南渡江土地利用变化对水体水质的影响.docx

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南渡江土地利用变化对水体水质的影响

本科毕业论文（设计）

题目南渡江土地利用变化对水体水质的影响

专业环境科学

作者姓名林尤帆

学号2010203486

单位聊城大学

指导教师姚昕

2014年5月

教务处编

原创性声明

本人郑重声明：

所提交的学位论文是本人在导师指导下，独立进行研究取得的成果。

除文中已经引用的内容外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得聊城大学或其他教育机构的学位证书而使用过的材料。

对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均在文中以明确的方式表明。

本人承担本声明的相应责任。

学位论文作者签名：

日期：

指导教师签名:

日期：

目录

前言1

1南渡江区域概况2

1.1河流概况2

1.2植被概况2

1.3流域污染源现状3

1.4流域水环境功能区划和控制单元3

2研究内容3

2.1南渡江流域土地利用分析4

2.2南渡江水质调查状况7

2.3调查结果对比分析9

3总结与建议9

参考文献11

致谢12

摘要

利用海南环保局近年来南渡江一带的水质数据及水质资料,运用GIS技术和水环境评价方法研究南渡江流域土地利用不同及其水环境效应。

从而分析得出南渡江不同断面水质由于不同的土地利用，导致的结果是：

上游水源水质由于土地利用因子受影响程度小，水体中物质变化不大，因此水质较为良好，而中、下游土地利用于各个方面的建筑建设，会有大量污染物质排入水体中，最终致使水质状况较差。

关键词：

南渡江流域；土地利用结构；水环境评价；生态敏感性；水环境效应

Abstract

TheHainanEnvironmentalProtectionBureauinrecentyears,thewaterqualitydataandwaterqualitydataofNanduRiverarea,usingGIStechnologyandwaterenvironmentevaluationmethodresearchofNandujiangRiverBasinunderdifferentlandusesandwaterenvironmenteffect.ByanalyzingtheNanduRiverwaterqualityindifferentsectionsofthedifferentlanduse,theresultisoptimal:

Theupstreamwaterqualitybecausethelandusefactorsaffectedsmall,littlechangeinwaterbodies,sothequalityisgood,andtheriver,landuseineveryaspectoftheconstruction,therewillbealargenumberofpollutantsdischargedintothewater,eventuallyresultinginwaterqualityispoor.

Keywords：

nanduriverarea；landusestructure；Waterenvironmentevaluation；Ecologicalsensitivity；Effectsofwaterenvironment

南渡江流域土地利用变化对水体水质的影响

前言

土地利用类型及社会经济因素与水体污染物浓度之间均存在相关关系[1]。

其中，不透水面和农用地与水体污染物浓度存在显著正相关关系，林地、草地等与水体污染物浓度存在显著负相关关系，人口密度人均GDP等社会经济因素对水体污染物浓度的影响则比较复杂[2]。

在自然或半自然区域内，由于人类活动强度低，土地利用特征具有相似性，在流域尺度上体现出土地利用类型与水质的相关关系[3]。

然而，营养物质的类型及其累积浓度的特征营养物质的类型及其累积浓度的特征在同一土地利用类型上也可能呈现出不同的特征。

尤其在城市区域中，人类活动的影响不仅造成不同小流域之间土地利用类型的异质性，而且同一土地利用类型上所承载的社会经济活动类型及水平也具有异质性[4]。

这种异质性使得土地利用类型对水质的影响在不同小流域之间具有很大差异，以致土地利用类型对水质影响的贡献率降低。

十一五期间是海南生态省的全面建设阶段，根据海南产业发展战略，将大力加快新兴工业的发展,培育年产值超过百亿元的水利、电力、港口基础设施设、天然气与天然气化工、石油加工与石油化工等8~10个支柱产业，规划到2010年全省GDP翻一番[1-2]，工业污染物排放总量也将随着社会经济发展有较大的增加，加上城镇人口的迅速增长,城镇生活污水处理设施的严重滞后，这些将给该省的节能减排和水环境保护工作带来较大的压力，南渡江作为海南第一大河流，水质安全关系着整个海南省的生活质量，因此，研究南渡江流域的土地利用变化，对促进海南省水污染防治工作，协调保护和发展的矛盾，具有重要的技术意义。

南渡江，海南岛最长河流。

发源于昌江、白沙两县交界的坝王岭（黄牛岭附近），东北流经白沙、儋县、琼中、屯昌、澄迈、琼山等县，主流在琼山县与海口市边境入海。

长314公里，流域面积7176平方公里。

河流入澄迈之前，穿行在山丘之中，比降大，河岸陡，河谷狭窄，多为石底河床，水力充足。

从澄迈金江镇后，南渡江主要在玄武岩台地和浅海沉积台地中流过，地势开阔，河床坡度较缓，河谷较宽。

潭口以下进入三角洲，河道有数支分汊。

南渡江水源丰富，流量大。

流域气候有明显的干湿两季，又多暴雨，故河流流量和水位常出现暴涨暴落。

每当暴雨后，山洪暴发，河水猛涨，立即可达最大洪峰。

一年中河流水位出现两次高峰。

1961年南渡江上游建成松涛水库，库容量达31亿立方米，有防洪、灌溉、发电等效益，对克服流量不稳定的状况有重要作用。

南渡江三角洲河床比降小，河道淤积快，夏秋台风暴雨之时，潮水倒灌，时有洪潮灾害。

南渡江干流全长334km，多年平均径流两位231.0m2/s.全流域有耕地面积10万公顷，水能理论蕴藏量21.98万千瓦。

通过研究南渡江流域周边的不同土地利用类型，可以从源头上了解污染源的危害性程度大小，从而保障水的质量。

1南渡江区域概况

南渡江流域位于东经109°12′～110°35′、北纬18°56′～20°05′之间，南渡江是海南岛第一大河流，干流全长333.8千米，流域面积7056平方公里。

干流发源于白沙县南峰山，地势西南高东北低。

东北向流经白沙、儋州、琼中、澄迈、屯昌、定安至海口市三联村汇入琼州海峡。

下图1是南渡江整体GIS图：

图1南渡江GIS[10]

1.1河流概况

南渡江主要的干流发源于海南省白沙县的南峰山，地势西南高东北低，东北向流经白沙、琼中、儋州、澄迈、屯昌、定安、琼中，至海口市入海口汇入琼州海峡，干流全长333.8km，流域面积2033km2，落差203m，干流平均坡降0.216，自上游往下游递减，支流伸展到临高、文昌等市县。

1.2植被概况

南渡江流域植物资源丰富，植物种类繁多，植被类型属热带雨林植物群落，有多层常绿、混交和多树种组成等特点，植被类型以常绿阔叶林为主，林下热带性灌木、藤、草本等植物繁多。

1.3流域污染源现状

此次污染源调查基准年是2006年,调查范围涵盖南渡江流域陆域范围,调查分析表明：

2006年全省共排放COD69.56万t，氨氮8.19万t，进入南渡江地表水体的COD21518t，氨氮2125t。

其中，全省工业污染源废水排放总量为7351万t；COD排放量12493t；氨氮3223t。

工业废水排入南渡江的总量621万t；COD入河量1706t；氨氮入河量237t。

全省城镇生活污水的排放总量28006万t；COD排放量86523t；氨氮排放量7064t；城镇生活污水排入南渡江的COD为10660t；氨氮入河量877t。

全省畜禽养殖、农村生活源、农田径流源、城市径流源等非点源COD产生总量为60万t，氨氮产生总量为7.1万t排入南渡江的COD、NH3N分别为9152t和1011t。

1.4流域水环境功能区划和控制单元

根据2004年9月海南省政府批准实施的海南岛水环境功能区划，将南渡江流域划分成29个水环境功能区，划分的河流长度为948km，水库面积为130.5km2。

其中控制单元水质属于类标准的源头水1个，属于二类标准的22个，属于三类标准的4个，属于四类的2个，无五类及劣五类的控制单元。

2研究内容

本文采用海南省环境监测中心2006-2012年的南渡江海口攀丹段的144个采样数据，选取的研究指标为一些常规指标特别是最近几年出现过超、类水质标准的污染指标,研究数据主要包括：

海南省2012年森林资源二类调查数据，1:

10000地形图，土壤类型，地貌分布图，1:

20万数字高程模型DEM数据，水质数据由海南省环保局环境监测站提供，主要水质指标包括：

色度、浑浊度、PH值、总硬度、铁、锰、铜、硫酸盐、溶解性总固体、耗氧量等指标（以上指标测定方法按生活饮用水检验规范进行）。

土地是国民经济以及社会发展的重要物质基础，土地生态环境状况的优劣能直接或间接地关系到社会经济的可持续发展。

有效利用生态敏感性评价，可直观的反映出土地利用变化对水质的影响。

2.1南渡江流域土地利用分析

土地利用现状是自然客观条件和人类社会经济活动综合作用的结果，除受到地理自然因素的制约外，也受到人类改造利用行为的影响。

下面，我们通过对南渡江土地利用进行论题实际研究：

南渡江源头及上游流域，植被保存较好上游植被以热带低山地沟谷雨林为特征，常绿落叶阔叶混交林类型。

自然植物群落高大，藤蔓交错，层次丰富，灌草丛生，覆盖度高，几无裸露地面。

因此，该流域断面保持着原始的地貌，几无生活用地及工厂建设于此。

南渡江中上游流域人工林多，植被成斑块密集分布中游植被以低山地常绿落叶混交季雨林为主，此段集水区内大部分开垦为人工橡胶林，尤其在更生林场至新兴村临屯昌县的一面山坡特别明显。

作为经济作物产地的源头，周围工厂林立且有少量居民居住于此。

南渡江中下游流域河流宽，集水面积广，人工植被较多。

此段河流两岸平缓，集水区面积大，植被类型以木麻黄为主，原生常绿植被较少，植被覆盖率较高。

并且为城市用地，人口密集，无重污染工厂建设。

研究了南渡江土地利用现状，下面我们研究南渡江生态敏感因子。

所谓生态敏感性是指在不损失或不降低环境质量的情况下，生态因子对外界压力变化的适应能力。

对南渡江生态敏感因子进行研究，可以解释南渡江土地利用现状的实际状况。

因此，我们选取了两个主要的生态敏感因子作为研究对象，分别是土地利用现状因子和土壤类型因子，这两个因子体现了土地利用现状的两个影响因素：

自然客观条件和人类社会经济活动。

（1）土地利用现状因子研究

图1土地利用现状因子[12]

流域内，水体农田面积193736.91hm2，占总面积的27.51﹪；林地和灌木林地面积428113.52hm2，占总面积的60.80％，其森林覆盖率高；在南渡江的入海口，人口密集，大多为城市建设用地，生态敏感较高。

由图可看出，下游是土地利用现状因子生态敏感最高区。

也就意味着该区域是生态价值高区域，一旦出现破坏干扰，不仅影响正常的开发建设活动，而且有可能会给区域生态系统带来严重的破坏。

中、上游大部分为不敏感区，受外界因素干扰而发生变化相对较小。

（2）土壤类型因子研究

图2土壤类型因子[12]

流域内，土壤类型中不敏感区面积为5156.54hm2.占总面积的7.51％；轻度敏感区面积为42851.73hm2，占总面积的6.24％。

中度敏感区面积299824.06hm2，占总面积的43.66％；高度敏感区面积为278369.19hm2，占总面积的40.54％。

剩下全部为极度敏感区。

结合以上两图，极度敏感区和高度敏感区都零散的分布在整个流域，中度敏感区主要分布在流域中上游，轻度敏感区、不敏感区则集中分布在流域的中下游。

我们可以得到一个结论：

南渡江下游作为城市人口密集区，土壤在土地利用现状下呈现为极度敏感的区域，很容易因为人类社会行为或自然因素而发生位移，位移的结果则是将土壤中的物质带入水体中，使水质发生异质性变化。

我们不难发现南渡江流域有着由于土地利用的不同而产生的各种生态敏感区。

生态敏感性从理论的角度告诉我们：

土地利用变化会造成生态因子对外界压力变化的适应能力发生改变，不同的流域断面有着不同的敏感性，一旦超出了其敏感程度，土地便会发生水土流失、植被退化等自然现象，在江河流域周围，水体则成了牵连对象，引发一系列水质问题。

综上所述，我们以表格的形式呈现南渡江土地利用现状：

表1南渡江土地利用现状

江段

自然植被覆盖度

人类社会经济活动范围

生态敏感性

土地利用现状

上游

中游

下游

密集

中等

极低

很小

较高

极高

不敏感

中度敏感

极度敏感

几无人类用地

多为工厂用地

城市居民用地

由此可见南渡江不同江段土地利用现状都有所不同，从上游至下游变化很大。

并且植被覆盖程度不同，而人类的社会经济活动也会对植被的覆盖度产生影响，最终生态敏感性平衡会被破坏，导致的后果将是水体受到不同程度污染，下面我对南渡江水质进行分析。

2.2南渡江水质调查状况

由于对南渡江流域的有关水文，水力状况及其动态变化研究比较少，缺乏相关资料，因此采取采样点断面设置与采样次数的方法，以配合土地利用分析方法进行分析。

采样点断面设置与采样次数的方法：

在全流域上、中、下游4个采样断面（其中中游设两个断面），每个采样断面设左、中、右3个采样点，共12个采样点。

首先，我们应调查清楚各断面的污水排放口都有哪些，见表1：

表2各断面污水处理口[8]

江段

工业废水排放口（个）

生活污水排放口（个）

排放总量（吨/d）

污染物处理率％

上游

中游1

中游2

下游

0

1

4

0

0

2

1

3

0

2610.0

3208.7

/

0

1.92

0.13

/

合计

5

6

5818.7

2.05

调查清楚污水排污口，接下来需要对采样进行分析，我们选取了9项具有代表性的指标进行对比，得到以下结果，见表2：

表3一般化学指标分析[8]

项目

样本数

超标数

超标率％

范围

卫生标准值

最大超标倍数

色度

24

11

45.8

＜5~25

15度

1.67

浑浊度

24

12

50

＜1~15

5度

3.00

PH值

24

3

12.5

＜5.77~7.97

6.5~8.5

1.13

铁

24

13

54.2

＜0.01~0.9

0.3mg/L

3.00

挥发酚

24

2

8.3

＜0.002~0.004

0.002mg/L

2.00

阴离子合剂

24

0

0

＜0.05

0.3mg/L

0.3

硫酸盐

24

4

16.7

＜5~290

250mg/L

1.16

耗氧量

24

0

0

0.3~3

36.4mg/L

0

猛Mn

24

0

0

＜0.01~0.09

0.1mg/L

0

不同断面水质指标超标情况比较在检测的9项指标中，不同断面水质指标超标情况经统计学处理差异有显著性（x2=4.34，P<0.05），即中游水质超标率明显高于上、下游，最终得到的水质指标超标比较分析，见表3：

表4_不同段面水质指标超标比较分析[8]

断面检测指标数（项）超标指标数（项）超标率（％）

上游9

中游19

中游29

下游9

1

6

6

3

3.45

20.69

20.69

10.34

工厂建设用地和居民用地与水质关系分析：

工厂建设用地与溶解氧成显著负相关，与氨氮浓度呈显著正相关，表明工厂建设用地的增加会降低水质中溶解氧的含量，提高氨氮的含量。

尺度效应表明，工厂建设用地与水质指标产生相关性主要体现在2000m的大尺度研究区域内，说明在大范围内工厂建设用地的比例增加会影响水质。

居民用地与高锰酸盐指数呈显著正相关，尺度效应表明，居民用地影响高锰酸盐指数的含量主要在100m研究区域内，属于近河道区域。

生活在近河道的居民，由于污水处理设施的缺乏，可能大部分的生活污水直排入河道，对水质产生一定影响。

因此中游

综合上述内容，水质从上游至下游的水质变化依次表现为：

上游水质相对较好，水中污染物超标率为3.45%；中游水质最差，水中污染物超标率为20.69%；下游水质居中，水中污染物超标率为10.34%。

2.3调查结果对比分析

结合上述内容，可以看出南渡江上游位于儋州松涛水库，自然植物群落高大，藤蔓交错，层次丰富，灌草丛生，覆盖度高，几无裸露地面且该流域断面保持着原始的地貌，几无生活用地及工厂建设于此。

污水处理口的水质调查结果显示其超标率为3.45％，水质状况最佳。

南渡江中游流域人工林多，作为经济作物产地的源头，周围工厂林立且有少量居民居住于此。

污水处理口的水质调查结果显示其超标率为20.69％，水质状况最差。

南渡江下游流域河流宽，此段河流两岸平缓，集水区面积大，且为城市用地，人口密集，无重污染工厂建设。

污水处理口的水质调查结果显示其超标率为10.34％，水质状况居中。

由此对比，不同的土地利用往往会使水质中的化学物质含量发生巨大的改变，从而影响水质的合格性。

由此可以看出，由于不同河段土地利用有所变化，植被覆盖由上游至下游逐渐递减，人类社会经济活动由上游至下游逐渐增加，生态敏感性也是由上游至下游整体依次递增，但是，下游作为城市居民用地，城市污水处理能力较高，因此，水质状况变化情况是上游水质较好，中游最差，下游居中体现。

3总结与建议

南渡江是海南省的主要饮用水源,从目前调查结果的总体情况看,上游水源水质良好,土地利用现状是灌草丛生，覆盖度高，几无裸露地面，几无生活用地及工厂建设于此。

中下游水质遭受不同程度污染,若作为生活饮用水水源水,经市政供水处理系统处理后,应能达到生活饮用水卫生规范之要求,但应引起重视的是南渡江中游污染物排放量大,土地利用以工厂用地为主，且污染物几乎未经处理直接排放到江中,致使中游水质遭受污染严重,近年来媒体对南渡江流域河床遭受乱采滥挖事件及部分江段排污遭受大量死鱼现象已有报道。

这种现象很有可能导致土地超出该流域断面生态敏感性程度，进而加剧水质变质。

南渡江是海南省的第一大河流，在海南省占有重要的经济地位，流域的生态安全及流域经济的生态化发展对海南省的经济建设和经济发展有着至关重要的决定作用。

本文通过分析南渡江上、中、下游的土地利用变化及土地敏感性共同作用对水质造成的影响进行了实证分析，试图为流域的生态环境建设提供警示，让人们合理利用土地资源，合理开发，降低经济发展作用于自然环境的负荷，从而避免由决策失误而带来的重大经济损失。

要实现安全源头水，放心饮用水最根本的就是，综合考虑土地利用类型及其社会经济特征能更准确地反映其与水质的关系。

建立良好的环境，建立和维护南渡江流域的生态与社会经济的和谐发展、良性循环发展。

这不仅仅是该流域一带人们的责任，更是全省人民的责任，需要各行业、各部门的共同努力，把生态安全建设当作自己的事来做。

同时需要对生态与环境建设有足够的投入，需要提高人们的觉悟和高效的社会经济与生态协调协调发展的管理机制。

因此我们提出如下几点建议:

（1）应定期监测各断面水质状况,及时发现污染源;

（2）加强水源土地利用管理,设置卫生防护带,加强卫生行政管理;（3）加强流域内污染的综合治理,对不同土地利用类型，应严格控制流域内新污染建设;（4）退耕还林,减少水土流失及沿岸植被破坏;（5）限制沿岸农田农药和化肥的使用量;（6）呼吁海南省尽快出台有关河流生态保护的地方性法规,使各大河流的生态环境保护工作有法可依。

参考文献

[1]土地利用类型及社会经济因素与水体污染物浓度之间均存在相关关系（Gbureketal.,1999;Brezoniketal．,2002;Gergeletal．,2002;Mehaffeyetal．,2005;Schoonoveretal.,2006）.

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[3]流域尺度上体现出土地利用类型与水质的相关关系（Rhodesetal.,2001;Schoonoveretal.,2006;Hwangetal.,2007）.

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[14]海南省统计局.海南省统计年鉴（2007）[M].北京:

中国统计出版社,2006.

[15]海南省发展与改革厅.海南省国民经济和社会发展十一五规划汇编[R].海口,2007.

致谢

在此，我要衷心感谢我的导师，在您的悉心指导下，我的论文才能够顺利完成。

您严谨的治学态度、孜孜以求、诲人不倦的敬业精神，以及厚德载物的宽广胸怀对我起到了重要的影响，我受益匪浅，恩师的悉心培养和热情帮助，我将铭记于心。