滇池流域土地利用變化與入湖河流水質(zhì)關(guān)系研究

劉松波

（云南省環(huán)境科學(xué)研究院，云南昆明650034）

滇池流域土地利用變化與入湖河流水質(zhì)關(guān)系研究

劉松波

（云南省環(huán)境科學(xué)研究院，云南昆明650034）

以昆明滇池東南岸流域?yàn)槔弥鸩交貧w模型分析了流域土地利用類型與流域湖泊水質(zhì)之間的相關(guān)關(guān)系，發(fā)現(xiàn)水質(zhì)污染指標(biāo)與耕地始終呈現(xiàn)正相關(guān)，與林地始終呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)，與城鄉(xiāng)用地始終呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)，對昆明滇池東南岸流域而言，耕地是入湖河流水質(zhì)污染的主要來源，其污染貢獻(xiàn)掩蓋了城鄉(xiāng)用地的貢獻(xiàn)。

土地利用類型；湖泊水質(zhì)；流域；逐步回歸模型；滇池

土地利用狀況與水體水質(zhì)之間存在著較為顯著的相關(guān)關(guān)系，人類活動所造成的土地的異質(zhì)性改變了流域水體的狀況。研究表明，城鎮(zhèn)用地、未利用土地與水質(zhì)污染指標(biāo)存在顯著的正相關(guān)［1～4］，林地、草地與水質(zhì)污染指標(biāo)存在負(fù)相關(guān)［1～5］；耕地則存在爭議，部分研究認(rèn)為耕地與水質(zhì)污染指標(biāo)存在正相關(guān)，而其他研究認(rèn)為耕地與水質(zhì)污染指標(biāo)存在負(fù)相關(guān)［6～10］。以上研究結(jié)論的差異性說明了在不同的研究區(qū)域內(nèi)，土地利用結(jié)構(gòu)組成和空間分布特征不同，土地利用與水質(zhì)的關(guān)系亦不同。因此本研究以滇池東南岸流域?yàn)槔?，以匯水分區(qū)為研究單位，研究在不同的土地利用格局下土地利用類型對水質(zhì)的影響，旨在為土地利用規(guī)劃、水污染防治提供依據(jù)。

1 研究區(qū)域與研究方法

1.1 研究區(qū)概況

滇池流域位于云貴高原中部，昆明市西南部，地理坐標(biāo)為東經(jīng)102°29′～103°01′，北緯24°29′～25°28′，西有橫斷山脈，東臨滇東高原，北靠烏蒙山，涉及昆明市五華、盤龍、官渡、西山四區(qū)及呈貢、晉寧兩縣，流域面積2920km2。滇池湖體略呈弓形，弓背向東，南北最長40km，東西平均寬7.5km，最寬12.5km，湖岸線長163km，當(dāng)水位在1886.5m（黃海高程）時(shí)，平均水深4.4m，最大深度為10.9m，面積300km2，庫容為12.9億km3。湖盆由橫貫東西、長約3.5km、寬300m的障壁沙壩—海埂將湖泊分為南北兩部分，北部稱草海，南部稱外海。本文所選取的是滇池外海東南岸匯水區(qū)，主要入湖河流包括：大河 （淤泥河）、柴河、白魚河、茨港河。

1.2 研究方法

1.2.1 土地利用數(shù)據(jù)的提取

本研究原始數(shù)據(jù)采用的是中國遙感衛(wèi)星地面站接受的美國Landsat TM／ETM＋影像數(shù)據(jù)，共6期（1988年、1990年、1994年、1999年、2002年、2008年），然后采用監(jiān)督分類結(jié)合目視解譯的方法，選取5，4，3波段進(jìn)行RGB假彩色合成，通過訓(xùn)練樣本建立分類模板，進(jìn)行監(jiān)督分類，得到初步分類結(jié)果；在初分類基礎(chǔ)上，結(jié)合野外核查，對分類結(jié)果進(jìn)行目視修改和糾錯(cuò)，運(yùn)用GPS點(diǎn)進(jìn)行精度評價(jià)達(dá)到要求后，最終得到土地利用分類圖。

1.2.2 匯水分區(qū)的劃分及水質(zhì)監(jiān)測

利用滇池1∶5萬DEM，在ArcGIS水文模塊的支持下，獲取了滇池的29個(gè)匯水分區(qū)。根據(jù)選取其中有入湖河流的匯水分區(qū)同時(shí)為了盡量減少城鄉(xiāng)用地的影響的原則，選取了其中10個(gè)匯水分區(qū)。

1.2.3 土地利用類型與水質(zhì)的回歸分析

采用多元線性回歸的方法，根據(jù)郭青海［3］等在研究武漢四湖時(shí)所用的計(jì)量模型，可得到模型：

NPS＝α*exp（β1耕地＋β2林地＋β3草地＋β4水域＋β5城鄉(xiāng)居民地＋β6未利用土地）

式中，NPS指水體中測定的水質(zhì)指標(biāo)；α為常數(shù)；β1～β6分別表示各種土地利用類型面積比例與水質(zhì)指標(biāo)之間的相關(guān)系數(shù)，βi值為正，表明此土地利用類型上輸出污染物；βi值為負(fù)，表明此土地利用類型上滯留、吸附污染物或者吸收的污染物大于自身所釋放的污染物。運(yùn)用SPSS統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行逐步回歸分析，只有具有統(tǒng)計(jì)顯著性的變量才在模型中出現(xiàn)。

由于數(shù)據(jù)中存在多重共線性，故采用SPSS中的嶺回歸通過在自變量自相關(guān)矩陣中引入一個(gè)很小的嶺參數(shù)K0（0＜K0＜1），從而降低參數(shù)的最小二乘估計(jì)復(fù)共線特征向量的影響，以保證參數(shù)估計(jì)更接近真實(shí)情況［4］。

2 結(jié)果與分析

2.1 土地利用空間結(jié)構(gòu)及匯水分區(qū)的確立

滇池流域山地、丘陵、湖積平原并存，且昆明市區(qū)坐落其中，土地利用結(jié)構(gòu)復(fù)雜多樣。各種土地利用類型所占比例為：林地47.28%、耕地19.94%、水體10.79%、草地2.48%、城鄉(xiāng)用地16.46%、未利用土地3.05%。

匯水分區(qū)主要集中在滇池流域東南岸，土地利用類型都是以耕地和林地為主，詳見圖1。

表1 匯水分區(qū)NH3－N、TP、CODMn平均值（mg／L）

2.2 水質(zhì)特征分析

根據(jù)河流均勻布設(shè)采樣點(diǎn)的檢測結(jié)果，計(jì)算每個(gè)匯水分區(qū)內(nèi)水質(zhì)指標(biāo)NH3－N、TP、CODMn平均值，并依據(jù) 《地下水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》［11］評價(jià)11個(gè)匯水分區(qū)的水質(zhì)狀況。

由表1可知，1、7、8、9、10水體污染嚴(yán)重。所有匯水分區(qū)NH3－N均為劣Ⅴ類；匯水分區(qū)9 TP為劣Ⅴ類，其他匯水分區(qū)為Ⅴ類；CODMn在匯水分區(qū)1中為Ⅴ類，在其他流域?yàn)棰箢悺?、3、4、5、6、11匯水分區(qū)的水質(zhì)狀況好于上述匯水分區(qū)，其中NH3－N和CODMn均達(dá)Ⅲ類水標(biāo)準(zhǔn)，匯水分區(qū)11的TP為Ⅴ類水，其余均達(dá)Ⅳ類水標(biāo)準(zhǔn)。

2.3 用地類型與水質(zhì)的相關(guān)關(guān)系

表2 水質(zhì)指標(biāo)與用地類型回歸分析

逐步回歸模型分析結(jié)果顯示：耕地與 NH3－N、TP、CODMn均顯著正相關(guān)，這說明耕地是滇池東南岸入湖河流水體污染的主要貢獻(xiàn)者，耕地對河流水質(zhì)造成的影響主要是農(nóng)田徑流、灌溉退水、農(nóng)藥化肥流失和農(nóng)業(yè)固體廢物污染。林地與NH3－N、TP、CODMn均呈負(fù)相關(guān)，說明隨著林地的增加，污染物濃度降低，只是由于林地通過截流降解作用降低了水體污染程度。草地與各水質(zhì)指標(biāo)相關(guān)系數(shù)較小，說明草地對流域水質(zhì)的影響較小。城鄉(xiāng)用地與各水質(zhì)指標(biāo)呈弱負(fù)相關(guān)，這與許多研究成果不同。這是由于流域內(nèi)耕地面積較高，占大多數(shù)，耕地的污染貢獻(xiàn)較高，掩蓋了城鄉(xiāng)用地對河流的污染貢獻(xiàn)，再加上污水處理設(shè)施的大量建立，使得城鄉(xiāng)用地比例與水質(zhì)指標(biāo)呈負(fù)相關(guān)。

3 結(jié)論與建議

人類活動強(qiáng)烈地改變了城市的土地利用類型，土地利用類型的改變又使得城市地表的水文特征、徑流方向和流速不同于自然流域［12］，城市土地利用類型與水質(zhì)之間存在著相關(guān)關(guān)系。本研究發(fā)現(xiàn)耕地、林地同湖泊水質(zhì)關(guān)系顯著。耕地對湖泊水質(zhì)的影響呈現(xiàn)正相關(guān)，是滇池流域東南岸非點(diǎn)源污染的重要污染源。

耕地對湖泊水質(zhì)污染物的貢獻(xiàn)的主要原因是耕地大多坐落在湖泊周邊，農(nóng)業(yè)區(qū)在生產(chǎn)過程中大量使用農(nóng)藥、化肥等高污染物質(zhì)，未經(jīng)處理的化肥直接排入水體，成為水體TN、TP的主要來源；同時(shí)人口分散，生活污水不易收集，加上管網(wǎng)建設(shè)滯后，導(dǎo)致污水無法有效地統(tǒng)一收集和處理，造成了大量農(nóng)村生活面源污染。

本研究認(rèn)為對滇池流域的治理在于通過改變農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式，降低化肥和農(nóng)藥的使用，提高城鎮(zhèn)和農(nóng)村生活污水的集中收集和處理，同時(shí)改善林業(yè)林種結(jié)構(gòu)，推廣環(huán)境保護(hù)林和特殊經(jīng)濟(jì)林的清潔種植方式，從而使入湖河流中COD、TN、TP維持在Ⅲ類水水平，恢復(fù)流域內(nèi)自然水生態(tài)系統(tǒng)。

［1］吳晶晶，蔡永立.快速城市化地區(qū)土地利用變化及其對水質(zhì)的影響——以上海市奉賢區(qū)為例［J］.安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2011，39（26）：16208－16211.

［2］宋述軍，周萬村.岷江流域土地利用結(jié)構(gòu)對地表水水質(zhì)的影響［J］.長江流域資源與環(huán)境，2008，9（17）：712－715.

［3］劉豐，劉靜玲，張婷，等.白洋淀近20年土地利用變化及其對水質(zhì)的影響［J］.農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)，2010，29（10）：1868－1875.

［4］劉陽，吳鋼，高正文.云南省撫仙湖和杞麓湖流域土地利用變化對水質(zhì)的影響［J］.生態(tài)學(xué)雜志，2008，27（3）：447－453.

［5］杜芳芳.湖泊流域土地利用變化與湖泊水質(zhì)關(guān)系研究 ［D］.昆明：昆明理工大學(xué)，2011.

［6］夏叡，李云梅，王橋，等.基于遙感的無錫市土地利用與過境水質(zhì)響應(yīng)關(guān)系的研究［J］.地理科學(xué)，2010，30（1）：129－133.

［7］張殷俊，陳爽，彭立華.平原河網(wǎng)地區(qū)水質(zhì)與土地利用格局關(guān)系——以江蘇吳江為例［J］.資源科學(xué)，2009，31（12）：2150－2156.

［8］孫金華，曹曉峰，黃藝.滇池流域土地利用對入湖河流水質(zhì)的影響［J］.中國環(huán)境科學(xué)，2011，31（12）：2052－2057.

［9］官寶紅，李君，曾愛斌，等.杭州市城市土地利用對河流水質(zhì)的影響［J］.資源科學(xué)，2008，6（30）：857－863.

［10］郭青海，馬克明，張易.城市土地利用異質(zhì)性對湖泊水質(zhì)的影響［J］.生態(tài)學(xué)報(bào)，2009，29（2）：776－787.

［11］GB3838－2002，地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)［S］.

［12］Bhaduri B，Habor J，Engel B，et al.Assessing watershed－scale long－term hydrologic impacts of land－use change using a GISNPS model［J］.Environmental Management，2000，26（6）：643－658.

Impact of Land Use Change on Inflowing Water Quality in Dianchi Lake Catchment

LIU Song-bo
（Yunnan Institute of Environmental Science，Kunming Yunnan 650034 China）

Taking the south-east Dianchi Lake Catchment as an example，the correlation between the land use type and lake water quality is analyzed by the stepwise regression model.It is found that the water quality pollution index and the farmland are always in a positive correlation，while it is an opposite situation for the forested land and urban land.Therefore the farmland is amajor pollution source for thewater quality of the inflowing rivers in the research area，also with an overriding pollution contribution.

land use type；lake water quality；catchment；stepwise regression model；Dianchi

X52

：A

：1673－9655（2013）02－0042－03

2012－12－18