视化工具 水资源系统是一个非常复杂的系统，涉及的所有方面的信息，包括大量的 空间信息和相应的属性信息。常用的c a d 软件，女i a u t o c a d ，它的图形处理能 力较强，而属性数据方面的管理相对较弱，所以c a d 一般只用于做绘图软件。 m f 系统往往过于专业缺乏一定的绘画能力，也有应用的局限性。 g i s 由于其强大的综合分析空间数据和属性数据的能力，改善了其它工具软 件纯图形、纯文字的不足，而在很大一方面提高了空间数据和属性数据的图形 数据表现形式，空间分析能力大大提高，从而提供了一个直观并且合理的可视 化工具。通常情况下g i s 的可视化能力提高了水资源的评价方法，其实质是提高 3 第一章绪论 水资源评估的效率和评价的能力。 1 4 2g i s 对水资源评价数据的存储管理与分析 g i s 技术的重要功能之一是对数据进行管理，提高大型数据库存储能力和管 理能力，并提供能够快速查询到数据的能力。在评估内容日益复杂的情况下， 一个非常大的数据库越来越有应用的必要性。所以必须有一个统一的系统来管 理数据，以保证数据的一致性和完整性，进而才能确保在这些数据的基础上作 出的最终决定的正确性。g i s 为水资源管理评价中提供了基础数据的存储和管理 的工具。 1 4 3g i s 支持多种表现形式的空间数据 现代遥感分析技术，再加上传统的现场调查和社会研究等手段，这就使水 资源管理评价有了从图纸到图片、表格不同的表达形式。g i s 支持各种形式的空 间数据格式，而且通过数据转换使其直接为水资源评价利用。传统的现场测量 数据一般都是直接将测量结果绘制成地图，在这种情况下，需要更费时的数字 化或扫描矢量后，以地图数据输入到数据库中。与地理信息系统( g i s ) 有关的 全球定位系统( g p s ) ，遥感( r s ) 的发展，g p s 数据可以直接提供为地理信息 系统利用，遥感图像通过手工或计算机解释，也可以直接输入地理信息系统数 据库中。g i s 对空间数据的支持可以为水资源评价和水资源评估工作服务，支 持的各种形式的空间数据使水资源评价得到全方位，多层次的表现。 1 4 4 提供良好的数据维护和更新能力 g i s 提供了空间数据维护技术，如图像变形矫正、接边、核对等，空间数据， 可以在数据库中快速的实现添加，删除和更改等操作。此外，通过分布式网络 管理，可以使数据更新并快速反映在相应的模块上，并传递给相应的使用用户。 g i s 有着这种良好、快速的数据维护和更新能力，并改善了区域水资源评价的时 间效益。 第五节课题研究方法和技术路线 本文采用a r c g i s 9 3 软件为操作平台，以新安江上游流域黄山段人口、社 会经济和水质数据做基础数据，构建新安江上游黄山段水环境质量评价指标体 4 第一章绪论 系，对研究区域各评价单元的水质指标评价，得出新安江上游流域黄山段各分 区单元水质状况及各指标优先评价单元，给流域水环境管理作出一定的参考与 决策支持。 1 、以a r c g i s 9 3 软件为操作平台，对新安江上游流域d e m 图进行无洼地填 充，分析河流流向，计算汇流累积量，进而提取河网水系，自动划分生成子流 域。 2 、根据“压力状态响应”模型，结合新安江上游流域黄山段社会经济、 水环境特点，按照评价指标选取原则，分析并提出研究区域水环境评价指标。 3 、依据评价指标，选择水质评价的单指标评价方法，对研究区域各评价单 元水质指标进行评价，然后结合研究区域人口密度、人均g d p ，对研究区域各 评价单元水环境质量综合分析，得出关于人口密度、人均g d p 的分区水质指标 状况，确定优先评价单元。 本文以新安江上游流域黄山段( 包括黄山市和绩溪县) 为研究区域，介绍 了子流域划分方法及控制单元划分的原则和方法，根据“压力状态响应”模型 提出了评价各控制单元的指标，并对研究区域各控制单元水质指标进行了探讨， 以期能为流域控制单元的水环境管理划分提供实例参考。 5 第二章新安江流域自然环境状况 第二章新安江流域自然环境概况 本文研究区域范围为新安江上游流域，包括黄山市和绩溪县，其中流域内 黄山市面积5 8 3 0 k m 2 、宣城市绩溪县面积6 2 0 k m 2 。 第一节流域自然概况 新安江，古称渐江，是钱塘江的正源，其主源率水发源于皖赣两省交界的 休宁县六股尖( 海拔1 6 3 0 m ) 其流向由西向东，至黄山市屯溪区花溪饭店处与 左岸支流横江汇合。横江是新安江主要支流之一，发源于黟县的白顶山( 海拔 1 1 3 0 m ) 。率水与横江汇合后始称新安江( 汇合口以上流域面积2 5 9 5 k m 2 ) ，穿越 屯溪城区，人歙县至浦口与练江汇合，经深渡在街口注人新安江水库。 新安江流域海拔位于2 1 3 1 7 8 4 4 m ，地貌类型以中低海拔山地为主，兼有冲 积平原和丘陵。气候温暖湿润，一年四季分明，雨量充沛，水资源丰富。植被 覆盖度高，野生生物种类繁多，矿产资源丰富。 新安江长2 4 2 3 k m ，其中，上游率水长1 5 5 7 k m ，中游屯溪老大桥至歙县浦 口长3 2 k m ，下游浦口至街口省界长5 4 6 k m 。在黄山市及绩溪县境内的流域面积 为6 5 0 0 k m 2 ，流域内气候温暖，雨量充沛，水资源丰富，多年平均径流量6 5 7 4 亿m 3 ( 街口以上) 。 新安江为沿岸城镇提供饮用和工业用水，还提供了农田灌溉用水，同时也 接纳了城市的工业生活废污水。 新安江源头及主要干流均在黄山市及宣城市绩溪县境内，是新安江流域的 上游地区。上游地区西、北以黄山山脉与长江水系为邻，东南以天目山脉和白 际山脉与浙江、江西两省接壤，区域面积6 4 4 0 k m 2 ，其中黄山市5 8 3 0 k m 2 、宣城 市6 2 0 k i n 2 。 新安江以率水为正源，从源头起流经祁门、屯溪、歙县，至徽、浙界街口， 注入新安江水库，出库后汇入钱塘江，徽州境江道长2 4 2 公里。两岸支流众多， 具山区河流特征，源短、坡陡、流急，各河集水面积除横江、练江大于1 0 0 0 平 方公里外，其余均在1 0 0 - - 5 0 0 平方公里范围，左岸有横江、练江、棉溪、昌源、 大洲源等；右岸有小源河、新岭水、兰水、汊河水、琅河、桂溪、贤源河、街 6 第二章新安江流域自然环境状况 源河等。 新安江下游地区位于浙江省西部，西与安徽歙县、休宁接壤，东连建德， 北靠临安、桐庐，南邻开化、衢州和常山：包括淳安县和建德市，总面积约 5 2 0 0 k m 2 ，其中淳安境内4 4 2 7 k m 2 ，有大小支流5 6 条。新安江下游地区地处浙西 山地丘陵区，由中低山、丘陵、小型盆地、谷地和新安江水库组成，其中山地 丘陵占8 0 以上；地势四周高、中间低，由西向东倾斜，形成四周中低山逐渐 向中部丘陵区过渡到地貌形态。新安江水库即为千岛湖，是两江一湖( 富春江、 新安江、千岛湖) 国家级重点风景名胜区的主要组成部分；是1 9 5 9 年建造我国 第一座白行设计、自制设备的大型水力发电站新安江水力发电站而拦坝蓄 水形成的人工湖；是国家一级水体。是上海经济区和我国东南一流风景旅游城 市杭州的“后花园”；千岛湖景区总面积9 8 2 平方公里，其中湖区面积5 7 3 平方 公里，因湖内拥有星罗棋布的1 0 7 8 个岛屿而得名。 论文基于新安江流域，对上游流域黄山段进行分区研究；黄山市位于安徽 省最南端，地处皖、浙、赣三省交界，介于东经1 1 7 0 1 2 至1 1 8 0 5 8 ，北纬2 9 0 2 4 ， 至3 0 0 3 1 之间。其东北与宣州市的绩溪县、旌德县、泾县相接；西北与池州市的 青阳县、石台县、东至县毗连；西南与江西省景德镇市、婺源县为邻，东南与 浙江省开化、淳安、临安县交界。 第二节地质地貌 上游地区属中低山丘陵区，山脉之间，诸峰对峙，形成许多大小不一的山 间盆地和谷地，如黟县、休宁、屯溪、歙县、绩溪盆地，以休宁、屯溪、歙县 盆地为最大，一般在5 0 7 0 平方公里范围。地形轮廓为四周高中间低，相对高 度大、坡度陡。地貌类型可分为中山、低山、丘陵和盆地四种，其中丘陵居多。 地质以千枚岩、板岩、砂页岩、花岗岩为主。由于气候、地形、基岩和植被条 件的差异，流域土壤共有1 0 个土类，主要有红壤、黄壤和水稻土。 7 第二章新安江流域自然环境状况 藏 图2 1 研究区地形坡度分布 黄山市地质构造属江南古陆的一部分。黄山、九华山与白际、天目、五龙 等五大山脉分别横列于黄山市南北两侧，山体海拔高度一般在4 0 0 5 0 0 米之间， 千米以上高峰星罗棋布。 全市地层大部分由古老的变质岩系和花岗岩侵入体组成。中北部主要分布 有花岗岩、页岩、砂岩和灰岩，南部主要分布有千枚岩、板岩、红色砂岩等。 受历次地质构造运动的影响，黄山市境内有山地、丘陵、盆地、河谷等多种地 貌。山地有5 0 0 0 平方公里，占总面积的5 1 ；丘陵3 5 4 0 平方公里，占总面积 的3 6 1 ；谷地、盆地1 2 6 7 平方公里，占总面积的1 2 9 。境内呈现南北两侧 高、中部低的地势特征，以歙县、屯溪、休宁河谷平原为中心，南北两侧依次 向丘陵、低山、中山逐渐抬升。 匿 第二章新安江流域自然环境状况 黄山市t 撒壁感影像图 图2 2 黄山市t m 遥感影像图 第三节气候气象 黄山市地处中亚热带，属于湿润性季风气候，具有温和多雨、四季分明的 特征，气候条件优越，比较适合喜凉、喜温植物的生长，对农作物生长有利。 降水丰富，但时空分布不均，梅雨期降水集中，易造成洪涝灾害，秋冬季降水 较少，旱灾时有发生，对生产和生活造成不良影响。主要气候要素见下表。 表2 1 黄山市气象要素一览表 年平均温度 1 5 1 6 。c 极端最高气温 极端最低气温 年均降水量 年均日照时数 年均太阳热量 无霜期 4 1 3 1 6 1 6 7 0 毫米 1 7 3 l 一1 9 7 2 小时 10 5 6 113 2 千卡平方厘米 2 3 6 天 降水集中月份 5 8 月( 汛期) 由于区内以山地地貌为主，受地形影响，地面风速均较小，很少见到大于8 9 第二章新安江流域自然环境状况 级以上的大风。一月份黄山以南多为东北风，以北多为西北风，平均风速1 2 米秒；春季虽以东北风居多，但与冬季相比，出现频率明显下降，偏南风出现 的频率相应上升，是全年中平均风速最大的一个季节；7 月份除休宁偏东风稍多 外，其他均为偏南风，平均风速较小，最大的只有1 8 米秒；秋季风向迅速由 偏南风转为偏北风，除黄山区西北风较多外，其他均以东北或东北偏东风为主， 平均风速1 2 米秒。 第四节水文与水资源 新安江流域上游水系主要分为两大支流，南支率水，北支横江，主要分布 在安徽省境内，经深渡镇河流转向东南方向，至省界街口处汇入新安江水库。 安徽省境内河流弯曲，河网密度大，穿谷越峡，干流总长度约为2 4 2 3 k m ，占新 安江干流总长度的6 7 6 。 新安江流域下游的浙江省境内河流水系以千岛湖为主体，千岛湖呈树枝型， 各河流水系自四周流向中间汇集于千岛湖，经铜官大坝东流至建德市梅城与兰 江汇合称为富春江，向东注入钱塘江。千岛湖是重要的饮用水源地，所属的淳 安县境内受保护集中式饮用水源地有1 5 处之多，饮用水源一级保护区面积为 1 2 0 3 5 5 亩，二级保护区面积为2 2 4 5 0 7 亩。对当地及下游杭州地区的供水要求 和饮用水安全至关重要。 1 0 第二章新安江流域自然环境状况 图2 3 新安江流域河流水系分布 黄山市是新安江、青弋江源头地区，境内主要有新安江、青弋江、阊江三 大水系，大小河流1 2 8 0 余条。黄山山脉将黄山市分割为南北两坡，南坡流域面 积大于北坡，南坡有流向东南钱塘江流域的新安江水系和流向西南方向鄱阳湖 流域的阊江水系，流域面积7 2 8 7 平方公里；北部有流入长江的青弋江、秋浦河 两大水系，流域面积2 4 0 4 平方公里。新安江干流全长3 7 3 公里、总流域面积1 1 6 7 4 平方公里，在黄山市境内的干流长度2 4 2 3 公里、流域面积为5 8 2 0 平方公里， 是黄山市主要河流。位于青弋江上游的太平湖，库容2 8 2 5 亿立方米，是省内最 大的人工湖。 图2 4 黄山市水系图 黄山市水资源总量充沛，境内地表水径流量接近于全市的水资源量，全市 地表水资源总量为9 9 2 8 4 亿立方米，人均6 7 0 8 立方米年，每公顷耕地平均1 0 1 2 4 万立方米年，均高于全省、全国平均水平。全市河流具有典型山区河流特点， 季节性变化大，春洪时河水四溢，秋旱时河床见底，存在季节性缺水情况和水 生态安全隐患。 第五节矿产、土地与森林资源 黄山市矿产资源的总量较少，现已探明和发现的矿种有4 7 种，其中金属2 4 1 l 第二章新安江流域自然环境状况 种，非金属1 5 种，能源矿产6 种，水气矿种2 种。金属矿产主要有金、铜、钼、 钨、锑、铍、铅、铌、钽、铀等有色金属矿和稀有金属矿物，矿点分布虽多， 但形成矿产地的不多，呈分散性，大多不具开采价值。 非金属矿产相对比较丰富，探明储量的主要矿种有：瓷石、萤石、砷、膨 润土、石灰石、硅石、磷、蛇纹石、石煤、黄铁矿、矿泉水等。其中膨润土、 蛇纹石、石煤和瓷石是黄山市的优势矿种。 表2 2 黄山市矿产资源储量表 黄山市土地总面积9 8 0 7 万公顷。从土地资源上看，黄山市是典型的“山区 市，“八山半水半分田，一分道路和庄园”，是其真实写照。全市林地资源量大， 园地数量多，耕地数量少。 黄山市中低山地多为黄壤，山地棕黄壤，高砾石含量，透水透气，土壤肥 力较好，利于木、茶、桑和药材良好的生长。丘陵地区多为红壤和紫色土，质 地粘重，酸性，肥力差，但光热条件适合橡木、松木和油茶生长，山麓盆地和 河谷平原多数都是沙质壤土，溪河两岸多为冲积土，适于农耕。 新安江流域森林覆盖率高，上游地区多年来一直非常重视生态保护工作， 采取的退耕还林与营造水涵养林等措施，使流域森林覆盖率高达7 5 以上。这 些政策措施不仅保证了下游地区在较长的时间内免除洪水灾害所带来的巨大经 济损失，而且还提高了流域水体的涵养能力。从植被类型来看，上游地区为常 绿阔叶林和常绿、落叶阔叶混交林，杉类2 2 0 7 4 6 1 3 公顷、松类1 5 0 8 6 4 1 4 公顷、 阔叶林2 3 4 6 5 1 1 6 公顷、其它1 5 6 4 6 1 1 公顷。草地生长分散，牧草面积约为4 9 5 9 公顷，其中天然牧草约为4 9 4 4 公顷，人工牧草约为1 5 公顷，大体上分为暖性 草丛类，热性草丛类，热性灌草丛类，低地草甸四大类。 1 2 第二章新安江流域自然环境状况 图2 5 研究区土地利用分布 黄山市是安徽省重点林区，境内植被类型多样，森林覆盖率达7 7 4 。在黄 山风景区、牯牛降、清凉峰、六股尖、白际等地仍保存有一定面积的中亚热带 常绿阔叶林和常绿、落叶阔叶混交林，森林生态系统保存完好，具有极其丰富 的种类成分和多层异龄的混交结构。 黄山市林业用地面积1 2 0 7 万亩，占国土总面积的8 2 1 ，有林地总面积已 达到10 2 3 万亩，活立木蓄积量达到3 6 9 0 万立方米，森林资源居安徽省之首。 不仅保证了下游地区在更长时间内能免遭洪涝灾害的巨大经济损失，而且大大 提高了流域水源的涵养能力。 第六节新安江生态系统现状及变化分析 新安江流域以森林生态系统为主，植被覆盖度高，2 0 0 9 年森林统计面积为 8 7 9 9 o k r a 2 ，约占流域总面积的7 5 3 。千岛湖岛屿森林覆盖率达9 5 ，保存有 大量的银杏、南方红豆杉和香果树等国家重点保护树种，位于中心区域的淳安 县古树名木众多，百年以上的古树约1 7 9 9 株。 新安江流域农田生态系统总面积为1 9 5 6 5 k m 2 ，约占流域总面积的1 6 7 。 农田生态系统在安徽省主要分布于黄山市、歙县、黟县以及西北部绩溪县县城 13 第二章新安江流域自然环境状况 及周边，浙江省农田主要分布在建德市境内的寿昌江两岸以及淳安县千岛湖西 南区汾口镇。 2 1 s 5 9 2 1 1 9 8 、9 8 图2 6 新安江流域生态系统现状 第七节社会经济与人口 黄山市是1 9 8 7 年底成立的新兴旅游城市，辖三区( 屯溪区、徽州区、黄山 区) 、四县( 歙县、休宁、祁门、黟县) 和黄山风景区，详见图2 7 。 黄山市行政区划情况见表2 3 。 表2 3 黄山市行政区划一览表 2 0 1 0 年末全市户籍人口1 4 8 0 5 万人，较“十五”末增长了7 5 8 o ，其中非 农业人口3 6 3 8 万人，较“十五”末增长了8 2 3 3 o 。全年出生人口1 0 4 8 0 人， 出生率7 0 7 o ；死亡人口8 8 2 7 人，死亡率为5 9 6 o ：自然增长率为1 1 1 o 。 1 4 第二章新安江流域自然环境状况 图2 7 黄山市行政区划图 新安江流域经济基础相对薄弱，涉及的行政区休宁县、歙县、屯溪区、淳 安县的全部，以及徽州区、黟县、绩溪县、建德市的部分地区，相较于钱塘江 流域下游的杭州市等其他地区，经济社会发展条件较为落后。新安江的上游地 区由于受位于水源区位置的影响，工业发展较为受限，是传统的农业区及新型 旅游区。在未来的规划发展中，上游地区将逐步发展为生态农业、高新技术和 旅游经济为主的产业结构格局。 下表是黄山市各区县及绩溪县的社会经济数据。 表2 4 新安江上游流域各区县社会经济发展状况 1 5 第二章新安江流域自然环境状况 1 6 第三章评估单元划分 第三章评估单元划分 第一节a r e g i s 9 3 下流域提取 流域是进行水资源管理，规划，开发，利用和保护水资源的基础应用单位。 通过研究水文，生态环境的变化，以及流域管理和环境的保护的过程中，提出 了一些流域的模拟解决方案。流域河网作为一个重要的因素，在该流域的地理 特征表示中起着重要的作用，对其他数字元素具有一定的约束能力，通常被称 之为地形的“骨架”( 谭笑等人，2 0 0 5 年) 。 作为一种可视、直观的数据采集，存储，分析和管理工具，g i s 技术已被广 泛应用到分区规划中，从而分区规划更加科学，准确，合理，而g i s 技术强大 的空间分析能力，大大提高了科学的分区规划，及其目的性意义和现实意义。 水环境管理分区是在人类活动对水环境的影响的基础上提出来的，其目的是确 定不同区域的水环境压力【l3 1 。本研究以新安江上游流域黄山地区( 以下简称研 究区域) 为研究对象，运用g i s 技术建立研究区域子流域单元表征指标数据库， 并应用分区指标对研究区域进行水环境压力分区研究，判断出不同区域水环境 状况，为区域水环境管理目标与制定措施提供科学性的依据和理性的决策支持。 水文分析是在a r c g i s 9 3 软件支持下，以径流溢出模型为基础，模拟地表径 流的流量，并生成水系，以确定分界线，将流域提取出来。由于地表径流模拟 模型的方法，所以人们经常使用。它是基于d e m 数据，对洪水的时间，高度， 以及范围进行定义。此模块提供了一系列功能，如：洼地的计算与填充，计算 流向和流量积累，河网的定义，自动划分流域等【1 4 】。 第二节子流域划分 数字高程( d e m ) ，反映了丰富的地形地貌，水文信息，并反映了当地的地 形特点，利用一定的算法自动划分水系和以实现流域的自动提取。因此，利用 d e m 数据，结合水文分析将研究区分为若干子流域【1 5 】。结合流域的分水岭，生 态系统的特点和地理环境，划分的结果应该是大小适中，通常子流域面积为保 持在几百到几千平方公里的子流域划分。 划分的主要步骤包括：1 、基于a r c g i s 9 3 软件平台，使用数字高程模型 1 7 第三章评估单元划分 ( d e m ) 进行对研究区域的自动划分和提取，2 、分析研究区域的生态特征，采 用目视判读合并区域的边界范围以及做一些适当的修改。操作过程共包括5 个 步骤：( 1 ) 生成无洼地的d e m 、( 2 ) 分析河流的流向、( 3 ) 计算汇流累积量、 ( 4 ) 提取河网水系、( 5 ) 流域自动切割划分【16 1 。 下图是应用a r c g i s 9 3 进行水文分析的主要流程【17 1 。 图3 1a r c g i s 9 3 中水文分析流程图 下图是生成河网并自动提取子流域的具体步骤。 第三章评估单元划分 图3 2a r ch y d r ot o o l s 自动提取流域河网 3 2 1 无洼地d e m 生成 由于d e m 本身精度有限，故在数据中会有洼地( s i n k s ) 或尖峰( p e a k s ) 出现。s i n k s 单元格中的水流只能流入却不能流出，而p e a k s 单元格中的水流只 能流出而不能流入，如此便会给整个流域的水文分析过程带来误差，所以在进 行计算水流的方向之前，首先要进行填充d e m 数据的洼地【18 1 。 填补洼地的原则是：根据每个网格单元的高程值，扫描区域内每个单元格， 如果有洼地，如果有一个低洼的土地，那么该单元格的高程值将被定义为其相 邻的8 个单元格中的最低值。但一些低洼地带的土地，是在该区域内的天然的 地表形态，这种情况不能盲目填补，注意应先设定好填充阈值z 】i m i t ，所有小于 z l i m i 。的单元格的高程值将被填补【l9 1 。 d e m 被认为是相对平稳的地形表面的模拟，但由于插值和实际地形的存在 1 9 第三章评估单元划分 d e m 的表面有一些洼地的区域。这些区域在表面流动模拟过程中，由于低高程 网格的存在，这使得在该地区的流动方向的计算将是不合理或错误的方向流动。 因此，在开展计算流动方向的之前，首先应对原始d e m 数据填补了洼地，得到 没有洼地的d e m 。a r c g i s 中洼地的提取和洼地深度来计算的填补阈值，然后用 水文填充工具实现剪切填补，为了实现洼地的充分填挖，这个过程一般需重复 进行几次。如果分析时对下陷点没有要求，可以全部填挖，而不需要进行阈值 设置【2 0 1 。 3 2 2 河流流向分析 目前计算水流方向运用最多的是单流向法中的d 8 ( d e t e r m i n i s t i ce i g b t n e i g h b o r s ) 方法，取最大坡度值确定水流的方向，计算某一单元格与与之相邻的 8 个单元格之间的距离权落差，取相邻网格中距离权落差最大的确定为该网格单 元的水流方向。用一个数字表示每个网格单元的水流方向。用1 、2 、4 、8 、1 6 、 3 2 、6 4 和1 2 8 这8 个数字分别表示水流方向东、东南、南、西南、西、西北、北 和东北【2 1 1 。 3 2 3 汇流累积量计算 一个流域汇流性累计量计算是流域河流网络提取的前提和基础。流域内一 个网格的汇聚量反映了其汇聚水流的能力。因此，网格累积量决定累计汇聚能 力，某个栅格的汇流累积量越大，其汇流能力也就越强，该网格代表的地形的 特征可能是山谷；相反，累积量为零汇聚的地方很可能代表流域中的一个分水 岭。计算每个汇流累积量的思路是：按照水流自高处降低的自然规律，以规则 的栅格表示的数字地面高程模型，每点处有一个单位体积的水量，根据流域地 形的水流方向，从而计算每点处流过的水量值，得到该区域的累计汇流量 2 2 1 。 根据流程方向图能够计算出注入该栅格的所有栅格的数量，即单位水量的 数量，并将其标注为该栅格的累积汇流量。因此，输出的汇流累积量图的每一 个网格单元的值就代表着注入该栅格单元的单位水量的数量，其值越高注入水 流越多。 a r c g i s 9 3 中计算汇流累积量步骤为：1 、基于生成的无洼地d e m ，计算水流 方向；2 、打开f l o w a c c u m u l a t i o n 工具；3 、选择步骤1 中生成的水流方向数据并 指定输出文件名；4 、获得汇流累积量数据。 2 0 第三章评估单元划分 3 2 4 河网水系提取 汇流累积量代表水流入一个网格单元的数量，设置阈值，将所有大于这个 阈值数的网格连接起来，所产生的地表水的河流就是河网【2 3 1 。一般来说，较大 的阈值，有较少的网格汇聚累计量超过阈值时，河流的位置就会开始向平坦的 流域地形“撤退”，河长就会相应的缩短；而对应提取的河流级别变得高，河 道数目将会越来越小。 在汇流图中，每一个栅格的汇流累积量代表着能够注入该栅格的所有单位 水体积量的数量，当栅格的汇流累积量大于某一给定的阈值时，则认定该栅格 在水道上方，那么这些栅格将被赋值为1 ，而小于该阈值的栅格将被赋值为n o d a t a 。将各水道按照有效的水流方向连接，生成流域河网，从而划分出河流网络 系统【2 4 】。 a r c g i s 9 3 下提取河流网络的步骤为【2 5 1 ：1 、打开s p a t i a la n a l y s t 模块下的 r a s t e rc a l c u l a t o r j 往行计算；2 、将上步生成的汇流累积量数据作为输入数据；3 、 定义合理的阈值输入( 不同级别的沟谷定义为不同的阈值) ，并得到栅格河网； 4 、打开s t r e a mt of e a t u r e 工具。输入上步骤中生成的栅格河网，最后得到矢量河 网图。 3 2 5 流域自动分割 流域，又称为集水区，是水流和其他物质流经其并从一个公共的出水口排 出，从而形成的一个综合的排放水区域【2 6 】。子流域的划分是根据流域整体的地 形特征而进行操作的，与地形、地貌研究中的实际子流域的概念类似，其边界 是根据d e m 数据，通过分析数字地形来确定的，按照形成的流域水系和起始河 道，沿着分水线从最低一级的河道交叉点就可以勾勒绘制出起始子流域，依此 类推到高一级河道以至全流域 2 7 1 。在a r c g i s 9 3 软件的操作中，根据水流网络 上每条流径的分叉和水流方向来确定子流域边界，每个子流域上只有一条流径， 并且该子流域内的所有栅格都指向该流径。 提取子流域的第l 步是确定子流域出水口的位置，出水口即流域水流的出 口，是整个流域的最低剧2 8 1 。a r ch y d r o 禾1 用集水区栅格描绘( c a t c h m e n t sg r i d d e l i n e a t i o n ) 、集水区矢量化( c a t c h m e n t sp o l y g o np r o c e s s i n g ) 命令进行子流域 划分。在一般情况下a r ch y d r ot o o l s 是以两个河道的汇流点作为流域出口，根据 流域出口并沿着河道向上游搜索每一河道的上游给水区，分别对搜索到的上游 2 1 第三章评估单元划分 给水区边界进行勾画从而得到各个小流域的边界【2 圳。 根据以上子流域划分的原则和步骤，将新安江流域划分为1 8 个子流域评估 单元。各子流域的面积范围在2 0 5 5 0 1 5 1 2 1 9 k m 2 之间，其中，面积最大的是率 水和练江子流域，面积分别为1 5 1 2 1 9 和1 0 9 0 4 3 k m 2 ，约占流域总面积的1 2 9 3 和9 3 2 。率水和练江是新安江两条较大的支流，率水全长1 4 8 0 2 k m ，自上而 下纳大源、小源、上溪河、岭水、小洲溪等多条河流，呈羽状分布，其支流均 为源短流急的山溪性河流，流域面积基本在l o o k m 2 之内。练江发源于黄山东麓， 全长6 5 k m ，呈扇状分布，主要支流有丰乐河、富资水、布射水、扬之河等。 图3 3 新安江流域子流域单元分布图 以支流的名称或地理位置命名子流域，各子流域名称以及面积和所占比例 如下表3 1 ： 表3 1 新安江流域子流域单元面积及比例 第三章评估单元划分 第三节新安江上游子流域分区 按照以上步骤划分得到新安江流域图后，以a r c g i s 9 3 中的a n a l y s i st o o l 中的c l i p 工具，用新安江上游流域图剪切整个流域，得到新安江上游流域子流 域的分区图。 n 图3 4 新安江上游流域予流域单元分布图 2 3 第三章评估单元划分 各子流域名称以及面积和所占比例如下表3 2 ： 表3 2 新安江上游流域子流域单元面积及比例 ( k r n 序号名称 面积 2 ) 所占向积比例( ) 新安江上游流域亦称黄山段，主要包括黄山区，黟县，祁门县，休宁县， 徽州区，屯溪区，歙县，绩溪县。总面积6 2 6 1 平方公里，占流域总面积的5 3 6 ， 其中黄山市5 5 4 5 平方公里，绩溪县7 1 6 平方公里。上游干流长度2 4 2 3 公里， 大小支流5 4 条，包括率水、横江、练江、登源河、