土地利用类型及其社会经济特征对河流水质的影响

流域尺度上土地利用类型与水体水质之间存在相关关系,这种相关关系同时会受到各种社会经济活动的影响.在自然或半自然区域内,土地利用类型与水质的相关关系比较显著.然而,在城市区域内社会经济活动将会影响土地利用类型与水质的相关关系.为证实这一现象的存在,选取京津地区11个小流域为研究对象,分别从小流域综合分析和小流域聚类分析2个角度,分析土地利用类型及其社会经济特征与河流水质的关系,并以温榆河小流域情景分析进一步探讨社会经济因素对土地利用类型与河流水质关系的影响,结果显示,聚类分析中,半自然区域中小流域的TN、TP、NH4+-N均与土地利用类型相关,而城市区域中小流域的TN、TP、NH4+-N均与社会经济因素相关,社会经济因素的差异改变甚至削弱了土地利用类型与河流水质的相关性,验证了假设现象的存在.因此,在跨域城乡梯度的区域尺度研究水体水质及其影响因素的相关性时,需要综合考虑土地利用类型及其社会经济特征.     

土地利用结构与空间格局对袁河水质的影响

于2018年7月和2019年1月在袁河干流及支流38个采样点采集水样,测定营养盐离子及重金属等14项水质指标.同时,采用Bioenv分析、Mantle检验与方差分解等方法,揭示土地利用结构与空间格局在子流域和缓冲区对水质变化的影响机制,并基于层次分割理论探讨不同土地利用类型的空间格局特征对水质的影响.结果表明：①袁河流域重金属污染不显著,氮、磷营养盐是水体主要污染物,水质变化具有河段差异,上游污染物浓度低于中、下游.②空间格局在在近距离缓冲区（100 m、300 m）对水质变化的解释率最高（63%）,土地利用结构在远距离缓冲区（3000 m）和子流域尺度对水质变化的解释率最高（33%）,二者交互作用在过渡带（500 m、1000 m）对水质变化的解释率最高（56%）.③在近距离缓冲区和过渡带,单一土地利用类型的空间格局对水质变化的解释能力依次为：林地>农田>建设用地;在远距离缓冲区为：农田≈林地>建设用地;在子流域依次为：农田>林地>建设用地.其中,林地的连通性特征（ENN_MN指数）、农田的边缘密度特征（ED指数）和建设用地的形状特征（LPI、LSI指数）是影响水质变化的关键特征,占各自空间格局解释率的37.8%、31.2%、53.8%.以上结果表明,土地利用结构与空间格局是驱动袁河水质变化的重要因素,加强1000 m缓冲区尺度土地利用的管理对保护流域水质具有重要意义.     

海河流域社会经济发展对河流水质的影响

海河流域社会经济快速发展,主要河流水质恶化.本文基于海河流域人口规模、经济产值和土地利用变化过程,结合河流社会经济发展指标和水质变化统计分析,从流域废污水排放和水资源利用等角度分析社会经济对水环境影响机制.研究表明,流域人口规模大幅增长、工业生产强度大幅提高,工业聚集区由北京-天津地区扩展到北京-天津-唐山、石家庄、聊城-德州等地区,导致海河流域工业废水和生活污水排放规模迅速上升,成为河流水质恶化直接驱动力.城市扩张是流域土地利用变化最显著特征,近30年来城市用地面积增加85%,北京-天津-唐山城市群规模扩大,造成流域水资源开发利强度加剧,降低河流自净缓冲能力.因子分析表明,流域影响河流水质因素分解为农村、城市和自然等3个方面,其中城市化过程和农村社会经济发展对河流水体污染物浓度水平影响非常显著.     

河流水质对底栖动物群落结构的影响调查

目前,评价河流的水质,往往注重于监测水体中的物理化学参数,而忽视生物学参数。其实,某些未列入特定监测项目的污染物,往往具有更重要的生物学意义。另外,水体中的污染物浓度,随着污染物间歇性的排入,发生迅速而大范围的波动,这种波动的生物学意义,较常规的监测背景值更大。因此,理化监测存在着偶然性与局限性。研究表明,底栖动物长期     

土地利用对兴凯湖入湖河流水质影响及生态修复策略

兴凯湖是中俄跨境湖泊,其水质变化受到国际社会的高度关注,入湖河流水质状况对兴凯湖水质有着重要影响。以兴凯湖中国境内流域为研究区域,基于内梅罗污染指数法、方差分析、冗余分析、聚类分析等方法,分析兴凯湖入湖河流水质污染特征,探究流域土地利用结构对河流水质的影响,并据此提出入湖河流分类修复策略。结果表明：兴凯湖入湖河流水质为GB 3838—2002《地表水环境质量标准》Ⅲ类~劣Ⅴ类,化学需氧量、总磷、高锰酸盐指数是主要超标因子;兴凯湖入湖河流丰水期水质整体优于平水期,大兴凯湖入湖河流水质整体优于小兴凯湖;兴凯湖流域土地利用对入湖河流水质的解释度在丰水期和平水期分别为52.31%和45.38%,耕地对河流水质产生负面影响,林地、水体对入湖河流水质起改善作用,而人造地表、草地在不同水期对入湖河流水质的影响不同。基于入湖河流水质、流域土地利用结构的聚类分析,将兴凯湖入湖河流分为生态保育型、生态修复型和综合治理型3种类型,并提出了具有针对性的治理与修复策略。

     

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.     

大型水利枢纽对河流水质的影响分析

简述了在河流上修建水利枢纽后，改变了河流的水流条件和河流中污染物质的迁移转化规律从而影响到河流水质状况，以赣江万安水库为分析实例，阐述了大型水利枢纽对天然河流库尾段，坝前段和坝后段水质的影响，并根据环境水利学的基本理论，分析这种影响的形成机制和探索减少不利影响的途径。     

太湖流域土地利用与河流水质污染状况的相关性研究

以太湖流域为例,基于GIS空间技术分析了不同缓冲半径下土地利用类型的特征,运用Pearson相关分析及典型相关分析对6种不同土地利用类型与10种水质指标进行相关性研究。结果表明:建设用地和耕地为流域内主要土地利用类型;近岸范围内(1 km以内)建设用地为主要污染输出源,与水体水质指标呈明显的正相关,而耕地与水质指标具有较为明显的负相关性,说明耕地对污染物质具有吸附过滤作用;远岸范围内(1 km以外)耕地与TP呈显著正相关,而与DO呈显著负相关,说明耕地造成了面源污染;水域分布与NO-3-N、TP呈负相关性,而与CODMn呈正相关说明其兼具污染物质的稀释净化与汇集输送作用;林地和草地与CODMn呈明显的负相关性,说明其对污染物具有截留吸收作用。     

景观格局对河流水质影响的尺度效应Meta分析

景观格局决定了陆域污染物的源汇过程,是影响河流水质状况的关键因素.由于尺度效应,不同尺度下景观格局与河流水质关系的研究结果不尽相同.然而,景观格局对河流水质影响的尺度效应问题尚缺乏系统研究.收集了国内外4 041条研究数据,采用Meta分析法定量分析了不同尺度下景观格局对河流水质的作用特征,识别了影响河流水质的关键时间和空间尺度以及景观指数.结果表明,相对于降水事件、平水期和年际尺度,丰水期下景观格局对河流水质的影响最大;相对于流域尺度,缓冲区尺度的景观格局对河流水质的影响更大;丰水期-缓冲区尺度是景观格局影响河流水质的关键时空耦合尺度.与耕地、水域、草地以及流域整体景观相比,林地和城镇用地的景观格局对河流水质的影响更大;破碎度是影响河流水质最重要的景观格局因子.在河流水质治理中,应重点考虑缓冲区的景观配置,增加缓冲区林地面积、减少林地和水域的斑块密度和减少城镇用地的面积占比和聚集度,以有效保护河流水质.     

土地利用结构与空间格局对鄱阳湖流域中小河流水质的影响

为揭示土地利用结构与空间格局对中小河流水质的影响机制,于2022年1月与2022年7月在鄱阳湖流域3条中小河流的25个采样点收集水样.采用Bioenv分析、Mantel检验与方差分解量化不同空间尺度的土地利用结构与空间格局对水质的影响,使用广义加性模型拟合水质与土地利用结构与空间格局的关系,广义线性模型构建分段回归模型,并基于逐步递归法计算阈值.结果表明：①土地利用结构与空间格局对河流水质的平均解释率在丰水期（59.72%）大于枯水期（48.95%）;子流域与河岸100 m是土地利用结构与空间格局影响中小河流水质的关键尺度,平均解释率分别为54.70%和64.88%;土地利用结构与空间格局的共同解释部分是驱动河流水质变化的重要因素,占总解释率的66.90%.②土地利用结构对中小河流水质的影响具有显著的阈值效应,当子流域尺度下建设用地占比低于2%、耕地占比低于8%和林地占比高于82%,河岸缓冲区尺度下建设用地占比低于12%、耕地占比低于41%和林地占比高于49%时,均能明显改善水质.③空间格局对中小河流水质的影响也具有阈值效应但弱于土地利用结构,当子流域尺度下斑块形状值大于28.77和斑块多样性大于0.69,河岸缓冲区尺度下斑块形状值大于2.99和斑块多样性大于1.02时,均能改善水质.以上结果表明,加强对子流域与河岸100 m尺度的土地利用的管理,合理规划土地利用结构与空间格局能够有效地防止水质恶化.     

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。     

新安江流域土地利用结构对水质的影响

以新安江上游流域为研究区域,用该流域2010年5月TM遥感影像图作为底图,通过实地野外调查获取了新安江流域的土地利用图.运用ArcGIS的水文、空间分析功能,将流域划分为8个子流域,并分析各子流域的土地利用结构.根据2010年1～12月的水质监测数据,分析TN、TP、高锰酸盐指数、NH4+-N、粪大肠菌群的时空变化特征,以及与土地利用结构之间的定量关系.结果表明,TN和NH4+-N有明显的时间变化特征,为枯时期>丰水期>平水期,而其他几种指标没有明显的时间变化.在空间上,整体上呈现出渔梁、浦口污染最为严重.流域内土地利用结构与水质之间的相关关系表现为:耕地、水体、建筑用地起源作用,林地、草地起汇作用.在年度上看,耕地对TN、NH4+-N、高锰酸盐指数影响最大,草地对TP影响最大;不同水期上,枯水期和丰水期,对各指标影响最大的土地利用类型为耕地,在平水期,对TN、TP、粪大肠菌群影响最大的土地利用类型分别为耕地、草地、林地.     

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.     

农业源头流域景观异质性与溪流水质耦合关系

以丹江口库区胡家山流域为研究区域,分析了溪流枯、丰水期的水质变化特征,结合流域和河岸缓冲带景观类型及其格局,运用Spearman秩相关分析筛选了影响溪流水质的景观指数,利用逐步回归和冗余排序法定量描述景观格局与溪流水质的耦合关系.结果表明：溪流水质指标中氨氮和总磷浓度时空变化较大,其标准变异系数范围分别为69.8%~207.6%和52.0%~146.1%.景观类型中耕地和居民地是溪流水体污染的重要来源,两者在100m河岸缓冲带尺度上对氨氮的解释程度为58.6%,高于流域尺度;景观格局指数中蔓延度、林地和居民地斑块密度、林地和居民地最大斑块指数以及林地和耕地聚集度指数等显著影响溪流水质（P<0.05）,流域尺度上各景观类型的景观指数对总氮和总磷的解释程度分别介于71.1%~81.6%和74.5%~83.8%,均高于100m河岸缓冲带尺度,其中蔓延度对总氮和总磷均有显著影响（P<0.05）.无显著因子进入高锰酸盐指数模型中,其浓度变化是各景观指数共同作用的结果.此外,景观格局季节变化也显著影响溪流水质.枯水期景观指数能够更好的解释总氮和总磷变化,而丰水期对氨氮的解释程度要好于枯水期.     

城市非点源污染的主要来源及分类控制对策

土地利用方式是影响流域水质的主要因素,加强土地利用管理是提高流域水环境质量的重要途径之一.以武汉市汉阳区为例,利用逐步回归模型分析了城市土地利用类型与流域湖泊水质之间的相关关系,发现农村居民地、城市居民地、商业用地和滩地等用地类型是城市湖泊非点源污染的主要来源.基于土地利用类型,流域中的17个汇水单元可聚为3类,分别以农村居民用地,城市居民用地和商业用地,滩地为主.依照各类汇水单元的景观结构特点,针对性地提出了非点源污染的分类控制措施,简化了控制措施和提高了可操作性.     

不同缓冲区的土地利用方式对地表水水质的影响：以海河流域天津段为例

探明土地利用方式与水质的关系对改善地表水环境具有重要意义.基于2021年天津市16个国家地表水水质监测站的月数据及土地利用数据,利用GIS空间分析和数理统计方法研究不同尺度缓冲区的土地利用方式对地表水水质的影响.结果表明：①研究区土地利用类型以建设用地、耕地和水域为主,对河流水质影响显著.除水温（WT）和pH外,耕地、建设用地和水域与各水质指标均呈负相关;林地和草地与溶解氧（DO）和总氮（TN）呈正相关,与其他水质指标均呈负相关.②水质指标在不同季节表现出明显的空间差异.pH、DO与TN浓度在旱季较高,而高锰酸盐指数、氨氮（NH₄⁺-N）与总磷（TP）浓度在雨季较高.③冗余分析（RDA）结果表明,800 m缓冲区土地利用对旱季水质变化具有最大的解释能力（50.4%）,而3 000 m缓冲区土地利用可以最大程度解释雨季水质变化情况（49.6%）;从旱雨季的平均解释率来看,3 000 m缓冲区是天津市土地利用对水质指标的最佳影响尺度（50.0%）;④偏最小二乘回归（PLSR）分析可知,3 000 m缓冲区内建设用地、耕地和水域是影响地表水水质变化最显著的地类.旱季大多数水质指标PLSR模型的预测能力比雨季强.在旱季,除WT和pH外,其余水质指标均受耕地的影响最大.在雨季,建设用地对WT和NH₄⁺-N浓度的影响最大,其余水质指标的最重要影响因子仍是耕地.研究表明合理规划河流或湖库3 000 m内的土地利用方式有利于改善地表水水环境质量.     

滇池流域土地利用变化与入湖河流水质关系研究

以昆明滇池东南岸流域为例,利用逐步回归模型分析了流域土地利用类型与流域湖泊水质之间的相关关系,发现水质污染指标与耕地始终呈现正相关,与林地始终呈现负相关,与城乡用地始终呈现负相关,对昆明滇池东南岸流域而言,耕地是入湖河流水质污染的主要来源,其污染贡献掩盖了城乡用地的贡献。