艾比湖流域水质空间格局识别及其与土地利用/覆被类型变化的关系研究

摘要

本研究选用艾比湖流域2014年5月、2014年10月、2015年5月、2015年10、2016年5月及2016年10月的水样数据，利用自组织特征映射神经(SOM)网络，识别流域内不同季节下水质的空间分布格局。在此基础上，以艾比湖流域不同季节的土地利用/覆被类型变化为依托，探讨不同时期土地利用/覆被类型变化的特点，并分析不同层间水质参数与各土地利用/覆被类型之间的关系，进而建立土地利用/覆被类型与水质的关系模型，分析不同土地利用/覆被类型对水质的影响程度。通过对土地利用/覆被类型及其水质的关系研究，可以针对艾比湖流域的实际情况为流域水资源管理及优化土地利用布局提供定量化参考。
　　研究结果为：
　　(1)2014年5月奎屯河的水样采样点pH值较高，达到8.0以上；而分布在艾比湖周边和阿克齐苏河的采样点EC和矿化度含量较高，尤其在艾比湖周边最高；2015年5月艾比湖流域精河绿洲的水质状况与其他区域相比，水质较差；其次，部分艾比湖周边和奎屯河的水质也受到一定程度的影响；2016年5月艾比湖流域农田内部和艾比湖周边的水质较差。是由于艾比湖周边分布着一些人工养殖水产的鱼池、蟹池等，受人为干扰较大，导致丰水期水质参数在空间分布不均匀。同时，2014年10月艾比湖流域的水质状况表现为：博尔塔拉河上游>精河绿洲>艾比湖周边>乌苏农田；2015年10月，在农田内部和艾比湖周边的采样点TP、TN和NH3+-N的值较高；在甘家湖梭梭林和乌苏农田的水样采样点SD值较高，而NUT和SS的高值主要分布在艾比湖周边和乌苏农田附近；在2016年10月，DO、COD、BOD5、TN和NH3+-N等水质指标的分布特征和2015年10月表现出较大的差异，这些指标的高值均在艾比湖周边较高。
　　(2)在对研究区进行多次考察的基础上，结合我国《土地利用现状调查技术规程》对艾比湖流域的地物类型进行了详细的划分，将土地利用/覆被类型分别为耕地、林草地、水体、裸露湖床、盐渍地及其他6大类。就整个流域而言，2014-2016年不同季节的土地利用/覆被类型的变化中，其他地类变化幅度较小且所占面积比例较大。耕地面积在5月和10月表现出较大的差异；水体面积表现为5月>10月，面积比例均小于5%；而林草地、裸露湖床和盐渍地均表现为5月<10月，裸露湖床面积和盐渍地面积均小于2%。
　　(3)丰水期，聚类Ⅰ～聚类Ⅴ在100m缓冲区下，林草地和盐渍地对不同聚类层的部分水质参数影响较为突出；在200m的缓冲区下，水体面积在聚类Ⅰ～聚类Ⅳ中对水质的影响较大；在300m缓冲区下，林草地、水体、裸露湖床及盐渍地均在各层中对水质具有一定的影响；在400m缓冲区下，主要为林草地与水质相关性较大。总体表现为，艾比湖流域内主要在精河绿洲内部的水质状况较差，其次是乌苏农田。同时，随着几条河流携带着污染物质注入艾比湖，导致艾比湖周边的水质也受到一定的影响。而在艾比湖流域内，位于温泉县的博尔塔拉河上游、精河上游等地方，受人为活动影响较小，水质受到的影响程度也较低。
　　枯水期，在100m缓冲区下，主要为耕地和林草地在聚类Ⅰ、聚类Ⅱ、聚类Ⅳ和聚类Ⅵ对水质的影响较大；在200m缓冲区下，耕地在各聚类层对水质影响较大，且在聚类Ⅵ中裸露湖床也与水质表现出一定的相关性；在300m缓冲区下，耕地、林草地、水体、裸露湖床及盐渍地和水质均有较大的相关性；在400m缓冲区下，耕地、林草地和部分水质参数有一定的相关性，仅在聚类Ⅵ中，水体、裸露湖床和盐渍地和水质的关联较强。
　　(4)从总体上看，通过RDA分析艾比湖流域不同时期不同尺度下水质状况与各土地利用/覆被类型的关系。在丰水期，pH、DO、COD和BOD5与水体、盐渍地、耕地和裸露湖床呈正相关，相关性依次为水体>盐渍地>耕地>裸露湖床；TP、TN、SS、EC和NUT与耕地、林草地和裸露湖床呈正相关，相关性依次为林草地>耕地>裸露湖床。在枯水期，pH、COD、BOD5、TP和NH3+-N与耕地、裸露湖床、盐渍地和其他地类呈正相关，相关性依次为耕地>裸露湖床>盐渍地>其他；DO与水体呈正相关，同时，SD与林草地呈正相关。
　　(5)在最佳尺度下，建立了不同时期各水质参数与土地利用/覆被类型的多元回归模型，模型相关系数较好，在一定程度上可以预测土地利用/覆被类型变化对水质质量的影响。
　　总体而言，艾比湖流域土地利用/覆被类型与水质表现出较为明显的相关性，研究结果可为艾比湖流域土地利用与水质关系研究提供借鉴，为艾比湖流域空间开发与水环境保护协调政策制定提供科学依据。

目录

第一章 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 土地利用/覆被类型对水质影响研究进展

1.3 研究内容及技术路线

1.4小结

第二章 研究区概况

2.1 自然地理概况

2.2 社会经济状况

2.3 小结

第三章 数据源及数据处理

3.1 数据来源与处理

3.2 艾比湖流域地表水质数据

3.3 研究方法

3.4 小结

第四章 艾比湖流域地表水质空间格局识别

4.1 艾比湖流域丰水期水质空间分布研究

4.2 艾比湖流域枯水期水质空间分布研究

4.3 小结

第五章 艾比湖流域干湿季土地利用/覆被类型变化分析

5.1 不同季节下艾比湖流域土地利用/覆盖类型分类研究

5.2 小结

第六章 艾比湖流域水质空间分布特征及其与土地利用/覆被类型的关系

6.1 艾比湖流域干湿季地表水质空间分布特征

6.2 艾比湖流域干湿季不同层次间土地利用/覆被类型与水质关联分析

6.3艾比湖流域干湿季土地利用/覆被变化与水质关联性分析

6.4 小结

第七章 结论与讨论

7.1 结论

7.2 讨论

7.3 特色与创新

7.4 不足与展望

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文及参与的课题

致谢

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