小流域土地利用结构变化对河流水环境的影响研究

发布时间：2020-09-01 13:31

　　作为苏浙皖三省交界处的江南城市,溧阳市自成立县级市以来,经济得到迅速发展,城市化进程快速推进。但与此同时,溧阳市水环境不断恶化,断面水质超标现象严重,人与自然的和谐发展被打破,经济可持续发展面临严重威胁。城市化过程中,城市土地利用的剧烈变化以及城市下垫面的结构突变,直接影响城市水环境的质量状况。在此背景下,分析研究土地利用变化的强度大小,了解水环境演变的优劣情况就尤为重要。通过探究土地利用变化与水环境演变之间的耦合关系,可以为日后城市的经济社会可持续发展及水环境的保护提供一定依据。本文以溧阳市丹金溧漕河流域为例,以1989年、2003年、2012年和2016年的DEM高程数据、TM遥感影像、2012年~2016年溧阳丹金溧漕河四个常规例行监测断面的水质监测数据、现场调研资料等为研究基础,灵活运用ArcGIS、ENVI、SPSS、Canoco、Google Earth及WINQSB等多种工具,综合利用地理学、环境学、统计学和生态学等研究方法,对溧阳市丹金溧漕河流域内的土地利用变化、水环境演变以及两者之间的耦合关系进行了较为深入的分析研究。(1)通过DEM高程数据及遥感影像,对流域范围进行界定,同时利用ArcGIS生成水系图,并结合Google Earth同步比对及遥感目视解译等手段对其进行校正。利用Horton法进行水系分级后对水系特征及水系结构参数进行计算分析,结果表明水系结构随城市化的进行,总体呈恶化态势,河网密度、水面率、河网发育系数等水系结构参数都处于下降态势。针对河流水质情况,利用单指标评价法对2012年~2016年的丹金溧漕河四断面水质进行评价,发现超标情况比较严重的指标有氨氮、总氮、总磷等;利用内梅罗综合污染指数法对水质进行综合评价,发现整体水质仍不容乐观,水质波动明显,但近几年水质变化趋势有所好转。(2)利用ENVI和ArcGIS,从TM遥感影像中提取土地利用信息。根据提取信息,分析结果表明,耕地、水体、林地等土地利用类型面积占比都处于持续下降趋势,至2016年相较1989年,分别下降了6.98%、6.79%和1.17%;建设用地面积持续上升,2016年已达5426.42公顷,上升趋势明显。通过利用土地利用信息熵及土地利用均衡度的评价方法,发现研究区域内土地利用均衡度从1989年的0.8649下降至0.8606,土地利用结构恶化,不利于城市的可持续发展。(3)通过界定500米、1000米、1500米和2000米等不同范围的断面缓冲区,对不同缓冲区范围内的土地利用特征及变化进行分析,以此为研究切入点,对土地利用变化与水环境演变进行耦合分析。利用RDA冗余排序分析,建设用地在城区外与溶解氧呈负相关、与石油类呈正相关,在2000米缓冲区范围内,建设用地与高锰酸盐指数及化学需氧量呈正相关,另外在城区内,建设用地与高锰酸盐指数、氨氮、化学需氧量、总氮等水质指标的相关性上升,呈正相关;耕地在城区外主要与溶解氧呈负相关,与氨氮、总氮、总磷呈正相关,而在城区1000米缓冲范围内耕地对高锰酸盐指数及化学需氧量等水质指标的影响加强;水体与化学需氧量呈正相关关系,在1000米缓冲区范围内水体与总磷呈负相关,水体中磷元素的稀释降解作用加强;林地与各水质指标皆呈负相关关系,林地面积越大,水质越好,但由于林地面积有限,相关性不明显。土地利用变化导致的水系结构改变对水质同样具有一定的影响,利用Pearson相关性检验对各水系结构特征变化与水质之间的相关性进行检验,结果表明溶解氧及石油类与水系结构相关性较为显著。(4)利用目标规划模型,基于经济发展、规划限制、土地利用污染贡献值最小化及土地利用均衡度最大化等多个目标,对流域内土地利用格局进行优化调整。在提出土地利用优化方案后,结合污染源的初步解析,针对性提出相应的面源治理及点源治理措施。
【学位单位】：苏州科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：X143
【部分图文】：

技术路线图,空间尺度,目标规划模型,综合污染指数法

并根据TM 遥感影像及 GoogleEarth 进行人工校正。利用断面监测数据，分别运用单指标评价法及内梅罗综合污染指数法对水质状况及水质变化进行评价。最后通过现场调研，对水质现状进行评价分析。（2）土地利用变化与水环境耦合评价方法在 SPSS 中利用 Pearson 相关性检验，对土地利用类型与水系结构之间的相互关系进行判定。同时划定四个不同大小的缓冲区，对流域内 2012 年及 2016 年两期土地利用状况进行计算分析，获取不同空间尺度下土地利用类型的占比。以此为基础，利用 Canoco for win 4.5 进行冗余排序分析，对土地利用类型在不同空间尺度下及断面位置间差异下与水质指标之间的相关性进行分析研究。（3）土地利用优化方法主要利用目标规划模型，以流域土地总量、规划内土地类型限额、经济发展需求及土地利用水污染贡献值等为约束目标条件，对土地利用进行调整优化。1.4.3 技术路线本论文的技术路线如下图 1-1 所示：

水流方向,洼地,表面异常,溧阳市

M 为表面光滑的地面的数字模拟，但一些特致 DEM 表面存在凹陷，另外由于内插法在 DEM 表面异常凹陷的可能性。这些异常凹错，水流方向紊乱，无法准确进行下一步的理，生成无洼地 DEM 以便后续计算。件，通过计算中心网格与邻近格网的最大距方向后，根据经验，水流方向分析最大值若在，否则需要进行填洼。本次研究中流向分析处理。在填充的过程中，并不是所有的洼地可，现实存在的真实洼地不需要填充。故需避免矫枉过正的情况发生。本次研究中，通过 1~62284。根据溧阳市实际高程变化不断调充后最大高程为 591，最小高程为-7。地 DEM，计算水流方向。在 ArcGIS 中利用盆地，最后裁剪出目标流域，如图 2-1 中阴

示意图,断面,示意图,监测断面

表 2-4 发育系数计算结果able 2-4 Calculation results of development c一级河道 K1二级河道 K20.962251 1.528038 0.958027 1.338858 0.924432 1.185714 0.912141 1.149088 水系分析后已得出流域内河网密度、下降的结论。但流域河网结构的变化是通过对溧阳市丹金溧漕河近年来的水规律。水质评价的数据来源为丹金溧漕监测断面及补偿监测断面的水质数指标评价和内梅罗综合污染指数评

【参考文献】