海河流域土地利用与土地覆被变化对河流水质的影响

Currently, the ecological effect study of land use change is one of the hot spots and frontiers in LUCC research. The water quality is affected by both the natural conditions and human activities, of which, the latter factor exerts much greater influences. Thus, how to protect the water quality in the land utilization and development is of great significance in theory and practice. In this research, The Haihe River Basin, where the water environment has deteriorated and the land utilization is changing intensely, is selected to carry out the study of land-use structure and the relation between land-use pattern and water quality alteration. Through the analysis of land-use structure and pattern altering process, we can recognize the primary pollutant source of the drainage area, evaluate the effect exerted to water environment, analyze the relation between land-use alteration and the densities of primary pollutants, and further, establish the water quality response model of the Haihe River Basin, predict the altering tendency of water quality under different land conditions and finally, provide theoretical basis and technical means to solve the problem of ecological environment.

土地利用变化的生态效应研究是当前LUCC研究领域的热点问题和前沿领域，流域内的自然条件和人类活动共同影响着河流的水质状况，但人类活动导致的土地利用变化从更大程度上影响了河流水质的变化，如何在土地开发利用的同时保护河流水质在理论和实践上都具有重要意义。本研究选择海河流域这一土地利用变化剧烈和水环境恶化的地区为研究对象，开展流域尺度的土地利用结构与格局变化过程与水质变化关系的研究，通过分析土地利用的结构与格局变化过程，辨析河流主要污染物的来源，探讨土地利用的变化对水质变化的影响，分析土地利用变化与河流主要污染物浓度变化之间的关系，进而建立海河流域土地利用变化水质响应模型，预测不同土地利用情景下水质的变化趋势，为解决我国区域土地利用中的生态环境问题提供理论依据和技术手段。

土地利用类型与水体水质之间存在显著相关关系，这种相关关系受到土地利用类型及其空间分布的影响。本研究选择海河流域这一土地利用变化剧烈和水环境恶化的地区为研究对象，开展流域尺度的土地利用类型变化与水质变化关系的研究。.通过分析海河流域50年来土地利用类型变化可以得到以下结果：（1）海河流域范围内农田、森林和草地为流域主要的土地利用类型，其中农田一直是该区域最主要的土地利用类型，到2005年农田为164100.52km2、草地为61135.97 km2、森林为60486.8 km2，三种土地利用类型的面积总和占海河流域总面积的89.85%。（2）通过对比不同历史时期土地利用变化的时空演变过程可以看出，1960～1980年期间以林、草地相互转化为主要特征；1980年后，以耕地转换为其他土地利用类型为明显特征。海河流域自1980年以来，土地利用/覆被变化表现出明显的时空分异特征，整体上，耕地持续减少，建设用地持续增加，林地和草地整体增加，水体的年际波动较大，大体处于下降趋势。.通过分析海河流域50年来水系变化和2001～2010年水质变化可以得到以下结果：（1）从1960年到2000年总体河流数目整体呈减少趋势，50年间河流条数减少数目为3440条。河流数目变化较大的区域是东北区域和西北区域。随着河流级数的增加，河流减少的数目所占比例呈现大幅度曾加的趋势。即河流级数越大，其消失的可能性越大，增长的可能性越小。（2）海河流域为我国水污染最严重的流域，海河流域主要的超标污染物项目，包括：氨氮、化学需氧量、高锰酸盐指数、挥发酚、五日生化需氧量、氟化物、总磷和硫化物，部分河段溶解氧、镉、汞、铅、砷、铬(六价) 石油类等时有超标现象。.研究采用指数模型表征降雨过程中，污染物质从各土地利用类型上析出，随径流在各土地利用类型中流动汇入湖泊这一过程。将土地利用类型和对应水质指标带入指数模型，经逐步回归分析，显示11种土地利用类型中与水质指标相关的有5种，其中农村聚落、城市建设用地和河湖滩地对水体水质变化影响较大。以研究区域土地利用类型现状为基础，设置4种发展情景，对土地利用类型改变对河流水质变化情况进行预测。预测结果显示“协调发展”情景模式更加适合研究区域流域水质状况的改善。