南京市九乡河流域景观格局空间分异对河流水质的影响

定量探讨不同景观格局与水质关系对于指导城市景观规划、保护周边水环境具有重要意义.以南京市九乡河流域为研究区域,基于2009年的Quick Bird影像和2009年10月～2010年9月的水质实时监测数据,利用GIS空间分析技术以及统计分析的方法,从景观水平和类型水平2个方面分析了流域景观格局空间分异对河流总氮(TN)、总磷(TP)、高锰酸盐指数和氨氮(NH4+-N)的影响.结果表明,流域的大部分景观类型与河流TN、TP、高锰酸盐指数和NH4+-N浓度存在显著的相关关系:建设用地和未利用地的面积比例与TN、TP、高锰酸盐指数和NH4+-N浓度显著正相关,林地的面积比例与这些指标呈显著负相关,而耕地的面积比例与TN、TP、高锰酸盐指数和NH4+-N浓度相关性不显著;从景观水平上看,流域景观以少数类型大斑块为主或同一类型的斑块高度连接时,河流中TN、TP、高锰酸盐指数和NH4+-N浓度较低,水质较好;但针对具体的景观类型有所不同,建设用地、未利用地以及耕地的集中连片分布会引起TN、TP、高锰酸盐指数和NH4+-N浓度的上升,而林地的大面积分布则对这些指标具有相反的效应.     

潭江流域水质时空分布特征及其与土地利用的相关性分析

以潭江流域为研究区域,利用2016年5月TM遥感影像底图,结合Google高清影像和实地调查修正获取流域土地利用图。运用ArcGIS分析工具,将流域分为26个子流域,研究各子流域的土地利用结构。根据2015~2016年不同水期的水质监测,分析TP、TN、NH_4~+-N、高锰酸盐、COD的时空分布特征;利用spearman相关与逐步多元回归分析其与土地利用结构的相关性。结果表明,各项水质指标基本表现为丰水期优于平水期,枯水期最次。在空间上,上游水质优于中游水质,下游水质最次。流域土地利用结构与水质之间的关系表现为:林地、草地能够缓解水质恶化,相当于"汇",耕地、建设用地、水体会导致水质恶化,相当于"源"。建设用地是对水质恶化影响最大的因素,其次是耕地。部分流域污水处理率有限及污水处理的水质标准与地表水水质标准的差距较大,可能是水质难以好转的主要原因。林地能够显著改善水质,应该加强管理和保护。     

北洛河流域水质空间异质性及其对土地利用结构的响应

根据2011年10月和2012年10月的北洛河流域水体采样数据,利用GIS技术和地统计学方法,分析了北洛河流域水质指标TP、TN、NO-3-N、NH+4-N和高锰酸盐指数(CODMn)的空间变异特征,并探讨了子流域尺度上不同土地利用结构对河流水质的影响.结果表明,北洛河流域水质指标TN和NO-3-N受结构性因素影响显著,表现出较强的空间变异性,而TP、NH+4-N和CODMn受到结构性因素和随机性因素共同作用,表现出较弱的空间变异特征.TN与农业用地面积百分比呈显著正相关关系,与林地面积百分比呈显著负相关关系,NO-3-N与农业用地面积百分比存在显著正相关关系.可以初步推测,控制TN空间异质性分布的结构性因素是农业用地和林地,而控制NO-3-N空间分布的结构性因素为农业用地.     

洱海流域农业用地与入湖河流水质的关系研究

采用空间分析和统计分析方法,从综合农业用地和各类农业用地面积百分比两个层次研究洱海流域农业用地与入湖河流水质的关系.结果表明,研究区10个小流域入湖河流水质空间差异性显著,流域西部入湖河流总磷污染严重,北部和南部入湖河流(D3除外)主要污染指标为有机物和氮;流域农业用地面积百分比与入湖河流水质的关系密切,综合农业用地面积百分比与雨季入湖河流高锰酸盐指数、NH+4-N、TN、TP呈负相关,相关系数分别为-0.859、-0.565、-0.693、-0.181,与非雨季高锰酸盐指数、NH+4-N呈负相关,相关系数为-0.384、-0.328,与非雨季TN和TP呈正相关,相关系数为0.221、0.146;各类农业用地面积百分比对入湖河流水质表征作用较强,耕地与TN、TP在雨季和非雨季均呈正相关,与两者的相关系数雨季为0.252、0.581,非雨季为0.149、0.511,耕地与高锰酸盐指数、NH+4-N在雨季和非雨季分别呈正相关和负相关,与两者的相关系数雨季为0.388、0.053,非雨季为-0.137、-0.147,林地与耕地的表现则正好相反,与TN、TP、高锰酸盐指数、NH+4-N的相关系数雨季为-0.526、-0.275、-0.469、-0.155,非雨季为-0.012、-0.100、0.282、0.151,鱼塘对TN和TP的指示作用不显著,草地和园地在雨季与耕地的表现类似,非雨季与耕地的表现相反.可见,洱海流域农业面源治理时应重点加强北部和南部在雨季时耕地、草地和园地的管控.     

巢湖水体氮磷营养盐时空分布特征

在不同汛期对巢湖水体进行了网格化样品采集,研究了巢湖水体中氮磷营养盐的含量与时空分布规律,确定了巢湖水体的主要污染因子.结果表明,巢湖入湖河流中TP、TN和NO-3-N指标均超过了Ⅴ类水标准,南淝河和十五里河中TP、TN、NH+4-N和NO-3-N表现出丰水期低于平水期、枯水期的季节性变化特征,在其他河流则呈现出丰水期高于枯水期、平水期的特征;巢湖湖体氮磷营养盐浓度的分布存在时空差异,西部湖区中氮磷营养盐含量远高于东部湖区;TP、TN和NH+4-N表现出在枯水期高于平水期和丰水期的变化特征,而NO-3-N在丰水期的含量较高;巢湖水体的主要污染因子为TN和NH+4-N,这些污染物从西往东质量浓度不断减少.     

河湟谷地不同时空尺度下土地利用及空间格局对水质的影响

基于青海省河湟谷地湟源县、互助土族自治县和民和回族土族自治县内湟水河各级支流平水期和丰水期实测水质数据,结合遥感技术和数理统计等方法,分析土地利用结构及其空间格局对区域季节性水质的影响.结果表明：①河湟谷地地表水中总氮、总磷浓度偏高,Ⅳ和Ⅴ类水质多集中于河流下游和各支流交汇处.②河湟谷地平水期土地利用对水质的解释率高于丰水期,平水期最优尺度为200 m缓冲区,耕地和城镇为主要的影响因子;丰水期最优尺度为5 km缓冲区尺度,主要的影响因子为林地.③平水期耕地面积占比与总氮、高锰酸盐指数浓度呈正相关,而与总磷浓度呈负相关;城镇面积占比与污染物浓度基本呈正相关;丰水期草地面积占比与河流高锰酸盐指数呈正相关;林地面积占比在两个时期均与污染物浓度呈负相关.耕地、草地和城镇是污染物"源"景观,但耕地在一定程度上也起到拦截污染物的作用;林地是污染物的"汇"景观.④平水期200 m缓冲区尺度下林地空间格局对水质的解释率较高,其中LPI （最大斑块占景观面积比例）和PD （斑块密度）等指标为主要的影响因子,与污染物浓度呈负相关.研究表明,合理规划居民用地和耕地面积占比,提高河岸带周边的林地覆盖率及聚集度,是净化河湟谷地地表水水质的重要措施.     

基于自组织映射与哈斯图方法的地表水水质评价研究

地表水水质评价是水资源管理与保护中的非常重要的问题.本研究主要目的是应用自组织映射(Self-Organizing Map,SOM)与哈斯图方法(Hasse Diagram Technique,HDT)对地表水水质监测数据集进行分类、建模、解释与评估.以西苕溪流域为例,对其50个断面于2010年6月-2011年5月进行月频率的水质监测.应用SOM分析发现,水质参数可分成10个聚类组,反映了西苕溪流域水质丰、平与枯水期特征,pH、高锰酸盐指数(CODMn)在各个水期变化不大;溶解氧(DO)在枯水期与平水期相对较高,水质具有一定的自净能力;丰水期的氨氮(NH4+-N)、总氮(TN)与总磷(TP)值相对较小;西苕溪流域TN:TP(氮磷质量比)平均为46,监测期间变幅较大为2～482,监测期内有66.7％的水质样本处于磷限制状态,仅有3.2％处于氮限制状态,存在氮限制与磷限制交替出现的状态,表明流域总体处于磷限制状态.选取CODMn、NH4+-N、TN 与TP指标进行HDT综合分析,反映流域上游水质较好,中、下游水质相对较差;敏感性分析结果表明,CODMn敏感性数值最大为235,其次是TN为156,、NH4+-N与TP分别是61与34,表明西苕溪流域的CODMn、TN存在较大的环境风险.建议在西苕溪流域即将开展的环境整治与规划时应考虑开发相关的削减技术与制定相关措施政策以减少CODMn、TN污染.     

鲁东山区流域景观格局与面源污染关联关系

基于实地监测和3S技术,以鲁东低山丘陵地区栖霞市为研究区,采用Spearman相关、非约束性PCA、对应典范分析（CCA）等方法,研究不同流域尺度下景观格局与面源污染的关联关系。结果表明：（1）研究区景观格局空间分异明显,在特征尺度下农用地和建设用地斑块较为破碎,林地、园地斑块聚集性强。（2）研究区河流面源污染物主要以TN为主,EC、COD污染次之,主河道出水口为污染较为严重的区域。（3）景观格局对水质的影响丰水期要大于平水期,TN和EC对土地利用类型面积比例和景观格局指数的变化最为敏感。（4）平水期河岸带尺度下景观格局对TN影响最大的为斑块密度,EC受景观边缘密度影响最大,小流域尺度TN受景观蔓延度影响最大,COD与景观多样性关系密切;丰水期河岸带尺度景观多样性对TN影响最大,EC受斑块聚合度影响最大,小流域尺度影响TN最大的因素与平水期一致,EC与景观蔓延度关系密切。（5）小流域景观类型水平下,TN主要受林地斑块密度影响,TP与耕地散布与并列指数关系密切;丰水期TN受林地散布与并列指数影响显著,TP对林地平均分维数变化敏感,EC受草地聚集性影响最大。本文分析了研究区景观格局与面源污染空间分布特征,探讨了两者在不同尺度下的相关性,可为栖霞市水土资源可持续利用提供科学依据。     

尼洋河流域土地利用结构对水质的关联分析

文章以尼洋河流域为研究区域,用该流域2018年8月TM遥感影像图作为底图,结合野外实地调查获取尼洋河流域的土地利用图。借用ArcGIS的水文及空间分析功能,将流域划分为7个子流域,并分析各子流域的土地利用结构。根据2018年9月现场采取的水样检测结果,分析COD、TP、TN及NH_4~+-N的空间变化特征,同时结合各子流域土地利用结构分析其之间的统计关系,研究流域内土地利用类型与河流水质之间的联系,以期为藏东南生态安全屏障区内的河流水质保护提供科学借鉴。结果表明:COD、TN及NH_4~+-N有明显的空间变化特征,在空间上尼洋河中游水质最优。流域内土地利用结构与水质之间的相关关系表现为:未利用土地与林地起汇作用,建设用地起源作用,从水质指标响应程度上看:对TN影响最大的土地利用类型是建设用地,对NH_4~+-N和COD影响最大的分别是水域和林地,流域内TP的空间特性与流域内土地利用类型不存在多元线性回归关系。     

滇池流域土地利用对入湖河流水质的影响

利用滇池流域2008年TM影像数据和入湖河流67个监测点的水质数据,以子流域为基本研究单元,从子流域综合分析和子流域分类分析两个角度,研究土地利用类型(国家分类标准)对入湖河流水质的影响.结果表明,21个子流域单元的水质污染指标(CODMn、TP、TN、NH3-N)与居民点及工矿用地呈显著正相关,与耕地、林地、草地呈负相关.对整个流域而言,城镇及工矿用地是入湖河流水质污染的主要来源,其污染贡献掩盖了耕地的贡献;根据土地利用结构和空间分布格局的差异,将滇池流域的21个子流域分为3类(城镇及工矿用地为主、耕地为主、林地为主).分类分析表明,水质污染指标与居民点及工矿用地始终呈现正相关,与林地始终呈现负相关.同时,讨论了土地利用空间格局差异对水质的影响,说明土地利用比例结构和分布格局对水质亦具有重要影响,     

密云水库小流域土地利用方式与氮磷流失规律

在密云水库石匣小流域对农田、林果地、荒草坡、村庄等4种不同类型的非点源污染发生区，进行降雨、径流量、径流水质同步监测，分析不同土地利用类型小区地表径流和泥沙中氮磷污染物的流失情况。结果表明，径流中总磷的浓度以村庄最高，其次为坡耕地、林果地和荒草坡。村庄径流的溶解态磷浓度为荒草坡径流的10倍。不同地表径流中的溶解态氮浓度的差别较大，村庄最高，其次是耕地、荒草坡、林果地。在降雨初期，随着径流量的增大，径流中总氮的浓度迅速降低，呈线性递减，此后随着径流的减少，总氮的浓度下降速度极其缓慢。不同土地利用类型中吸附态磷占总磷的比重都在90％以上，与泥沙结合的吸附态磷的浓度远大于溶解态磷的浓度，吸附态磷是磷流失的主要形态。     

入湖河流水质对土地利用时空格局的响应研究:以洱海北部流域为例

揭示土地利用与入湖河流水质的内在联系是非点源研究的重要内容,以洱海北部流域为研究对象,从土地利用类型组成和空间格局入手,综合空间分析和统计分析方法对两者响应关系进行研究.结果表明,研究区平均坡度(SLOPE)、植被区面积百分比(VEG)作为表征土地利用类型组成的指标,与入湖河流TN和TP的关系显著,斑块密度(PD)、农业用地斑块密度(PDagr)、水体形状指数(LSIwat)作为表征土地利用空间格局的指标,与TP和NH+4-N的关系显著;类型水平下,入湖河流水质对土地利用空间格局的响应关系较景观水平强,水质响应指标为雨季TP和旱季NH+4-N,回归调整系数R2分别为0.761和0.978;旱季,入湖河流水质对土地利用的响应关系强于雨季,水质响应指标为TN、TP和NH+4-N.因此,进行洱海北部流域非点源污染治理时可考虑提高植被覆盖率和农业用地集约化程度,尽量避免旱季对自然水体的人为干扰,后续进行土地利用空间格局与入湖河流水质关系研究建议选类型水平.     

浑太河流域氮磷空间异质性及其对土地利用结构的响应

利用2009年8月和2010年6月浑太河流域河流水体采样数据,结合GIS技术和地统计学方法,分析了汛期TN(总氮)、NH₄+-N(氨氮)、NO₃--N(硝酸盐氮)、TP(总磷)和PO₄3-(磷酸盐)在地表水体中的空间变异特征,并探讨了流域尺度上土地利用对氮磷营养物质的影响. 结果表明:NH₄+-N、PO₄3-和TN均受到结构性因素的影响,表现出一定空间相关性变异特征;NO₃--N和TP主要受到随机性因素的影响,表现出极弱的空间相关性变异特征. 汛期流域林地、农田和居民用地比例与氮素呈显著相关,农田和草地用地比例与氮磷均呈显著相关.可以初步推测,林地、农田和居民用地是控制氮素空间分异特征的结构性因素,农田和草地是控制磷素空间分异特征的结构性因素.      

密云水库上游流域土壤有机碳和全氮密度影响因素研究

为揭示影响密云水库上游流域土壤有机碳(soil organic carbon,SOC)和全氮(total nitrogen,TN)密度的主要因子,采用野外采样、实验室分析和数理统计分析相结合的方法,研究了气候(温度和降水)、地形(海拔和坡度)、土壤理化性质(土壤容重、含水量、pH值和黏粒含量)以及土地利用方式等因素对SOC和TN密度的影响.结果表明,密云水库上游流域森林、草地、农田这3种土地利用类型表层(0～20 cm)SOC密度分别为4.77、6.79和2.90 kg.m-2,TN密度分别为0.41、0.69和0.30kg.m-2,3种土地利用类型之间SOC和TN密度差异显著(P<0.05);土壤含水量、土地利用方式、坡度、土壤pH值和黏粒含量是影响SOC密度的主要因子,土地利用方式、土壤黏粒含量和含水量则是影响TN密度的主要因子;气候、地形、土壤理化性质等区域环境因子共同解释了SOC和TN密度变异性的63.6%和53.4%,而环境因子和土地利用方式对SOC和TN密度变异性的综合解释程度分别为67.6%和57.8%.土地利用对SOC和TN密度变异性的贡献相对于环境因子而言较小,因此,建立高空间分辨率的区域环境因子数据库将是精确估算区域土壤碳氮贮量的关键环节.     

滇池双龙流域不同土地利用方式下土壤侵蚀与土壤养分分异

在滇池双龙流域选取耕地、撂荒地、草地和林地4种土地利用方式,分别取0～40 cm土壤样品,测定样品中的137Cs比活度及w(TN)、w(TP)、w(TOC),同时根据土壤有机质中δ13C(稳定性碳同位素丰度)的剖面分布特征,分析不同土地利用方式对该流域土壤侵蚀程度、土壤养分分异及有机质来源和变化的影响. 结果表明:①耕地、撂荒地、草地和林地土壤的137Cs比活度分别为0.65、0.21、3.92和0.61 Bq/kg,土壤侵蚀模数大小表现为耕地>撂荒地>林地>草地. ②不同土地利用方式下,土壤剖面w(TOC)、w(TN)和w(TP)的平均值差异显著(P<0.001);w(TOC)表现为草地＞林地＞耕地＞撂荒地,w(TN)表现为草地＞耕地＞林地＞撂荒地,w(TP)表现为耕地＞草地＞林地＞撂荒地;各种土地利用方式土壤剖面养分质量分数均随土壤深度增加呈降低趋势. ③耕地、撂荒地、草地和林地土壤的δ13C平均值分别为-22.28‰±1.49‰、-23.29‰±0.24‰、-26.32‰±0.25‰和-25.94‰±0.22‰,推断该区域土壤有机质主要来源于陆生C₃植物. 土壤剖面δ13C的变幅差异反映了土壤有机质分解程度的强弱,δ13C变化规律表现为耕地＞林地＞草地＞撂荒地. ④土壤侵蚀模数越大,w(TOC)和w(TN)越低,草地和林地土壤侵蚀程度较低,土壤养分流失量较小,更有利于土壤质量的改善和流域水环境的保护.      

北京密云水库流域1980～2003年地表水质评价

对密云水库所处流域的4个监测点1980～2003年的地表水质数据进行分析,并参考单因子水质标识指数方法以国家地表水环境质量标准为标准进行地表水质评价.结果表明,4个监测点上都是TP的年际波动最大,变异系数分别为93.86%、86.08%、50.56%和139.47%;其次是Hg,4个监测点的变异系数分别为86.08%、25.75%、56.52%和47.01%;其余5个指标的变异系数相对较小.流域内4个监测点的高锰酸盐指数、BOD5、Pb和Cr都未超过饮用水标准限值;Hg只是在个别年份上(S1和S3在1992年,S4在1996年)超过饮用水标准限值.该流域主要是以TN和TP的污染为主,而且大部分年份TN比TP的污染严重.与1990年前十年平均水平相比,流域内1990年后十年平均化肥、农药和农用薄膜使用量分别增加了46%、1.73倍和3.59倍.畜牧业产值比重从1990年前的24.4%增加到1990年后的39.8%.与1990年前十年平均水平相比,1990年后十年平均工业总产值增长了4.24倍.空间上的分析表明,密云水库上游的污染风险大于下游出口的污染风险,而且潮河流域TN和TP污染物质对库区TN和TP污染发生的贡献大于白河流域.