太子河流域土地利用对地表地下水水质的影响研究

摘要

本文以太子河流域作为研究区，利用GIS空间分析与统计方法，从地表水、地下水两个层面来研究土地利用类型与景观格局变化对水质的影响。土地利用变化包括类型结构变化与景观格局变化两个方面。利用Spearman相关分析与冗余分析（RDA）定性判别土地利用类型和景观格局变化对地表水与地下水的影响效应，利用偏最小二乘法模型定量判断土地利用类型变化对水质参数的影响程度。研究结论可以为改善区域水质，合理规划土地结构，调整景观格局，提供有效的依据。通过研究分析，得到以下几个结果：
　　（1）整体看来，上游和中游水质较好，上游受土地利用类型影响不明显，中游主要以林地为主，水体中 TOC较高；下游是水田、居民用地、工矿建设用地的主要集中地，受人类活动影响较大，水质相对较差，化参数NO2-、NO3-、SO42-和TDS等均偏高。
　　（2）从 Spearman相关分析和冗余分析（RDA）结果看，NO2-、K+、HCO3-、T、ORP、DO、Cl-、EC、NO3-、Br-、Ca2+以及Mg2+是受土地利用类型变化影响较大的几个水化学指标。居民用地、河渠、旱地、建设用地和草地是10种土地利用类型中对流域水质影响较为明显的几类。其中，NO2-是受土地利用变化影响最为显著的指标，与居民用地、河渠、旱地之间表现为明显正相关（R2>0.6,P<0.5），其中，居民用地影响最为明显(R2>0.8,P<0.05)。K+、Cl-的浓度变化则主要反映居民用地和建设用地的规模，当居民用地和建设用地面积比越大时，流域中K+和Cl-的浓度就越高。草地面积比与绝大多数水质参数呈现负相关，尤其是 HCO3-，其浓度大小与草地面积表现为负相关显著(R2<-0.5)。EC、NO3-、Br-、Ca2+和Mg2+均受滩地影响，且表现为正相关。
　　（3）对水质影响最明显的景观格局指数为聚集度（AI）、边缘密度（ED）、斑块密度（PD）以及形状指数（SHAPE_MNDE）、香浓多样性指数（SHDI）、最大斑块面积比（LPI）和蔓延度指数（CONTAG）。其中，聚集度（AI）与ORP表现为正相关，与TOC显著负相关，边界密度ED与两个参数的相关性刚好相反；香浓多样性指数SHDI和蔓延度指数CONTAG主要影响水质参数NO2-、K+和DO，香浓多样性指数SHDI与NO2-、K+呈显著正相关与DO呈显著负相关，蔓延度指数CONTAG则恰好相反；斑块密度PD和形状指数SHAPE_MN主要影响Cl-和ORP，斑块密度PD与Cl-显著正相关与ORP表现为负相关，形状指数SHAPE_MN则刚好相反。
　　（3）使用偏最小二乘法（PLS）构建了土地利用和地表水质的多元一次线性模型C(α)=Ai+n∑i=1(Pi×βi），结果表明，使用 PLS模型能够有效的预测地表水中水质参数。水质参数受土地利用影响较显著的为DO、K+、NO2-、NO3-、ORP和TDS。其中，工矿建设用地和水田对太子河流域地表水中的NO3-浓度影响显著，草地和水体NO3-含量呈明显负相关。

目录

声明

第一章 绪 论

1.1研究的背景与意义

1.2 研究现状与进展

1.3本文关注的问题

1.4 研究目标与内容

1.5 创新点

1.6 技术路线

第二章 数据来源与研究方法

2.1 研究区概况

2.2数据获取

2.3 研究方法

第三章 太子河流域景观格局与水化学特征

3.1景观格局分析

3.2 太子河流域水化学特征

第四章 子流域尺度下土地利用对地表水质的影响分析

4.1数据获取

4.2 Spearman相关分析结果

4.3 冗余分析（RDA）结果

4.4 偏最小二乘法（PLS）分析结果

第五章 缓冲区尺度下土地利用对地下水水质的影响分析

5.1数据获取

5.2 Spearman相关分析结果

5.3 冗余分析（RDA）结果

第六章 结论与展望

6.1 结论

6.2 不足与展望

参考文献

致谢