太湖流域位于我国长江三角洲地区,自然条件优越,自然资源丰富,水系发达,河网密布。同时,也是我国城镇化程度最高,社会经济水平最发达,人口最稠密的地区之一。在城镇化发展过程中,为满足社会经济发展需要,不断地对自然环境进行人为改造与破坏,导致太湖流域地区目前正面临着许多严峻的生态环境问题。其中,城镇化对下垫面及河流水系的改造和破坏所带来的水环境等问题尤为突出。城镇化改变了土地利用方式,使流域内的不透水面面积迅速增加,同时在城镇扩张和发展过程中,侵占以及人为改造河流水系使流域内的水系数量剧减,水系结构也遭到严重破坏。城镇化所引发的土地利用方式及水系变化对自然和生态过程均产生了显著影响,这也是太湖流域水质恶化的重要因素之一。因此,太湖流域土地利用与河流水系的变化特征及其与水质的关系是亟需探索和研究的问题。本文以太湖流域典型地区-锡澄地区为例,研究该区在城镇化发展过程中土地利用与河流水系变化特征,以及水质对土地利用和水系特征的响应,以期为太湖流域土地资源的规划与管理、河流水系的保护以及水污染防治提供一定的参考依据。本文的主要研究内容及研究成果如下:1、研究区土地利用时空变化研究利用遥感解译技术对1991与2010年Landsat TM遥感影像进行解译,获取研究区土地利用图。通过ArcGIS空间分析与计算研究1991与2010年研究区土地利用结构与数量的变化特征及土地利用类型的主要转移方式。最后,通过计算研究区1991与2010年土地利用景观格局指数,分析土地利用格局的变化特征。主要结论如下:(1)1991-2010年间,研究区以水田为主的土地利用结构向以城镇用地为主的土地利用结构转变,土地利用结构发生转变。(2)研究区城镇用地面积大量增加主要来自水田的转化。(3)1991-2010年,研究区土地利用景观格局破碎化程度加剧,不同土地利用类型之间的频繁转换是景观破碎化增强的重要因素。2、城镇化过程中水系特征的变化研究通过水系数字化在ArcGIS中分别建立1960s、1980s和2010s三期水系的数据库。从水系数量、结构和形态特征三个方面构建水系指标,定量化分析研究区在城镇化过程中水系特征的变化。主要结论如下:(1)1960s-2010s,各级河道长度、河网密度和水面率均显著减小;(2)1960s-2010s,支流发育系数显著减少,水系结构逐渐向简单化的方向发展;(3)1960s-2010s,研究区的河流曲度整体偏低,且没有明显变化;(4)1980s-2010s,河网密度的减少率、支流发育系数减少率与城镇化率显著正相关,研究区水系数量减少以及水系结构简单化均与城镇化关系密切。3、水质对土地利用及水系特征的响应研究对研究区22个水质监测断面选取五项水质指标,包括溶解氧(DO)、氨氮(NH3-N)、总磷(TP)、总氮(TN)和高锰酸盐指数(CODMn),进行水质时空变化分析。对各水质监测断面建立不同空间尺度的缓冲区作为水质响应单元,并计算各水质响应单元的土地利用及水系特征的指标值,分别与丰、枯水期的水质指标做相关分析。最后,利用冗余分析(RDA)对年平均水质与土地利用及水系特征的关系进行研究。主要结论如下:(1)水质时空变化特征时间上,丰水期时的水质优于枯水期;空间上,高等级河道水质优于低等级河道。研究区水质改善的关键是控制水体中NH3-N和TN的浓度。(2)丰、枯水期水质对土地利用结构及景观格局的响应在枯水期,城镇用地与水田对水质影响较大。总磷(TP)在各缓冲区均与城镇用地比例呈显著正相关,与水田比例在300m和500m缓冲区负相关。在丰水期,旱地比例与NH3-N、TN等水质指标正相关。水质对各类土地利用景观格局的响应与其对土地利用比例的响应相一致。在枯水期,城镇用地的平均斑块形状指数(MSI 城镇)和平均斑块面积(MPS 城镇)与TP显著正相关,MSI水田、MPS水田与COUMn、显著负相关;在丰水期,MPS旱地与NH3-N、TN正相关。(3)丰、枯水期水质对水系特征的响应枯水期时水质对水系特征的响应程度高于丰水期,且水质对水系特征的响应在小空间尺度更强。水质对水系特征的响应在丰、枯水期存在明显的差异,在枯水期,由于河道水量少且水流流速小,河流水质普遍较差,空间内河流数量越多不利于水质的改善;在丰水期,雨量多,河流的流速大,空间内河流越多,水面积越多,有利于水质净化及改善。(4)年平均水质对土地利用的响应年平均水质对城镇用地比例和水田比例的响应程度最大,其中城镇用地比例越大,对水质起到恶化作用,而水田比例对水质的影响则相反,这主要是受研究区以城镇用地为主的土地利用结构的影响。Shannon多样性指数(SHDI)与TN和NH3-N显著负相关,可以说明土地利用的比例越均衡,对水质可以起到改善作用。(5)年平均水质对水系特征的响应年平均水质与水系的数量特征有一定的联系。河网密度(Rd)与TP在各空间缓冲区正相关,主要与生活污染源以及低等级河道自净能力不足有关。水面率(Wp)在300m,500m和1500m缓冲区与CODwn与TN等主要水质指标负相关。