采煤沉陷区土地利用变化对西淝河流域水文过程及非点源污染负荷输出的影响

发布时间：2020-04-30 07:49

【摘要】：长时间的采煤活动为区域经济做出重要贡献的同时也引起了区域生态环境的破坏,在高潜水位地区形成采煤沉陷积水区,改变了矿区原有的微地貌和土地利用类型,对其所在流域产生显著的区域生态环境效应。本研究选取西淝河流域1980、1990、2000、2010、2015年5期Landsat遥感影像图,采用基于多尺度分割面向对象的分类方法进行土地覆盖类型解译并对土地利用类型进行分类,分为耕地、建设用地、林地、交通用地和水域5种土地利用类型,通过土地利用转移矩阵分析西淝河流域土地利用动态变化及各土地利用类型之间的转换,在此基础上分析土地利用变化对区域景观格局的影响。此外,在流域出口设置监测站点,在一年半周期内高密度监测非点源污染负荷的输出特征,构建SWAT生态水文模型对西淝河流域径流、非点源污染负荷模拟,分析模拟矿区土地利用变化对流域径流及非点源污染负荷输出的影响。主要研究结果如下:(1)西淝河流域1980~2015年土地利用结构发生了很大变化,耕地面积由1980年1532.3 km~2到2015年减少到1270.0 km~2,减少了262.3 km~2,随着城镇化进程的加快建设用地面积增加,由1980年的226.3 km~2增加到2015年的417.4 km~2,增加了191.1 km~2,交通用地增加了26.6 km~2。采煤活动导致大面积村庄、耕地塌陷,水域面积不断增加,由1980年的68.1 km~2增加到2015年的113.7 km~2,增加了45.6 km~2。土地利用转移矩阵显示,耕地主要转换成建设用地和水域。(2)土地利用变化引起流域景观格局的变化,1980~2015年西淝河流域景观斑块数量、分离度指数增加,流域景观格局变得破碎,景观斑块中镶嵌其它景观现象越来越普遍,人为活动干扰加剧,各斑块类型更加分散分布。多样性指数、均匀度指数35年来分别增加了0.26、0.16,耕地景观作为流域基底景观的优势度降低,建设用地、水域景观在流域景观格局的作用越来越重要,流域景观分布更加趋于多样、均衡。(3)西淝河流域非点源污染具有明显的季节性变化,主要原因是夏季降雨量较大极易形成强降雨径流,较多的地表和农田污染物会随着降雨径流进入河流,引起河流中非点源污染浓度较高。每年3月份开始,流域降雨增多,地表累积污染物较多,前期冲刷效应明显,N、P污染浓度出现明显峰值。污水、粪便是影响西淝河流域N元素污染输出的主要因素,未经处理的污水排放点和来自粪肥的弥散源导致河水中N营养盐浓度增加。(4)流域土地利用变化对流域内水文过程和非点源污负荷产生一定的影响,本研究设置的3种土地利用情景模式中,情景1中将建设用地、水域重分类为耕地,情景2将水域重分类为耕地,情景3将建设用地重分类为耕地。模拟结果显示,年均径流量分别为20.61 m~3/s、22.0 m~3/s、20.17 m~3/s,情景2情景1情景3,在建设用地增加417.4 km~2的情况下,年均径流量增加6.3%,建设用地能够促进年径流的产生,对径流增加的贡献强度要大于耕地。当113.7 km~2耕地转换成水域,西淝河流域年均径流从20.61 m~3/s减少到20.17 m~3/s,减小了2.2%。(5)3种土地利用情景分析中,TP单位面积年均负荷输出分别为59.10 kg、57.56 kg、55.26 kg,情景1情景2情景3,耕地面积最大时,TP负荷输出最大,农作物的生产使用大量肥料,耕地对TP负荷输出贡献率最大,其次是建设用地、水域。3种土地利用情景分析中,TN单位面积年均负荷输出分别为357.66 kg、450.45 kg、329.19 kg,建设用地最大时,TN年均负荷输出最大,对TN贡献率最大是建设用地,其次是耕地、水域,水域对N、P污染负荷输出贡献最小。耕地和建设用地是西淝河流域非点源污染负荷输出主要土地类型。图26表14参数25
【图文】：

路线图,路线图,研究技术

研究技术路线图

示意图,西淝河,流域,示意图

2.1 研究区概况西淝河流域地处安徽省中北部，位于淮河流域的中下游平原地区，处于暖温带和亚热带地区之间的过渡性气候带，以季风气候为主，雨热同期，昼夜温差较大，降雨量季节性分配不均。西淝河流域面积为 1839.6 km2，地表水系发达，有西淝河、济河天然河流穿过，上游有苏沟人工水渠，水量丰富，为了防洪、排水灌溉，在西淝河流域设有西淝河闸、济河闸等闸坝对流域进行水量调控。淮南煤矿资源储量大，含水性较好，南北方向都发育有大型的阻水断裂带，断裂带两侧水文地质特征差异明显，矿区内地质构造较复杂，地层比较完整，地下含煤地层较多，煤炭储量丰富。新构造运动明显，第四系厚度大，地面形态极易产生变化。西淝河流域有谢桥（XQ）、张集（ZJ）、顾桥（GQ）矿区，除外还有一些其它矿区，采煤活动引起地表沉陷，出现大面积沉陷水域，沉陷水域面积截止 2015年超过 40 km2（图 2）。煤炭开采对矿区及其所在流域水文生态格局影响重大，，在西淝河下游流域出口设置采样点进行水文、水质监测，分析流域生态水文效应。
【学位授予单位】：安徽理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：F301.2;X52

【参考文献】