基于土地利用结构的丹江口水库库湾富营养化风险评估

来源 :华中农业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:wuzhiqing1984
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丹江口水库,作为南水北调中线工程的水源地,对缓解受水区水资源短缺、改善该地区生态环境、促进区域经济和社会的可持续发展具有举足轻重的作用。部分丹江口水库库湾已表现出不同程度的水体富营养化现象,而水库支流以及汇水区大量营养盐的持续输入,使得各库湾面临富营养化水平加重的趋势。评估库湾富营养化风险水平对于水资源保护措施的优化布局有重要意义。本文以丹江口库区的62个库湾及其汇水区为研究对象,结合研究区遥感影像数据、DEM数据、降雨数据以及各库湾水样的水质检测数据,综合运用景观生态学、水文学、统计学以及GIS理论与技术等研究方法,分析各库湾水质的基本情况,并对其进行富营养化评价:分析各库湾汇水区土地利用情况及地形因子与库湾水质之间的关系,并根据径流曲线值法获得各库湾汇水区的产流产污水平,据此对各库湾进行富营养化风险评估。主要结论如下:(1)各库湾水体的TN、TP以及Chla平均浓度分别为1.29mg/L、0.08 mg/L和9.70 μ g/L,部分库湾的TN、TP以及Chla含量达到甚至超过了《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)规定的V类水质上限;处于较高水平的多个水质参数,有利于水体富营养化的发生;各库湾水质的N/P重量之比基本在7.2以上,磷素为各库湾富营养化发生过程中的限制性因素。(2)调查的62个库湾中,有5个库湾水质处于中营养状态,33个库湾轻度富营养化,18个库湾中度富营养,5个库湾重度富营养化,另有1个库湾极度富营养化。采用库湾营养状态综合等级参数α描述库湾水质的优劣程度,各库湾的α值处于1.42至5.85之间,丹库与汉库各库湾的α均值分别为4.63和4.70,其总体水质情况基本相当。(3)62个库湾汇水区的总面积为819.41km2,平均面积13.22 km2。其中面积最大的60号库湾汇水区达到39.73km2;面积最小的11号库湾汇水区面积为2.07km2。各库湾之间的坡度等地形要素具有一定的差异性。4号库湾汇水区平均坡度最小,为1.04。;平均坡度最大的是59号汇水区,达到了21.36。。各库湾平均高程大多分布在158.30至323.34m之间。其中,平均高程最低的为4号库湾,平均高程为147.19m,最高的为56号库湾,达到了439.75m。(4)研究区土地利用类型以林地和农业用地为主,分别占库湾汇水区总面积的39.6%和36.5%;其次为灌丛和草地;居民地和未利用地所占面积较小,共占总面积的比例低于7.5%。各个库湾汇水区之间土地利用情况具有一定的差别,其中农业用地占比和林地占比相差幅度最大,其变化范围分别为2.1%~77.8%和0.8%~75.9%。(5)农业用地占比与林地占比分别与库湾水体中的TN、TP、和Chla含量呈极显著正相关关系和极显著负相关关系,居民地占比与Chla含量呈极显著正相关关系,未利用地和灌丛占比与TP含量显著负相关。地形因子中,平均坡度对于库湾水质指标的影响较大,其与TN、TP极显著负相关,与Chla显著负相关;此外,平均高程与TN显著负相关。农业用地和居民地会促进库湾水体水质的恶化,而林地和灌丛正好相反;地形因子主要通过影响土地利用的分布,间接对径流水质产生作用。土地利用和地形因子共解释了水质指标空间变异的46.5%,其中土地利用解释了43.9%,占总解释度的94.4%。(6)径流曲线值法对各汇水区的产流产污计算结果显示,各库湾汇水区径流中所含TN平均浓度为3.88~10.47 mg/L之间,平均值为6.14mg/L。TP平均浓度处于0.18~1.19 mg/L之间,平均值为0.54mg/L。径流中的N/P重量之比基本在7.2以上,磷素为研究区未来富营养化发生过程中的限制性因素。对库湾富营养化风险评估的结果显示,有7个库湾富营养化风险水平为低风险,27个库湾富营养化风险水平为中风险,另外分别有24个和4个库湾富营养化风险水平为高风险和极高风险。丹江口库区各库湾基本上均有发生水体富营养化的可能,且大部分库湾富营养化风险水平处于中风险和高风险。丹江口水库全部295个库湾中,发生富营养化的风险等级从低到高的个数分别为12、161、117和5个,丹库北部和汉库西部各库湾发生水体富营养化的风险偏高,而丹库东南部和汉库南部各库湾,发生水体富营养化的风险较低。
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