地表水水质时空变化及其与土地利用响应研究（一） 地表地利水环境问题日益突出

近年来，地表地利水环境问题日益突出，水水土地利用作为人类生活的空变产物，对水环境具有重要影响。化及研究土地利用与水质参数之间的其土关系，对优化土地利用结构和水资源的用响应研可持续利用具有重要意义。目前，地表地利已经有很多学者对土地利用和水质参数进行了研究，水水发现不同土地利用类型对水质参数的空变影响不同，不同空间尺度的化及土地利用方式对水质参数的影响也不同。

有很多学者从流域尺度和河岸带缓冲区尺度对土地利用与水质参数进行了研究，其土发现小流域尺度的用响应研土地利用方式对水质参数的影响大于缓冲区。蔡莹等通过对河岸带建立不同尺度缓冲区来研究土地利用对河流水质的地表地利影响，发现100m缓冲区尺度的水水土地利用方式对水质的影响最为显著，且水域和建设用地对水质的空变影响最为显著。随着数学统计方法的运用，单因素方差分析、多维尺度分析、模糊综合评价、判别分析等多元统计方法也为土地利用与水质参数的多角度分析提供了科学依据。

然而，不同地区由于自然属性不同，土地利用结构对水质参数的影响仍存在很多不确定性。今基于全国水质监测站点和Landsat8OLI数据来研究全国地表水水质状况和不同尺度缓冲区内土地利用对水质参数的响应情况，为水环境的保护和管理，以及土地利用的开发提供参考依据。

1数据与方法

1.1数据源

采用中国环境监测总站每天实时公布的国家地表水水质自动监测数据，包括pH值、高锰酸盐指数(IMn)、溶解氧(DO)和氨氮(NH3-N)4项水质参数指标和水质类别信息。时间为2018年11月—2019年4月，共选用50个水质监测站点的数据，主要分布在海河、黄河、松花江、长江、淮河、辽河、珠江等水系。遥感影像数据为2019年Landsat8OLI数据，下载于美国地质勘探局(http://glovis.usgs.gov)。由于土地利用变化相对缓慢，文中选取的影像基本能反映水质数据选取时间段内的土地利用结构特征。

1.2研究方法

先对水质数据作异常值剔除和统计，研究各个站点水质参数的时空变化特征。水质类别评价以《地表水环境质量标准》(GB3838—2002)为依据。根据水质数据的分析结果选取10个水质监测站点建立不同尺度缓冲区。对遥感影像做辐射定标、大气校正，利用最大似然分类法进行解译。土地利用类型分为建设用地、农业用地、水域、林地和其他5类，并对分类结果作精度评价。其分类Kappa系数均在0.9以上，总分类精度均在90%以上。然后提取不同尺度缓冲区内各土地利用类型的面积，并计算面积大小，分析各站点土地利用特征，最后对土地利用与水质参数作相关性分析。通过趋势对应分析和梯度计算发现，排序轴最大梯度值＜3，故选用线性排序模型冗余分析方法来探讨土地利用方式对多个水质参数变异的解释能力。

2结果与讨论

2.1水质参数

时空变化特征图1(a)—(d)为研究期间50个水质站点4项水质参数质量浓度分布。由于个别站点IMn和NH3-N数据缺失，为了保证一致性，缺失数据用0表示，且不参与讨论。由图1可见，pH值除了个别站点的最大值、最小值超标外，其余均处于6～9标准范围内，辽宁营口辽河公园箱体和四分位线最长。大部分站点IMn指标属于Ⅱ、Ⅲ类，湖北宜昌南津关除最大值外，其余值均低于Ⅰ类限值，辽宁盘锦IMn指标为Ⅳ、Ⅴ类，其箱体和四分位线最长，变异程度比较大。

除了浙江嘉兴王江泾DO指标高于Ⅱ类外，其余站点基本均在Ⅰ～Ⅱ类之间，其中辽宁抚顺大伙房水库、黑龙江同江、江苏泗洪大屈、安徽安庆皖河口、安徽滁州小柳巷、湖北宜昌南津关、四川泸州沱江二桥、山东济南泺口、河南济源小浪底、湖北武汉宗关站点DO平均值包括最小值都高于Ⅰ类限值，内蒙古呼伦贝尔黑山头、浙江嘉兴王江泾、安徽亳州颜集、河南驻马店班台DO最小值属于Ⅴ类，辽宁盘锦兴安箱体最长，变异程度相对较大。大部分站点NH3-N指标属于Ⅱ类，辽宁盘锦兴安、辽宁营口辽河公园、浙江嘉兴王江泾、安徽阜南王家坝、江西南昌滁槎、河南信阳淮滨水文站、河南驻马店班台站点NH3-N指标为Ⅲ类或高于Ⅲ类，除辽宁营口辽河公园外，其余站点箱体和四分位线均比较集中，变异程度较小。总体来说，4项水质参数的中位值与平均值比较吻合。

个别站点的箱体和四分位线较长、数据较分散、中位值与平均值不吻合，原因可能是由于该类站点存在相对于整个箱体而言较大的最大值，使得平均值远超过中位值。统计180d的水质类别数据，各站点5类水质类别的天数占比见图2。由图2可见，水质最好的站点是四川攀枝花龙洞，Ⅰ类达到80%以上，Ⅱ类在10%左右;其次是广西桂林阳朔，Ⅰ类达到65%，Ⅱ类为30%左右;其余大部分站点Ⅱ类占主要部分，Ⅲ、Ⅳ类占一小部分，Ⅴ类几乎没有。内蒙古呼伦贝尔黑山头、黑龙江同江、江苏盱眙、浙江嘉兴王江泾、江西南昌滁槎、山东临沂涝沟桥、河南永城黄口、河南周口鹿邑付桥闸、河南驻马店班台和安徽的大部分站点水质相对较差，以Ⅲ、Ⅳ类为主，其中河南永城黄口Ⅳ类高达50%以上，浙江嘉兴王江泾Ⅳ类达到40%。辽宁盘锦兴安和辽宁营口辽河公园水质最差，Ⅴ类占50%左右。

计算全国50个水质监测站点IMn、DO和NH3-N6个月的质量浓度平均值并判别其所属的水质类别。从空间分布来看，3种水质参数浓度在全国分布比较均匀，DO指标基本处于Ⅰ类，IMn和NH3-N指标基本处于Ⅰ、Ⅱ类，水质状况良好。仅淮河流域安徽与河南省界交汇处IMn浓度较高，属于Ⅲ类水质，辽河入海口处IMn和NH3-N浓度最高，属于Ⅳ类水质。

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