海河流域地表水环境污染与景观格局优化控制对策

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海河流域位于我国华北地区北部,是我国政治、经济、文化中心,在我国社会经济发展中处于重要地位。近年来,随着区域工农业的迅猛发展,大量氮、磷污染物排放进入水体,导致地表水环境退化日益严重,制约了区域的发展。在污染方式中,随着近年来对点源污染控制管理的加强,海河流域地表水环境污染的主要因子由点源污染转变为面源污染。本论文以海河流域为研究对象,对流域地表水环境进行调查评价,分析了地表水环境的污染程度及其影响因子;对海河流域土地利用及景观格局变化特征进行了分析;基于最小累计阻力模型构建了海河流域面源污染风险格局,以阻力值大小表征流域面源污染风险等级,并结合流域的水环境数据对污染风险格局进行了验证。最后对海河流域整体的面源污染风险等级进行划分及识别,进一步探讨了海河流域基于面源污染控制的景观格局优化措施。论文主要结果如下:  (1)海河流域地表水环境污染严重,河流沉积物重金属污染等级较低。地表水体富营养化指数显示,海河流域整体处于重度富营养化状态。城市生活污水排放、水利设施修建以及农业面源污染是导致海河流域地表水质恶化以及水体富营养化的主要因素;海河流域整体上面临的重金属污染风险等级较低,只有子牙河、大清河流域处于中等风险状态。该区发达的重工业和以能源消耗型为主导的产业结构也是水环境污染的主要因子。此外,海河流域存在着地表水质和沉积物重金属协同污染特征,尤其是人类活动强烈的流域中部地区,地表水质与沉积物重金属污染显著相关。人为活动尤其是第二产业是引起流域地表水质与沉积物重金属协同污染的主要因素。  (2)海河流域范围内人为干扰活动明显,导致了流域内土地利用与景观格局变化存在明显的时空分异特征。1980-2010三十年间,海河流域土地利用以耕地、林地、草地和城乡居民建设用地为主,其中耕地面积最大,约占50%。近30年来,流域内耕地、草地、未利用地和水域面积持续减少,城乡居民建设用地和林地面积显著增加。研究区受人为活动干扰明显,土地利用变化剧烈,近20%地区发生了变化。1990-2000为流域土地利用变化最为剧烈的时期。流域最主要的土地利用转变方式为太行山及燕山山区草地向林地转变,中南部平原地区耕地向城乡居民建设用地以及农牧交错区耕地-草地-林地之间的相互转变。景观格局分析表明,景观水平上,流域景观多样性与异质性增加,破碎化加剧,景观格局趋于复杂化;类型水平上,耕地与草地斑块被割裂严重,破碎化加剧,林地与城乡居民建设用地斑块大量增加,成片状聚集分布在流域不同区域。  (3)基于最小阻力模型构建的海河流域面源污染风险格局可以较好地反映海河流域面源污染特征。通过污染风险阻力值大小反映区域面源污染风险高低。基于最小阻力模型构建的面源污染格局与地表水质存在极显著的相关性,风险格局可以很好的反映海河流域面源污染风险。海河流域有超过40%的区域存在着高或者极高的面源污染风险,总体上呈现沿河流干道向两侧风险递减的规律,中南部平原农耕区面源污染风险显著高于山区,山区高风险污染区集中分布在河流流经的山谷地带。  (4)从源头控制以及污染物迁移扩散阻力两个角度,对海河流域的土地利用结构及景观要素空间配置进行了模拟优化分析。海河流域不同地区影响河流面源污染的关键河岸带距离不同,整个海河流域对河流面源污染影响作用最大的距离为600到1600米,而山区的河岸带关键控制距离要小于平原地区的关键控制距离;在此河岸带距离范围内进行土地利用结构调整,加强土地利用管理,能够显著降低流域面源污染风险;此外,针对污染物的迁移扩散,沿河岸带设置植被缓冲带能够有效拦截面源污染物,降低区域面源污染风险。在海河流域不同区域,沿河流两侧设置400-800米缓冲带,可达到最佳控制效果。  综上,本文通过对海河流域地表水环境调查,结合流域土地利用及景观格局特征,结合最小累计阻力模型构建流域的面源污染风险格局,识别海河流域面源污染发生潜在风险,并在此基础上对流域提出格局优化建议,对于海河流域水环境污染的防控管理具有重要指导意义。
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