流域水环境问题始终是党和政府极为关切的重大问题，而流域水环境问题的一个主要问题就是污染问题。这其中包括点源污染与非点源(面源)污染。 目前，汉江中下游的水质，主要表现为有机污染和富营养化。一些支流，如唐白河、小清河、蛮河污染较为严重，在枯水期均已超过V类水质标准。据调查，汉江及其支流成为沿岸市、县工业废水和生活污水的天然纳污河流。从趋势上看，汉江中下游污染呈加重趋势。从污染物来源看，造成汉江中下游水质污染的主要是沿岸市、县生产和生活排放的污水，非点源污染物对水质污染的影响也很大，这从丰水期水质中可见。汉江水体的营养化、汉江的四次水华都反映了汉江流域非点源污染物对汉江的水质影响。 非点源与点源污染相比，起源于分散、多样的地区，地理边界和发生位置难以识别和确定，随机性强、成因复杂、潜伏周期长，涉及范围广、控制难度大。按照传统的方法在一个大的区域进行非点源污染的监测与评价，不仅工作量大，而且工作难度也非常大。因此，将GIS与RS技术引入到汉江流域的非点源研究工作中，又有着十分重要的研究意义和实用价值。 1、汉江中下游非点源污染现状 本次研究中，对汉江水体以及流域内的地表水体、地下水(主要是浅层地下水)的污染现状进行了调查。汉江及其支流主要污染是有机污染、TN、TP，下游及汉江支流污染尤为严重，而且污染趋势是逐年加剧。浅层地下水中除总硬度、铁、砷等的超标与原生地质环境有关外，其它如大肠杆菌、氨氮、COD及氯化物等均不同程度的超过饮用水标准，其中尤以大肠杆菌、氨氮超标最为常见，说明研究区内浅层地下水普遍地受到人为污染。在某些重要城镇以及工业集中区，中深层地下水的人为污染日趋严重，主要是工业废弃物以及生活污水污染。其中主要污染物为大肠杆菌、氨氮。酚、氰、汞、六价铬在不少地方也有检出。 　　 在对汉江水体以及附近农田地下水检测中，有机磷农药(除甲胺磷外)和除草剂的检出率均在72.4～96.6％之间，尽管杀虫脒被禁止使用，但检出率仍达38％，可见汉江流域水体受到了农药的普遍污染。检出农药有：敌敌畏、乐果、甲基对硫磷、对硫磷、甲胺磷、杀虫脒、甲草胺、丁草胺等。 汉江中下游污染源包括了工业污染、城市生活污水与垃圾，也包括了面源污染的部分，施肥、农药等。通过分析，汉江中下游地区，农业活动是非点源污染的最主要来源，其中化肥、农药的使用对水环境影响极大。 根据1996年排污申报登记，汉江中下游流域内主要排放污染物的企业共159家，企业遍布流域所有市、县，主要涉及造纸、制药、化工、食品、酿造、纺织印染等行业，其中造纸、化工酿造行业的企业是主要的超标排放污染源，COD超标量占70％以上。 随着人口的不断增加，城市化进程加快，城镇生活污水量不断增大。1996年，汉江共接纳生活污水1.97亿m3，2000年，汉江中下游干流及支流接纳城镇生活污水2.05亿m3/a，COD,Cr量达5万吨/年，占接纳废水量的48.3％，预计2010年，汉江中下游将接纳城镇生活污水2.76亿吨，其COD,Cr产生量将达6.7万吨，这对汉江中下游水质将是很大的威胁。 汉江中下游地区人们的生活中，每天产生近万吨的生活垃圾。由于对垃圾处理的认识不高，垃圾随意堆放，甚至倾倒河中，经过雨水的淋渗，造成了对地表水的污染。一些城市的垃圾处理场也只是简易的堆存场，没有防渗和防洪措施，对地下水和地表水都产生了污染。 城镇地表污染源主要是城市垃圾渗滤液对地表水的污染。汉江流域除襄樊市和武汉市在兴建垃圾卫生填埋场外，大多数城市对城市生活垃圾仅实行简单填埋，对渗滤液未采取任何处理措施，每当有降雨发生，垃圾渗滤液和垃圾都会对周围地表水和地下水产生较大污染。同时，许多城市在汉江岸边都设有垃圾堆场、厕所群等污染源，这些污染源的垃圾和粪、尿等污染物排入汉江对汉江水质也产生了较大污染。 根据湖北省统计局于2000年出版的《湖北统计年鉴》，1990～1999年农药使用量(万吨)分别为4.63、11.24、9.25、10.32、10.04、10.34，折合2kg/亩。 根据1998年统计年鉴，汉江流域耕地面积达116.86x10<4>hm<2>，占全省耕地面积的35.1％，农业生产过程中施用大量的农药、化肥等生产物质。据统计，1998年流域化肥施用量(折纯量)达78.07x10<4>t，其中氮肥52.04x10<4>t，磷肥20.18x10<4>t，钾肥3.90x10<4>t，复合肥11.33x10<4>t，化肥施用量占全省施用量的24.93％，这些物资中只有一少部分被作物吸收利用，而相当一部分进入环境，经迁移、转化，最终进入汉江而对汉江水环境产生影响。另外，水土流失以及流动污染源的影响也很大。 2、浅层地下水脆弱性分析 鉴于地下水污染是流域内比较严重的环境问题之一，本文利用DRASTIC模型评价了流域内浅层地下水的内在脆弱性，研究天然条件对污染物进入地下水的阻滞能力。地下水污染脆弱性可以理解为地下水对有碍于其使用价值的人为活动的脆弱性，即抵御人为污染的能力，它受众多因素影响。 DRASTIC方法考虑以下7个指标：地下水埋深、含水层净补给量、含水层介质、土壤介质、地形、包气带的影响和水力传导系数。根据研究区域的实际情况，完成了7个指标的评分，并完成了基于DRASTIC模型的浅层孔隙水内在脆弱性分区。将研究区域的地下水脆弱性划分为极低脆弱性、低脆弱性、中等脆弱性、高脆弱性、极高脆弱性5个等级。 研究结果表明：研究区域内脆弱性为中等、高、极高的区域几乎全部分布在汉江干流沿岸以及江汉平原，这与这些区域地下水埋深浅，农业发达受人类农业活动影响有关；武汉市是湖北省工农业最发达的地区，但从脆弱性分区图可以看出它同时也是地下水脆弱性最高的地区。同样的情形也出现在襄樊地区，水环境保护工作势在必行；研究区内脆弱性极低区与低区的面积占总面积的37.08％，中等区的面积占21.44％， 高区与极高区的面积占41.48％。 3、非点源污染评价 在对汉江流域的地表水质模拟和非点源污染评估过程中，使用了USEPA的BASINS模型。它可以对多种尺度下流域的各种污染物的点源和非点源进行综合分析，是一个基于GIS的流域管理工具。 本次研究中，采用模型中的QUAL2K来模拟汉江干流的水质情况，采用PLOAD模型来模拟汉江流域的污染负荷。 QUAL2K模型是由USEPA开发的河川水质模型，QUAL2K是一个一维水质模型，适用于模拟混合良好的枝状河流。首先将汉江河道划分为一系列恒定非均匀流河段，再将每个河段划分为若干等长的计算单元，每个单元都是理想混合的反应器。然后确定每个单元的水力学条件和污染初始条件，最后模拟求解。 水质预测采用2010水平年，南水北调中线工程从丹江口水库调水每年145亿立方米。预测参数为COD<,Mn>、BOD和NH<,3->N。各预测参数在汉江中下游江段普遍升高，这说明汉江中下游的水质总体下降。下降最多的是襄樊和武汉，这与这两个城市为湖北省工业中心，工业废水、生活废水排放量较大有关。根据现行地表水水质标准，襄樊、钟祥、武汉等江段在调水后将由预测的2010年II类水体下降到III类水体。 PLOAD模型是美国CH2M HILL水资源工程小组开发，并被USEPA收到BASINS模型当中，作为计算流域非点源年负荷的模型。 模拟过程中，年径流量计算中使用了美国土壤保持局SCS曲线方程。根据区域土壤和土地覆盖类型，参照SCS曲线计算方法提供的取值条件，确定了不同土地利用方式的CN值，最终得出不同土地利用类型的径流量。 模拟结果如下：水田是汉江的面源污染的最大污染源，一是它的单位负荷大，二是面积大；其次是旱地。林地的面积也相对较大，但是林地的负荷相对较小。其它的土地类型面积较小，贡献率也要小的多。除了直接入江区域外，汉北河、唐白河、小清河是氮、磷的主要贡献者，总量都是很大。汉江干流经过的县市单位污染负荷都是较高的，如汉川、天门、仙桃、老河口、襄樊市区。这与沿江的土地利用有直接关系，沿江土地多为水田、旱田，耕地面积大，农业生产活动比较强烈。对比2000年COD的点源污染，结合模拟结果，可以得到点源污染与非点源污染所占的比重。除了部分市区外，其它地区均包括了中心城市与周边农村。可见：襄樊市区点源污染所占比重较大，这与该城市是-工业城市有关。其它地区的非点源比重都相当大，可见，整个汉江流域目前在COD的贡献上，以非点源贡献最大。 　　 本文的创新点在于：(1)首次综合地调查和总结汉江中下游水环境现状，包括地下水污染情况，地表水体的污染现状，点源污染源与非点源污染源的分布、影响方式和数量。并在此基础上，综合分析了农业发达的汉江中下游地区非点源污染方式、途径，对今后的农业非点源污染的治理具有现实的指导作用。(2)建立了能够综合反映天然条件对污染物的阻滞作用的脆弱性评价模型，该模型的评价指标及其评分标准的确定过程经实践检验是合理的，利用该模型所获得的脆弱性分区结果可以用于指导流域内的地下水环境保护工作。(3)运用USEPA 的 BASINS 模型，模拟了汉江干流在南水北调工程调水145亿m<3>水量前后，水质的变化情况；以及汉江中下游非点源污染负荷量，得出非点源污染负荷的空间分布情况和不同土地利用类型下的非点源污染负荷，该结果可直接用于指导汉江流域的水环境保护工作。