基于GIS和RS的三峡库区土地利用变化对支流水质（水系）影响研究

摘要

三峡工程举世瞩目，它是我国水利建设的百年工程，是综合治理长江中下游防洪问题的一项关键性措施，并兼有发电、航运、灌溉、供水和发展库区经济等巨大的综合经济效益。但其也带来了一系列的生态环境问题，特别是库区长江支流，一方面受到长江回水顶托的影响，河流水文动力学产生周期性的变化，如流速降低、水深增加、水面变宽等；另一方面因为库区内经济的快速发展，库区支流流域的土地利用也发生了显著的变化，如城市建设用地增加、林地植被用地减少等。这些都严重威胁着库区长江支流的水质，资料表明，水文变化导致支流富营养化发生更为频繁，城市化现象导致生活污水和工业废水排放日益增加。为了了解三峡库区用地对库区支流水质之间的响应关系，以库区重庆段的43条流域面积在100km2以上的支流为研究对象，利用地理信息软件ArcGIS和遥感软件ENVI对库区河流和土地进行了识别、提取及分析，本文从空间和时间上分析了三峡库区的土地利用动态变化情况，并以嘉陵江流域为例分析了土地利用的时空转移和空间变化规律；在此基础上，计算了各流域的非点源污染负荷；并以御临河为例，利用Canoco分析软件和统计分析方法对御临河的土地利用与水质响应关系进行了研究。
　　本研究主要内容包括：①获得基础的流域数据和土地利用数据。通过ArcGIS分析软件计算镶嵌得到的三峡库区DEM高程图，获得三峡库区的河网水系，根据库区河网水流方向的出水点生成集水流域，合并各个长江支流的小流域后得到库区大于100km2的支流流域有43个。采用决策树分类方法利用Landsat系列影像，完成了遥感影像分类，生成了三峡库区1995年、2005年、2015年三期43个流域129张土地利用图。②分析了三峡库区2015年土地利用现状，库区内各流域的植被、耕地所占比重较大，占到三峡库区重庆段总面积的92％左右，建设用地和水域占比相对较低分别占总面积的5.91%、1.92%，土地利用率较低。③剖析了三峡库区重庆段的土地利用时空变化。对三峡库区的土地利用进行数量、程度的分析，总体来看，20年间，各流域变化不尽相同，95年到05年间，建设用地增加最多的是嘉陵江流域；水域增加最多的是小江流域；植被增加最多的是小江流域，减少最多的是嘉陵江流域；耕地增加最多的是甘井河流域，龙溪河减少最多。05到15年间建设用地增加最多的依然是嘉陵江流域；水域增加最多的是莉香溪流域；植被增加最多的是大宁河流域，减少最多的是乌江流域；耕地增加最多的是龙溪河、减少最多的是龙河流域。土地利用程度方面，后十年土地利用程度远远高于前十年，95年土地利用程度最大的是花溪河，15年土地利用程度最高的是大溪河（九龙坡），土地利用程度变化率较大的是鱼溪河，说明鱼溪河土地利用处于较快发展期。土地利用的时空转移方面以嘉陵江为例做了分析，结果表明，面积变化最大的用地类型是植被用地，其次是耕地；面积转移部分最大的植被用地和耕地用地；用地面积新增部分最大的是建设用地。其中，植被主要的转移类型是耕地；耕地的主要转移类型是建设用地；建设用地转移出去最多的类型是植被。通过重心和标准差椭圆对嘉陵江流域进行分析，呈现出明显的分异特征，建设用地分布中心先向南后又向北移动，离散程度在降低；耕地和植被用地分布重心向北迁移，离散程度均有增加，水域用地整体向东偏北有少量偏移。五种用地离散程度大小：湖泊>耕地>植被>河流>建设用地。④三峡库区2015年污染负荷化学需氧量、氨氮、总氮、总磷分别为8.54×105 t、3.91×104 t、9.46×104 t、6.52×103 t。其中，畜禽养殖和生活污染是库区流域非点源污染的主要来源，畜禽养殖产生的 TN、TP污染负荷分别占流域总污染负荷的32%和37%。生活污染源中，城镇居民产污量的贡献要明显大于农村居民。⑤探讨了御临河流域土地利用类型与河流水质的多尺度响应关系。土地利用类型对河流水质的影响，对土地利用类型而言，在较小的空间尺度上，建设用地及耕地是影响水质的主要因子，而在较大的空间尺度上，建设用地和植被是用地是影响水质的主要因子。而且土地利用对河流水质关系的季节差异性明显，建设用地在干季和湿季都对河流水质表现出正相关性，植被表现出负相关性，而耕地在湿季正相关性较强，干季明显减弱，呈现出弱点额正相关性。

目录

1 绪 论

1.1 研究背景及意义

1.2 国内外研究进展

1.3 研究内容与技术路线

2 研究区概况与数据来源

2.1 研究区概况

2.2 库区水系提取及流域划分

2.3 库区土地利用数据来源及处理

3 三峡库区重庆段土地利用现状及问题分析

3.1土地利用现状分析

3.2三峡库区各流域土地利用中存在的问题

4 土地利用时空变化特征

4.1 土地利用数量动态分析

4.2 土地利用程度分析

4.3 土地利用时空转移分析

4.4 土地利用空间变化规律

5 三峡库区次级河非点源污染负荷分析

5.1污染源调查

5.2三峡库区次级河流非点源污染负荷统计分析

6 土地利用变化对污染负荷的作用

6.1 污染物来源变化趋势

6.2 污染负荷变化分析

7 以御临河为例的土地利用与水质的响应关系

7.1 河流水环境质量监测

7.2 不同空间尺度土地利用差异

7.3 土地利用对河流水质的影响

8 结论与建议

8.1 结论

8.2 建议

致谢

参考文献

附录

A. 作者在攻读硕士学位期间取得的科研成果目录

B. 作者在攻读硕士学位期间参加的相关科研项目