滇池流域土地利用变化与入湖河流水质关系研究

刘松波

（云南省环境科学研究院，云南昆明650034）

滇池流域土地利用变化与入湖河流水质关系研究

刘松波

（云南省环境科学研究院，云南昆明650034）

以昆明滇池东南岸流域为例，利用逐步回归模型分析了流域土地利用类型与流域湖泊水质之间的相关关系，发现水质污染指标与耕地始终呈现正相关，与林地始终呈现负相关，与城乡用地始终呈现负相关，对昆明滇池东南岸流域而言，耕地是入湖河流水质污染的主要来源，其污染贡献掩盖了城乡用地的贡献。

土地利用类型；湖泊水质；流域；逐步回归模型；滇池

土地利用状况与水体水质之间存在着较为显著的相关关系，人类活动所造成的土地的异质性改变了流域水体的状况。研究表明，城镇用地、未利用土地与水质污染指标存在显著的正相关［1～4］，林地、草地与水质污染指标存在负相关［1～5］；耕地则存在争议，部分研究认为耕地与水质污染指标存在正相关，而其他研究认为耕地与水质污染指标存在负相关［6～10］。以上研究结论的差异性说明了在不同的研究区域内，土地利用结构组成和空间分布特征不同，土地利用与水质的关系亦不同。因此本研究以滇池东南岸流域为例，以汇水分区为研究单位，研究在不同的土地利用格局下土地利用类型对水质的影响，旨在为土地利用规划、水污染防治提供依据。

1 研究区域与研究方法

1.1 研究区概况

滇池流域位于云贵高原中部，昆明市西南部，地理坐标为东经102°29′～103°01′，北纬24°29′～25°28′，西有横断山脉，东临滇东高原，北靠乌蒙山，涉及昆明市五华、盘龙、官渡、西山四区及呈贡、晋宁两县，流域面积2920km2。滇池湖体略呈弓形，弓背向东，南北最长40km，东西平均宽7.5km，最宽12.5km，湖岸线长163km，当水位在1886.5m（黄海高程）时，平均水深4.4m，最大深度为10.9m，面积300km2，库容为12.9亿km3。湖盆由横贯东西、长约3.5km、宽300m的障壁沙坝—海埂将湖泊分为南北两部分，北部称草海，南部称外海。本文所选取的是滇池外海东南岸汇水区，主要入湖河流包括：大河 （淤泥河）、柴河、白鱼河、茨港河。

1.2 研究方法

1.2.1 土地利用数据的提取

本研究原始数据采用的是中国遥感卫星地面站接受的美国Landsat TM／ETM＋影像数据，共6期（1988年、1990年、1994年、1999年、2002年、2008年），然后采用监督分类结合目视解译的方法，选取5，4，3波段进行RGB假彩色合成，通过训练样本建立分类模板，进行监督分类，得到初步分类结果；在初分类基础上，结合野外核查，对分类结果进行目视修改和纠错，运用GPS点进行精度评价达到要求后，最终得到土地利用分类图。

1.2.2 汇水分区的划分及水质监测

利用滇池1∶5万DEM，在ArcGIS水文模块的支持下，获取了滇池的29个汇水分区。根据选取其中有入湖河流的汇水分区同时为了尽量减少城乡用地的影响的原则，选取了其中10个汇水分区。

1.2.3 土地利用类型与水质的回归分析

采用多元线性回归的方法，根据郭青海［3］等在研究武汉四湖时所用的计量模型，可得到模型：

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

式中，NPS指水体中测定的水质指标；α为常数；β1～β6分别表示各种土地利用类型面积比例与水质指标之间的相关系数，βi值为正，表明此土地利用类型上输出污染物；βi值为负，表明此土地利用类型上滞留、吸附污染物或者吸收的污染物大于自身所释放的污染物。运用SPSS统计软件进行逐步回归分析，只有具有统计显著性的变量才在模型中出现。

由于数据中存在多重共线性，故采用SPSS中的岭回归通过在自变量自相关矩阵中引入一个很小的岭参数K0（0＜K0＜1），从而降低参数的最小二乘估计复共线特征向量的影响，以保证参数估计更接近真实情况［4］。

2 结果与分析

2.1 土地利用空间结构及汇水分区的确立

滇池流域山地、丘陵、湖积平原并存，且昆明市区坐落其中，土地利用结构复杂多样。各种土地利用类型所占比例为：林地47.28%、耕地19.94%、水体10.79%、草地2.48%、城乡用地16.46%、未利用土地3.05%。

汇水分区主要集中在滇池流域东南岸，土地利用类型都是以耕地和林地为主，详见图1。

表1 汇水分区NH3－N、TP、CODMn平均值（mg／L）

2.2 水质特征分析

根据河流均匀布设采样点的检测结果，计算每个汇水分区内水质指标NH3－N、TP、CODMn平均值，并依据 《地下水环境质量标准》［11］评价11个汇水分区的水质状况。

由表1可知，1、7、8、9、10水体污染严重。所有汇水分区NH3－N均为劣Ⅴ类；汇水分区9 TP为劣Ⅴ类，其他汇水分区为Ⅴ类；CODMn在汇水分区1中为Ⅴ类，在其他流域为Ⅲ类。2、3、4、5、6、11汇水分区的水质状况好于上述汇水分区，其中NH3－N和CODMn均达Ⅲ类水标准，汇水分区11的TP为Ⅴ类水，其余均达Ⅳ类水标准。

2.3 用地类型与水质的相关关系

表2 水质指标与用地类型回归分析

逐步回归模型分析结果显示：耕地与 NH3－N、TP、CODMn均显著正相关，这说明耕地是滇池东南岸入湖河流水体污染的主要贡献者，耕地对河流水质造成的影响主要是农田径流、灌溉退水、农药化肥流失和农业固体废物污染。林地与NH3－N、TP、CODMn均呈负相关，说明随着林地的增加，污染物浓度降低，只是由于林地通过截流降解作用降低了水体污染程度。草地与各水质指标相关系数较小，说明草地对流域水质的影响较小。城乡用地与各水质指标呈弱负相关，这与许多研究成果不同。这是由于流域内耕地面积较高，占大多数，耕地的污染贡献较高，掩盖了城乡用地对河流的污染贡献，再加上污水处理设施的大量建立，使得城乡用地比例与水质指标呈负相关。

3 结论与建议

人类活动强烈地改变了城市的土地利用类型，土地利用类型的改变又使得城市地表的水文特征、径流方向和流速不同于自然流域［12］，城市土地利用类型与水质之间存在着相关关系。本研究发现耕地、林地同湖泊水质关系显著。耕地对湖泊水质的影响呈现正相关，是滇池流域东南岸非点源污染的重要污染源。

耕地对湖泊水质污染物的贡献的主要原因是耕地大多坐落在湖泊周边，农业区在生产过程中大量使用农药、化肥等高污染物质，未经处理的化肥直接排入水体，成为水体TN、TP的主要来源；同时人口分散，生活污水不易收集，加上管网建设滞后，导致污水无法有效地统一收集和处理，造成了大量农村生活面源污染。

本研究认为对滇池流域的治理在于通过改变农业生产方式，降低化肥和农药的使用，提高城镇和农村生活污水的集中收集和处理，同时改善林业林种结构，推广环境保护林和特殊经济林的清洁种植方式，从而使入湖河流中COD、TN、TP维持在Ⅲ类水水平，恢复流域内自然水生态系统。

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［11］GB3838－2002，地表水环境质量标准［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