朱蘭保 盛蒂 戚曉明 杜慶才 丁艷

(蚌埠學(xué)院化學(xué)與環(huán)境工程系，安徽蚌埠233030)

城市化進(jìn)程正改變著城市景觀格局，而景觀格局的變化對非點(diǎn)源污染的影響十分明顯，在城區(qū)及城市化區(qū)域這種影響更加顯著［1-2］。面源污染的形成、轉(zhuǎn)化和遷移與景觀格局之間存在著相關(guān)關(guān)系［3］，這種關(guān)系主要是受到土地利用類型和其空間分布的影響［4］。合理的景觀格局，能夠通過生態(tài)攔截作用來減少流域內(nèi)污染物進(jìn)入水環(huán)境［5］。純粹的水質(zhì)監(jiān)測評價和點(diǎn)源污染治理等措施不足以應(yīng)對快速城市化過程中引起的水質(zhì)惡化、水生生態(tài)系統(tǒng)退化等問題［6］。采用與水質(zhì)顯著相關(guān)的景觀格局指數(shù)作為景觀尺度上的景觀環(huán)境指標(biāo)，可以直接反映水質(zhì)變化的原因，對于水質(zhì)監(jiān)測、流域水污染控制與管理具有重要意義［6］。

目前關(guān)于景觀格局對水質(zhì)影響的相關(guān)研究［7-9］主要集中在景觀類型的面積與水質(zhì)的關(guān)系方面，將流域水質(zhì)狀況進(jìn)行綜合分析，并且在斑塊類型水平上來研究景觀格局對水質(zhì)狀況影響的較少［10］，關(guān)于景觀格局的演變對城市湖泊水質(zhì)影響的研究更是鮮有文獻(xiàn)報道。本研究以安徽省蚌埠市為例，應(yīng)用多時相Landsat TM/ETM+遙感影像為數(shù)據(jù)源，采用的DEM數(shù)據(jù)為SRTM格式數(shù)據(jù)，精度為90 m，通過分析景觀格局指數(shù)與水質(zhì)污染狀況的關(guān)系，探討景觀格局變化對城市湖泊水質(zhì)的影響，為合理利用土地、控制流域污染提供科學(xué)依據(jù)。

1 研究區(qū)域概況

蚌埠市位于安徽省東北部，北緯32°43'至33°30'，東經(jīng) 116°45'至 118°04'，下設(shè)蚌山區(qū)、禹會區(qū)、淮上區(qū)、龍子湖區(qū)4個市轄區(qū)，管轄?wèi)堰h(yuǎn)縣、固鎮(zhèn)縣和五河縣。津浦鐵路從境區(qū)中部縱貫?zāi)媳?，淮河自西向東穿城而過，總面積5 952 km2，總?cè)丝?67.81萬。蚌埠地處亞熱帶季風(fēng)氣候和溫帶季風(fēng)氣候的交界地帶，年均降水量約880 mm，四季分明。蚌埠市是安徽省最重要的綜合性工業(yè)基地，擁有機(jī)械、化工、醫(yī)藥、電子、建材等行業(yè)齊備的工業(yè)體系，科研院所和高等院校較多。

龍子湖位于安徽省蚌埠市，是全國最大的城市內(nèi)湖。龍子湖三面環(huán)山，山水相依，呈三山夾一湖的獨(dú)特景觀，為國家4A級旅游景區(qū)和國家級生態(tài)示范區(qū)的主體部分，以景觀旅游為主，兼具水產(chǎn)養(yǎng)殖、滯洪和調(diào)節(jié)氣候等功能。龍子湖風(fēng)景區(qū)總面積為36.9 km2，湖水面南北長約8 km，東西寬0.45～1.4 km不等，平均水深1.7 m，水面面積約7.8 km2。隨著蚌埠市城市化的不斷發(fā)展，特別是龍子湖周邊進(jìn)行的大規(guī)模景觀開發(fā)，改變了其原有的景觀格局。

2 材料與方法

2.1 遙感圖像處理與土地利用分類

遙感圖像選用美國陸地衛(wèi)星Landsat TM/ETM+影像，成像時間和軌道號為:2004-04-06(121-37，Landsat-5 TM)和 2012-04-13(121-37，Landsat-7 ETM)，成像時天氣狀況比較好，成像質(zhì)量理想，成像季節(jié)為春季。根據(jù)下墊面對城市水文的作用和國家通用的土地利用分類系統(tǒng)［11-12］，結(jié)合蚌埠市土地利用方式的實(shí)際情況及景觀格局特點(diǎn)對景觀類型進(jìn)行了分類，分為:水體、建筑用地、林地、耕地、草地和裸地。針對Landsat TM/ETM+影像目標(biāo)，提取了光譜、紋理及形狀特征，應(yīng)用ENVI5.0軟件中的Decision Tree模塊對蚌埠市景觀類型分類，2個時期景觀類型分類結(jié)果見圖1。

圖1 蚌埠市多時相景觀格局遙感分類圖

2.2 景觀指數(shù)的計算

景觀指數(shù)作為景觀格局信息的重要指標(biāo)，能夠反映其結(jié)構(gòu)組成和空間配置特征，定量地描述和監(jiān)測景觀結(jié)構(gòu)特征時空尺度的變化［12］。本研究采用Fragstate3.3軟件分別計算蚌埠市景觀面積指數(shù)(CA)、斑塊密度(PD)和平均破碎度指數(shù)(FRAC_MN)，以分析蚌埠市景觀格局變化情況。蚌埠市2個時相景觀類型分類圖構(gòu)建的景觀格局指數(shù) CA、PD、FRAC_MN的變化趨勢如圖2所示。

圖2 景觀格局指數(shù)CA(左)、PD(中)、FRAC_MN(右)變化趨勢

2.3 評價方法

依據(jù)《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB3838-2002)［13］對水體功能區(qū)的劃分，龍子湖為Ⅲ類水體。本研究分別采用單項污染指數(shù)法［14］和內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)法［14］對水質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行評價，采用的評價標(biāo)準(zhǔn)見表1，單項污染指數(shù)/內(nèi)梅羅指數(shù)與污染等級關(guān)系見表2。

表1 地表水Ⅲ類水質(zhì)評價標(biāo)準(zhǔn) mg/L

表2 單項污染指數(shù)/內(nèi)梅羅指數(shù)與污染等級關(guān)系

3 結(jié)果與分析

3.1 龍子湖水質(zhì)監(jiān)測結(jié)果與分析

表3中龍子湖水質(zhì)指標(biāo)的數(shù)據(jù)來源于《蚌埠市統(tǒng)計年鑒》和《蚌埠市環(huán)境保護(hù)局網(wǎng)站》。

表3 龍子湖水質(zhì)測定結(jié)果 mg/L

與《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB3838-2002)中Ⅲ類水的標(biāo)準(zhǔn)相比，2004年龍子湖水質(zhì)指標(biāo)TN、TP、Pb超標(biāo);2012 年水質(zhì)指標(biāo) COD、TN、TP、Zn、Pb超標(biāo);pH、DO、Cu等水質(zhì)指標(biāo)在2次監(jiān)測中均低于環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)。

3.2 單項污染指數(shù)法評價

對龍子湖2004年和2012年2次監(jiān)測結(jié)果采用單項污染指數(shù)法對其進(jìn)行評價，結(jié)果見表4。

表4 龍子湖水質(zhì)單項污染指數(shù)

龍子湖2004年和2012年水質(zhì)監(jiān)測結(jié)果單因子超標(biāo)(污染)程度由高到低依次是:Pb(重污染)＞TP(中污染)＞TN(輕污染)、TP(嚴(yán)重污染)＞Pb(嚴(yán)重污染)＞TN(中污染)＞COD(輕污染)＞Zn(輕污染);其他參評因子單項污染指數(shù)均低于1，為清潔水平?？梢婟堊雍w主要問題是水體處于富營養(yǎng)化狀態(tài)，Pb污染嚴(yán)重，有機(jī)物和Zn為輕污染。龍子湖2004年水質(zhì)監(jiān)測結(jié)果總體上比2012年監(jiān)測結(jié)果好。

3.3 內(nèi)梅羅指數(shù)結(jié)果及分析

應(yīng)用內(nèi)梅羅指數(shù)法計算公式，分別對龍子湖2004年和2012年2次水質(zhì)指標(biāo)監(jiān)測結(jié)果進(jìn)行計算，得出其內(nèi)梅羅指數(shù)分別為2.44和4.64。結(jié)合內(nèi)梅羅指數(shù)法評價標(biāo)準(zhǔn)可知，龍子湖水質(zhì)在2004年處于中污染水平，2012年處于重污染水平。

3.4 景觀格局對水質(zhì)影響分析

蚌埠市景觀面積指數(shù)中建筑用地、林地面積增加，裸地、草地、耕地面積減少，水體基本沒有變化;斑塊密度中建筑用地、裸地面積減少，草地、耕地面積增大，水體基本也沒有變化。說明蚌埠市近10 a來棚戶區(qū)的改造、新建筑物、不透水地面的增多占據(jù)了大量的裸地、草地和耕地，這與城市化進(jìn)程遙感圖像基本特點(diǎn)相一致。平均破碎度指數(shù)強(qiáng)調(diào)的是斑塊的自相似性，一般來說，受人類活動影響大的景觀的分維數(shù)值低，而受人類活動干擾小的自然景觀的分維數(shù)值高［12，15］。2012 年蚌埠市各種景觀(水體、建筑用地、裸地、林地、草地、耕地)平均破碎度指數(shù)均比2004年低，說明蚌埠市各種景觀受人類活動干擾越來越明顯，這與近年來蚌埠市城市化進(jìn)程加快有很大的關(guān)系。

城市化過程最突出的特征是人口、產(chǎn)業(yè)、物業(yè)向城市集中，區(qū)域景觀格局變化。集中地表現(xiàn)為自然、農(nóng)業(yè)用地減少，建筑、公共設(shè)施用地增加，不透水地面比例上升，減少了地下水的入滲量，從而增大地表徑流量，把地表的污染物攜帶進(jìn)入河道、湖泊等水體，引起水質(zhì)的惡化。特別是從2005年以來蚌埠市政府對龍子湖及周邊地區(qū)進(jìn)行了大規(guī)模的開發(fā)，大學(xué)城區(qū)4所高校近6萬師生的入住、新建了綠地小區(qū)、龍湖春天小區(qū)、龍湖春天商業(yè)街、蚌埠火車南站等商業(yè)用地、居民用地、教育用地和交通用地等，改變了龍子湖周邊原有的景觀格局。同時大量的生活垃圾、商業(yè)垃圾、交通污染源和實(shí)驗室的廢棄物等污染物質(zhì)的排放，通過地表徑流和地下滲漏的作用直接或間接進(jìn)入龍子湖，導(dǎo)致了龍子湖水質(zhì)逐年下降。

4 結(jié)語

本文以蚌埠市為例，應(yīng)用多時相Landsat TM/ETM+遙感影像為數(shù)據(jù)源，探討了景觀格局變化對城市湖泊水質(zhì)的影響。景觀類型是影響水質(zhì)的重要因素，城市化進(jìn)程導(dǎo)致建設(shè)用地急速增長，占用了草地、耕地，使城區(qū)不透水面積增加，改變了城市地表徑流和入滲原有的產(chǎn)匯流條件，排入水體的污染源增多，導(dǎo)致城市湖泊水質(zhì)下降。蚌埠市的景觀平均分維數(shù)較低，反映出蚌埠市景觀格局受人類干擾程度較大，科學(xué)合理地規(guī)劃城市土地利用格局對城市綜合水資源管理具有重要作用。

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