基于GIS的红枫湖水源保护区农业非点源污染敏感区域识别

摘要

红枫湖是贵阳市重要的饮用水源保护地，保障着地区逾120万人的饮水安全。近年来，随着流域点源污染逐渐得到控制，非点源污染问题日益突出。为揭示流域非点源污染特征，识别流域非点源污染的敏感控制区域，本文以流域一级、二级、准保护区范围为研究对象，采用灰色关联分析及克里金插值对研究区水质和土壤测试数据进行分析；采用监督分类法解译流域土地利用类型，并以GIS和RS技术为辅助，利用空间缓冲区功能将土地利用与水质关联，探究影响流域非点源污染的主要土地利用类型；最后以上述两部分的测试数据与土地利用空间分析结果为基础，结合APPI农业非点源污染潜力指数模型识别流域非点源污染敏感控制区域。研究结果得到了以下结论： （1）研究期间，红枫湖主要入湖河流丰水期水质等级达Ⅲ级，平水期和枯水期达Ⅱ级，流域丰水期雨源型非点源污染风险偏高。研究区全氮浓度较高的土壤主要分布在北部、东北部地区，浓度在0.263%-0.430%，全磷浓度较高的土壤主要分布在西部、西南部地区，浓度在0.122%-0.203%。土壤pH整体呈中性偏酸性，土壤养分质量主要集中在Ⅱ级、Ⅲ级，占51.7%。 （2）研究区土地利用类型主要以林地、耕地为主，占到了总面积的60%以上。从2001年到2016年，林地和耕地面积呈现下降趋势。建设用地和草地面积持续增加，其中建设用地增幅最大，达36.11%，面积增加了11.41 km2，草地增加了9.65 km2，增幅达14.62%，两者面积的增加主要来源于耕地、林地和未利用地的流入。 （3）研究区建设用地、耕地面积与水体中TP、NH3-N、COD普遍呈现正相关关系，与DO显现明显负相关关系，表现为污染“源”的作用，林地面积与水体中TP、NH3-N、COD呈现明显负相关关系，表现出“汇”的效应。 （4）APPI模型通过泥沙、径流、化肥和人畜排放指数对非点源污染发生潜力大小进行评价。结果显示，羊昌村、洋塘村、骆家桥村、平寨村和平坝农场的农业非点源污染潜在风险较高，非点源污染潜力指数分别为0.688、0.627、0.341、0.329和1.335，结合距离因子，初步判断为研究区的敏感控制区域。在敏感区内应注意防范丰水期雨源型非点源污染风险并进一步提高植被覆盖率，充分发挥林地“汇”的作用。

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1 绪论

1.1 研究背景与意义

1.1.1 流域污染源的转变

1.1.2 土地利用变化对非点源污染的影响

1.1.3 非点源污染敏感区域识别的重要性

1.2 非点源污染研究进展

1.2.1 土地利用的含义

1.2.2 土地利用与水质关联的发展过程

1.2.3 土地利用变化与水质响应的研究方法

1.2.4 非点源污染模型预测

1.2.5 3S技术在非点源污染中的应用

1.3 研究内容及技术路线

1.3.1 研究内容及目的

1.3.1 技术路线

1.4 研究方法选择及课题来源

1.4.1 研究方法选择

1.4.2 课题来源

2.1 自然地理概况

2.1.1 地理位置及地形地貌

2.1.2 降水及气象气候

2.1.3 水文及水系概况

2.2 社会环境概况

2.3 研究区数据获取

3.1 样品采集与试验

3.1.1 水样采集与分析

3.1.2 土壤采集与分析

3.1.3 数据处理与分析

3.2 结果与讨论

3.2.1 水质特征分析

3.2.2 水质评级分析

3.2.3 土壤数据分析

3.2.4 土壤养分质量评价

3.3 小结

4.1 研究方法

4.1.1 数据获取

4.1.2 土地利用类型及水质划分

4.1.3土地利用变化分析

4.1.4 研究尺度确定

4.1.5土地利用与水质的关联分析

4.2 结果与讨论

4.2.1 土地利用分类精度评估

4.2.2 土地利用分类及变化分析

4.2.3 土地利用与水质的相关性分析

4.3 小结

5.1 研究方法

5.1.1 农业非点源污染潜力指数（APPI）模型机理

5.1.2 参数标准化处理

5.1.3 径流指数（RI）的计算

5.1.4 泥沙指数（SPI）的计算

5.1.5 化肥指数（CUI）的计算

5.1.6 人畜指数（PALI）的计算

5.2 结果与分析

5.2.1 模型输出

5.2.2 敏感区域识别

5.2.3 非点源污染管理措施

5.3 小结

6.1 主要结论

6.2 论文特色与不足

6.2.1 论文特色

6.2.1 论文不足之处

6.3 展望

参考文献

致 谢

附录