項 頌，萬 玲，龐 燕*

（1.中國環(huán)境科學研究院湖泊環(huán)境研究所，北京 100012；2.中國環(huán)境科學研究院湖泊水污染治理與生態(tài)修復(fù)技術(shù)國家工程實驗室，北京 100012；3.蘇州科技大學環(huán)境科學與工程學院，江蘇 蘇州 215009）

湖泊及其流域是人類賴以生存的重要場所，對人類生存和發(fā)展意義重大。而入湖河流是湖泊主要水資源的補給通道，也是絕大部分污染物入湖的主要輸移通道，其水質(zhì)水量變化直接影響湖泊水質(zhì)，因此科學掌握入湖河流水質(zhì)時空變化特征對于湖泊水質(zhì)保護和改善至關(guān)重要[1-3]。

河流水質(zhì)受地形、地質(zhì)、氣候、植被等自然因素，以及人類生產(chǎn)、生活等人為因素多層次和多尺度的綜合影響，呈現(xiàn)出復(fù)雜的時空變化特征[4-5]。目前國際上已對許多大江大河開展研究，如歐洲的萊茵河、多瑙河[6-7]，北美的密西西比河[8]，非洲的尼羅河[9]，印度的恒河[10]，以及中國的長江、黃河、雅魯藏布江[10-12]等。主要研究內(nèi)容及方法集中在以下方面：河流水質(zhì)評價，主要方法有單因子指數(shù)、綜合因子指數(shù)、綜合水質(zhì)標識指數(shù)等[5，13]；水質(zhì)時空變化特征及污染來源分析，自然及人為因素對河流水質(zhì)變化的影響研究，以及河湖水質(zhì)關(guān)聯(lián)分析等[2，4，14-15]，研究手段除了常規(guī)的數(shù)理統(tǒng)計方法，如相關(guān)分析、主成分分析、最小二乘法、數(shù)理模型等[16-17]，還引入遙感（RS）、地理信息系統(tǒng)（GIS）等空間分析工具[3，18]；入湖污染通量計算，主要方法有系數(shù)法、同位素示蹤法、模型模擬等[19]。已有的研究成果為河流管理決策提供了有效的科學支撐，但對于水質(zhì)空間變化特征分析，以往的研究多未明確考慮水質(zhì)的空間自相關(guān)性，而實際上相鄰河流或同一河流上游或下游的水質(zhì)通常呈現(xiàn)類似的趨勢，忽略空間依賴產(chǎn)生的潛在偏差會降低研究結(jié)果的可靠性[16，18]。此外，在探索水質(zhì)和影響因素的關(guān)系時，仍以普通最小二乘法（OLS）為代表的傳統(tǒng)數(shù)理統(tǒng)計手段為主，這種方法假定回歸參數(shù)在整個研究區(qū)具有一致性，但實際空間要素對水質(zhì)的影響隨空間位置不同而異，這種關(guān)系的空間非平穩(wěn)性用傳統(tǒng)統(tǒng)計方法難以處理[20-21]。

洱海作為云南省第二大高原淡水湖泊，是大理的生命源泉，供給大理80萬人的飲用水。多年來洱海保護治理一直受到國家及地方各級部門的高度重視，因此，洱海成為我國城市近郊保護得最好的湖泊之一。然而，洱海的富營養(yǎng)化發(fā)展趨勢尚未得到遏制，2013年9、10月洱海兩次出現(xiàn)藍藻大面積聚集，對周邊幾十萬居民的飲用水安全構(gòu)成極大威脅，引起當?shù)卣母叨戎匾昜22-23]?！爸魏戎嗡?，治水先治河”，洱海流域水系發(fā)達，大小入湖河溪眾多，已有研究分析發(fā)現(xiàn)，入湖河流氮磷年入湖通量分別占洱海外源污染負荷的67.69%和67.32%[24-25]?；诖耍狙芯坷?014年的實地調(diào)研數(shù)據(jù)，將數(shù)理統(tǒng)計的定量化與空間分析的可視化有機結(jié)合，分析洱海流域入湖河流水質(zhì)時空變異特征及與洱海水質(zhì)的聯(lián)系；并針對區(qū)域社會經(jīng)濟快速發(fā)展狀況，充分考慮數(shù)據(jù)的空間異質(zhì)性問題，開展人類活動下土地利用對入湖河流水質(zhì)的影響分析，彌補了前期研究中忽視空間數(shù)據(jù)局部變化特征這一缺陷，更深入評估了流域不同位置土地利用對地表水質(zhì)的影響，對洱海流域的區(qū)域生態(tài)安全與水環(huán)境管理具有重要的科學價值和現(xiàn)實意義。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

洱海流域（99°32′～100°27′E、25°25′～26°16′N）位于云南省大理白族自治州，屬瀾滄江-湄公河水系，流域面積2565 km2，湖泊面積251 km2。流域氣候?qū)俚湫偷母咴箨懶詺夂?，干濕季分明?—10月為雨季，11月—次年4月為非雨季，多年年均溫度和降雨量分別為15.1℃和1048 mm。洱海流域水系發(fā)達，入湖河溪大小共計117條：北部主要由彌苴河、羅時江、永安江構(gòu)成“北三江”水系，北三江水系入湖水量大，多年年均徑流量占洱海入湖河流年總徑流量的48.9%，但由于河流流程長，沿途農(nóng)田區(qū)分布廣，雨季經(jīng)入湖河流攜帶入洱海的氮磷負荷高；西部主要由18條垂直于洱海的山溪型河流構(gòu)成“蒼山十八溪”水系，沿線均途經(jīng)密集村莊，河流流程短、水量相對小，占洱海多年平均徑流量的23%，是洱海清水補給的重要水源地；南部主要由波羅江及其支流白塔河構(gòu)成“波羅江”水系，流經(jīng)區(qū)域處在城鎮(zhèn)化快速轉(zhuǎn)型期，傳統(tǒng)農(nóng)田種植、畜禽養(yǎng)殖等農(nóng)業(yè)面源污染向城市面源污染快速轉(zhuǎn)變，入湖水量占洱?？?cè)牒搅髁康?.4%；這三大主要水系是洱海清水補給的主要入湖通道，其水質(zhì)水量變化直接影響著洱海水質(zhì)[26]。

1.2 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

1.2.1 水質(zhì)數(shù)據(jù)

水質(zhì)數(shù)據(jù)為2014年洱海三大主要水系入湖河流86個監(jiān)測點的數(shù)據(jù)，以及洱海11個監(jiān)測點的數(shù)據(jù)（圖1），來源于大理州環(huán)境監(jiān)測站、大理州洱海湖泊研究中心、洱源縣環(huán)境監(jiān)測站，以及中國環(huán)境科學研究院洱海研究基地自行采樣監(jiān)測（表1）。樣品采集及分析測試方法參照國家標準[27]，根據(jù)入湖河流歷史水質(zhì)狀況及對洱海水質(zhì)的影響，選取化學需氧量（Chemi?cal oxygen demand，COD）、總氮（Total nitrogen，TN）、總磷（Total phosphorous，TP）、氨氮（Ammonia nitrogen，NH+4-N）4個代表性水質(zhì)指標進行分析。根據(jù)《中共大理州委、大理州人民政府2014年洱海流域保護治理工作意見》（大發(fā)〔2014〕1號），洱海主要入湖河流水功能類別為Ⅱ類，入湖TN、TP采用《地表水環(huán)境質(zhì)量標準》（GB 3838—2002）中湖庫標準進行評價。

1.2.2 土地利用數(shù)據(jù)

土地利用分類圖來自于先前的研究工作[26，28]，主要基于2012年春季資源一號02C衛(wèi)星拍攝的高精度衛(wèi)片，經(jīng)非監(jiān)督分類法進行土地利用分類，參照《土地利用現(xiàn)狀分類》（GB/T 21010—2007），將土地利用主要分為建設(shè)用地（JS）、農(nóng)業(yè)用地（NY）、植被（ZB）、水體（ST）、其他用地（QT）5類。其中植被包括林地和牧草地；其他用地包括特殊用地、自然保留地和風景名勝設(shè)施用地。

1.3 河流水質(zhì)時空變異性分析方法

圖1 研究區(qū)概況Figure 1 Map of the study area

首先，基于SPSS19，在0.05的顯著性水平下進行水質(zhì)和土地利用數(shù)據(jù)的K-S（Kolmogorov-Smirnov）正態(tài)性檢驗，然后采用Kruskal-Wallis非參數(shù)檢驗、空間自相關(guān)分析等進行水質(zhì)的時空變異性分析。

由于文中數(shù)據(jù)分布的非正態(tài)性，故采用Kruskal-Wallis非參數(shù)檢驗分析入湖河流水質(zhì)的季節(jié)性差異。

1.4 河湖水質(zhì)關(guān)聯(lián)分析方法

采用灰色關(guān)聯(lián)分析法[29]對洱海流域入湖河流與湖泊的水質(zhì)進行關(guān)聯(lián)分析，關(guān)聯(lián)系數(shù)計算公式如下：

1.5 河流水質(zhì)空間異質(zhì)性分析方法

基于Arcgis10.4平臺，以中國科學院數(shù)據(jù)云免費提供的30 m DEM數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，進行流域劃分?？臻g自相關(guān)分析是指同一個變量在不同空間位置上的相關(guān)分析，空間自相關(guān)指標能反映水環(huán)境中污染物的分布狀況和各地區(qū)所含污染物情況的相關(guān)關(guān)系。本文通過空間自相關(guān)分析[16，18]，確定水質(zhì)參數(shù)是否在不同流域空間上相關(guān)，相關(guān)程度如何，相關(guān)程度利用全局Moran′s I來反映，其計算公式如下：

式中：n為所研究的空間區(qū)域數(shù)；Xi和Xj分別為i區(qū)域和j區(qū)域內(nèi)的水質(zhì)，為整個研究區(qū)的水質(zhì)均值；Wij為空間權(quán)重矩陣。Moran′s I介于-1至1之間，絕對值越接近1，空間自相關(guān)性越強；取值為正，表示Xi和Xj是同向變化，數(shù)據(jù)呈正相關(guān)；取值為負，表示Xi和Xj是反向變化，數(shù)據(jù)呈負相關(guān)；取值為0，則數(shù)據(jù)呈隨機分布，不具有自相關(guān)性。

1.6 土地利用對河流水質(zhì)影響的分析方法

采用Spearman秩相關(guān)分析進行土地利用和水質(zhì)關(guān)系的初步關(guān)聯(lián)分析，并結(jié)合空間自相關(guān)分析的結(jié)果，建立土地利用與水質(zhì)的局部關(guān)聯(lián)。

1.6.1 Spearman秩相關(guān)分析

Spearman秩相關(guān)分析是一種運用非參數(shù)度量兩個變量之間的統(tǒng)計相關(guān)性的統(tǒng)計方法。鑒于本文中研究數(shù)據(jù)分布的非正態(tài)性，應(yīng)用Spearman秩相關(guān)分析探究土地利用與水質(zhì)的關(guān)聯(lián)。

1.6.2 地理加權(quán)回歸分析

根據(jù)空間自相關(guān)分析結(jié)果，發(fā)現(xiàn)水質(zhì)參數(shù)具有極顯著的空間自相關(guān)性，因此引入已在其他領(lǐng)域被廣泛使用的基于非參數(shù)建模思想的地理加權(quán)回歸模型（GWR），以研究空間非平穩(wěn)前提下的土地利用分布對水質(zhì)的影響。地理加權(quán)回歸對傳統(tǒng)回歸模型進行了擴展，將數(shù)據(jù)的空間位置嵌入到回歸參數(shù)之中，以探索自變量與因變量在空間范圍內(nèi)的變化關(guān)系，有效解決了空間非平穩(wěn)性問題，減少變量殘差（γj）的空間自相關(guān)[20-21]。

式中：（uj，υj）為第j個采樣點的坐標；βi（uj，υj）為自變量xi在j點處的局部回歸系數(shù)；β0（uj，υj）及εj分別為模型在j點處的回歸常數(shù)和誤差項。

2 結(jié)果與分析

2.1 洱海入湖河流水質(zhì)時空變化分析

2.1.1 洱海流域入湖河流水質(zhì)時空分布

洱海流域三大水系入湖河流水質(zhì)的月均變化如圖2所示。COD、TN、TP、NH+4-N濃度分別為4.51～27.69、1.10～4.81、0.049～0.357、0.17～1.34mg·L-1，COD和NH+4-N月均值處于Ⅲ類水平，TN和TP月均值分別達到劣Ⅴ類和Ⅴ類水平，4項指標均超Ⅱ類水質(zhì)保護目標，其中TN、TP是主要污染指標。

2.1.2 洱海流域入湖河流水質(zhì)空間變異性分析

入湖河流水質(zhì)空間變異性的非參數(shù)檢驗結(jié)果如表2所示。結(jié)果顯示洱海三大入湖水系COD、TN、TP、NH+4-N的檢驗P值均小于0.05，其中波羅江水系4個指標的平均秩均最高，蒼山十八溪氮磷指標的平均秩僅次于波羅江，也較高，而北三江氮磷指標的平均秩最低，但COD和NH+4-N的平均秩較高，說明洱海入湖河流水質(zhì)空間差異顯著，波羅江水質(zhì)最差，有機物和氮磷污染均較重，蒼山十八溪以氮磷污染為主，北三江以COD和NH+4-N污染為主。

2.1.3 洱海流域入湖河流水質(zhì)季節(jié)差異性分析

水質(zhì)指標季節(jié)性差異檢驗結(jié)果（表3）顯示，除蒼山十八溪COD、北三江TN外，三大水系各指標的平均秩均在雨季高于旱季，說明雨季入湖河流水質(zhì)較旱季差。此外，COD在三大水系中均存在顯著季節(jié)差異（P＜0.05），TN、TP在北三江水系存在顯著季節(jié)差異（P＜0.05），說明波羅江和北三江入湖河流COD在雨季濃度明顯升高，蒼山十八溪在旱季濃度明顯升高，而北三江TN、TP分別在旱季和雨季明顯變差。

圖2 洱海入湖河流水質(zhì)變化Figure 2 Variation of inflow rivers water quality in Lake Erhai basin

2.2 洱海入湖河流與湖泊水質(zhì)的關(guān)聯(lián)分析

2.2.1 河湖水質(zhì)月均關(guān)聯(lián)分析

洱海入湖河流與湖泊水質(zhì)的月均關(guān)聯(lián)如圖3所示，總體而言，5—10月雨季入湖河流與湖泊的水質(zhì)關(guān)聯(lián)更強。兩者COD關(guān)聯(lián)系數(shù)最大值出現(xiàn)在6月，NH+4-N在12月和6月關(guān)聯(lián)系數(shù)較高，TN在7月關(guān)聯(lián)系數(shù)出現(xiàn)最大值，TP在6月和7月關(guān)聯(lián)系數(shù)較高，可見6月和7月入湖河流水質(zhì)的變化對洱海水質(zhì)影響最強。

2.2.2 河湖水質(zhì)空間關(guān)聯(lián)分析

圖3 入湖河流與湖泊水質(zhì)的關(guān)聯(lián)度Figure 3 The correlation of water quality between inflow rivers and Erhai Lake

表3 水質(zhì)指標季節(jié)差異性檢驗Table 3 Seasonal difference tests of water quality index

表4 水質(zhì)指標與土地利用的Spearman相關(guān)分析Table 4 Spearman correlations between water quality and land use

洱海入湖河流與洱海水質(zhì)的空間分布如圖4所示。COD在入湖河流及湖內(nèi)的分布均表現(xiàn)為南部最高，北部其次，湖心及周邊區(qū)域較低；TN在湖內(nèi)的分布為湖心及西北區(qū)域較高，湖體南北區(qū)域較低，而入湖河流TN空間分布則與之相反，在海西偏北的區(qū)域較低，南北入湖區(qū)域均較高；TP在入湖河流及湖內(nèi)的分布也基本一致，均表現(xiàn)為南部區(qū)域較高，北部及湖心區(qū)域較低；NH+4-N在湖內(nèi)南北區(qū)域均較高，湖心偏北區(qū)域較低，除北部外的其他區(qū)域，入湖河流NH+4-N濃度高時對應(yīng)的湖內(nèi)濃度也較高?？梢姡齌N外入湖河流與湖體污染物空間分布規(guī)律基本一致，說明洱海入湖河流水質(zhì)對洱海水質(zhì)影響很大，入湖河流治理是洱海富營養(yǎng)化治理的關(guān)鍵問題之一。

2.3 流域土地利用分布對入湖河流水質(zhì)的影響

2.3.1 水質(zhì)與土地利用相關(guān)分析

入湖河流水質(zhì)與流域尺度下土地利用的Spear?man相關(guān)性分析結(jié)果（表4）顯示，與水質(zhì)指標有顯著相關(guān)性的地類為建設(shè)用地、植被和其他用地。建設(shè)用地面積百分比與各水質(zhì)指標均呈正相關(guān)，且與TN、TP呈極顯著正相關(guān)（P＜0.01）；植被面積百分比與各水質(zhì)指標均呈負相關(guān)，且與COD呈顯著負相關(guān)（P＜0.05）；其他用地面積百分比與TN、TP呈顯著負相關(guān)（P＜0.05）。

2.3.2 空間異質(zhì)性下水質(zhì)與土地利用關(guān)聯(lián)分析

（1）空間異質(zhì)性檢驗

根據(jù)公式（2）計算得出，2014年洱海流域主要入湖河流COD、TN、TP、NH+4-N的全局Moran′s I指數(shù)分別為0.24、0.01、0.11、0.10（表5），其中COD、TP、NH+4-N 3個指標的正態(tài)統(tǒng)計量Z值均大于正態(tài)函數(shù)在0.01顯著性水平下的臨界值2.58，表明2014年洱海主要入湖河流COD、TP、NH+4-N存在正的空間自相關(guān)，呈聚集性分布。鑒于入湖河流COD、TP、NH+4-N 3個指標的顯著空間自相關(guān)性，有必要運用地理加權(quán)回歸模型（GWR）在空間非平穩(wěn)前提下對入湖河流水質(zhì)的影響因素進行分析。

（2）地理加權(quán)回歸分析

根據(jù)土地利用和水質(zhì)的初步相關(guān)分析，以及水質(zhì)指標的空間自相關(guān)情況，選取呈顯著相關(guān)的COD與植被（ZB）、TP與建設(shè)用地（JS）構(gòu)建兩組模型，對研究區(qū)不同區(qū)域土地利用和水質(zhì)的關(guān)系進行分析，模型的擬合參數(shù)見圖5和圖6。

圖5顯示，植被對COD的影響并非如Spearman結(jié)果所示完全負相關(guān)，而是顯示出明顯的局部特征。從回歸系數(shù)的方向分析，植被與COD的關(guān)系在南部波羅江水系由正相關(guān)逐漸變?yōu)樨撓嚓P(guān)，此后在其他區(qū)域均表現(xiàn)為負相關(guān)；從回歸系數(shù)的大小分析，兩者回歸系數(shù)由南向北遞增，同時兩者的擬合關(guān)系也呈現(xiàn)與回歸系數(shù)基本一致的變化規(guī)律，說明植被對COD的影響隨著空間位置變化有較大差異，主要表現(xiàn)為由南向北影響加劇，其中在北三江水系植被對入湖河流COD改善效果最強，而在入湖河流COD污染較重的南部波羅江水系，植被對水質(zhì)的影響最弱。

圖6顯示，建設(shè)用地對TP的影響與Sperman結(jié)果在方向上一致，呈正相關(guān)，但局部也存在一定差異。兩者回歸系數(shù)在西部蒼山十八溪水系較高，南部波羅江水系次之，北部北三江水系較低，兩者擬合度也在西部及北部入湖區(qū)域較強，說明建設(shè)用地對TP的負面影響主要集中在西部蒼山十八溪流域和北部入湖部分，而在TP污染較輕的北三江水系源頭區(qū)，以及波羅江水系源頭區(qū)兩者作用相對較弱。

表5 洱海入湖河流水質(zhì)全局Moran′s ITable 5 Moran′s Ivalue of inflow rivers water quality in Lake Erhaibasin

圖4 入湖河流與湖泊水質(zhì)指標的空間分布Figure 4 Spatial variation of water quality indexes between inflow rivers and the Lake Erhai

3 討論

3.1 洱海入湖河流污染特征

2014年洱海入湖河流水質(zhì)均超標，氮磷是主要污染因子。水質(zhì)時空差異顯著，雨季整體水質(zhì)較差，重污染區(qū)域為波羅江水系，其次為蒼山十八溪水系。這與課題組先前的研究一致，先前對洱海10個主要小流域雨季和非雨季入湖河流水質(zhì)分析已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，TN、TP分別在非雨季、雨季出現(xiàn)最大值，且TP是洱海西部區(qū)域入湖河流的主要污染指標，有機物和氮是洱海北部和南部區(qū)域的主要污染指標[28]；此外與金春玲等[30]、梁啟斌等[31]和羊華等[25]的研究結(jié)論也相似。

水質(zhì)指標的季節(jié)性變化特征反映其污染來源，2014年入湖河流雨季整體水質(zhì)較差，可能是由于雨季降雨量增大，更多的污染物隨之沖刷進入河道，使污染加重[15，26]。就區(qū)域污染特征而言，波羅江和蒼山十八溪雨季氮磷濃度高，說明兩個區(qū)域的雨季面源污染是控制關(guān)鍵，其中波羅江處在城鎮(zhèn)化快速轉(zhuǎn)型期，污染源由傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)面源污染向城鎮(zhèn)面源污染快速轉(zhuǎn)變，污染來源相對復(fù)雜、多變，雨季降雨沖刷地表導(dǎo)致入河污染增多；蒼山十八溪水系的面源污染可能是由于其位于人口最密集的區(qū)域，人類生產(chǎn)生活產(chǎn)生的污廢水多，另外高強度人類活動下區(qū)域土地開發(fā)建設(shè)面積較大，不透水地表增加，從而導(dǎo)致污染發(fā)生的風險加大[13，20，22]。而北三江水系入湖河流氮磷污染雖相對輕，但兩者濃度季節(jié)性差異顯著，呈現(xiàn)出旱季氮污染較重、雨季磷污染較重的特點，加之北三江入湖水量大[25]，因此北三江仍需謹防雨季面源污染造成入湖河流磷濃度升高。

3.2 入湖河流與湖泊水質(zhì)的關(guān)聯(lián)

研究發(fā)現(xiàn)雨季入湖河流與湖泊的水質(zhì)關(guān)聯(lián)更強，TN在7月河湖關(guān)聯(lián)系數(shù)出現(xiàn)最大值，TP在6月和7月河湖關(guān)聯(lián)系數(shù)較高；除TN外，入湖河流與湖泊水質(zhì)表現(xiàn)出了很好的相關(guān)性，入湖河流污染重的區(qū)域?qū)?yīng)的湖體污染物濃度也偏高。這與以往的研究結(jié)論類似：羊華等[25]的研究發(fā)現(xiàn)，入湖河溪磷負荷與洱海水體富營養(yǎng)化程度呈強相關(guān)性，尤其是汛期，隨著入湖水量增多，洱海水體富營養(yǎng)化程度急劇加重；查慧銘等[4]通過對太湖出入湖河道與湖體水質(zhì)季節(jié)差異分析發(fā)現(xiàn)，對于空間異質(zhì)性較高的大型淺水湖泊，流域河道入湖污染對湖體營養(yǎng)鹽時空格局具有重要的塑造作用。說明入湖河流是洱海流域外源輸入的重要通道，兩者關(guān)系密切，尤其在雨季來臨前開展入湖河流治理對控制湖泊富營養(yǎng)化極其重要。

圖5 植被面積百分比與COD所構(gòu)建GWR模型之局部回歸系數(shù)和擬合度Figure 5 Regression parameters values and local R2 for vegetation and CODbased on GWR

此外本次研究發(fā)現(xiàn)洱海入湖河流與湖泊TN濃度變化并未呈現(xiàn)出很好的空間一致性，這一方面可能與流域新建的庫塘濕地等生態(tài)凈化系統(tǒng)對其截留凈化作用有關(guān)，另一方面從入湖途徑上，流域山區(qū)徑流主要通過溪流入湖，而山前壩區(qū)徑流主要通過密布的溝渠入湖[30]，此外作為污染入湖的遷移通道，湖泊水質(zhì)受入湖河流水質(zhì)及水量、入湖途徑、遷移轉(zhuǎn)化過程等多重因素的綜合影響。本次河湖水質(zhì)空間關(guān)聯(lián)以定性分析為主，后續(xù)河湖關(guān)聯(lián)分析中應(yīng)加強敏感性和不確定性等定量分析，進一步分析兩者的關(guān)聯(lián)機制。

3.3 土地利用對入湖河流水質(zhì)的影響

圖6 建設(shè)用地面積百分比與TP所構(gòu)建GWR模型之局部回歸系數(shù)和擬合度Figure 6 Regression parameters values and local R2 for construction land and TPbased on GWR

研究發(fā)現(xiàn)流域整體尺度下植被面積百分比與水質(zhì)指標均呈負相關(guān)，與COD呈顯著負相關(guān)（P＜0.05）；建設(shè)用地面積百分比與水質(zhì)指標均呈正相關(guān)，且與TN、TP極顯著正相關(guān)（P＜0.01）。這種植被用地對水質(zhì)的正向效應(yīng)、建設(shè)用地對水質(zhì)的負向效應(yīng)雖在課題組以往的研究中[26，28，32]均有體現(xiàn)：對洱海北部 5 個小流域土地利用與水質(zhì)關(guān)聯(lián)分析發(fā)現(xiàn)，建設(shè)用地與入湖河流水質(zhì)呈一定程度正相關(guān)，植被對水質(zhì)改善有利，其中植被區(qū)面積百分比與旱季TN、TP呈顯著負相關(guān)，與COD在全年呈一定程度負相關(guān)[26]；關(guān)于洱海西部土地利用與入湖河流水質(zhì)關(guān)系的研究也發(fā)現(xiàn)，建設(shè)用地面積百分比與河流水質(zhì)指標呈正相關(guān)，植被面積百分比與河流水質(zhì)指標呈負相關(guān)，其中建設(shè)用地面積百分比與入湖河流TP濃度呈顯著正相關(guān)[32]。但進一步研究卻發(fā)現(xiàn)由于入湖河流水質(zhì)的空間自相關(guān)，土地利用對水質(zhì)的影響在整個流域并不一致，兩者關(guān)系隨空間位置變化而不同，且植被對COD的影響也并非在全流域均為負相關(guān)，表現(xiàn)為植被與COD的關(guān)系在南部波羅江水系由正相關(guān)逐漸變?yōu)樨撓嚓P(guān)，改善效應(yīng)在北三江水系區(qū)域較顯著，而建設(shè)用地對TP的影響雖在全流域均呈負向效應(yīng)，但在蒼山十八溪水系和北部入湖區(qū)域作用效果更顯著。這與研究區(qū)的地形、土地利用分布等密切相關(guān)，流域地形隨著坡度遞減主要由外圍的遠山地形、中間的平壩地形、湖周的湖濱地形組成，構(gòu)成兩關(guān)五壩一圈帶的典型地貌特征，植被主要分布在山區(qū)，建設(shè)用地主要分布在平壩區(qū)。北三江水系發(fā)源于山區(qū)植被，流程長，且入湖前途經(jīng)3個壩區(qū)，壩區(qū)地勢低，周圍由山區(qū)植被環(huán)繞，植被占比高達42%～56%，這使北三江水系入湖前經(jīng)過三級天然凈化，水質(zhì)相對較好，植被和河道自凈發(fā)揮了重要的污染消減作用；而蒼山十八溪水系所在區(qū)域山高谷深、支溝短小，水系經(jīng)山區(qū)植被發(fā)源，途徑蒼山十八溪壩子后經(jīng)緩沖帶入湖，壩區(qū)人口密集、開發(fā)強度大，建設(shè)用地面積平均達13%，加之區(qū)域狹長短小、入湖流程短促，導(dǎo)致建設(shè)用地對水質(zhì)的不利影響[3，27-28]?？梢?，從土地開發(fā)利用的角度，北三江水系仍需保持現(xiàn)有的植被覆蓋度，而蒼山十八溪水系建設(shè)用地是重點管控對象。

4 結(jié)論

（1）2014年洱海入湖水質(zhì)超Ⅱ類目標，氮磷是主要污染因子，水質(zhì)時空差異顯著，重污染區(qū)域為波羅江水系，其次為蒼山十八溪水系，雨季整體水質(zhì)較旱季差。

（2）入湖河流與湖泊水質(zhì)時空關(guān)聯(lián)密切，兩者關(guān)聯(lián)在雨季更強，空間上除TN外，入湖河流與湖體污染物分布規(guī)律基本一致。

（3）流域整體尺度下，COD與植被面積百分比呈顯著負相關(guān)（P＜0.05），TN、TP與建設(shè)用地面積百分比呈極顯著正相關(guān)（P＜0.01），與其他用地面積百分比呈顯著負相關(guān)（P＜0.05）。

（4）入湖河流COD、TP、NH+4-N均呈顯著空間自相關(guān)，構(gòu)建的地理加權(quán)回歸模型均顯示出顯著空間差異，其中植被面積百分比與COD的關(guān)系由正相關(guān)逐漸過渡到負相關(guān)，兩者擬合程度由南向北遞增；建設(shè)用地面積百分比與TP在整個流域均呈正相關(guān)，西部蒼山十八溪流域和北部入湖區(qū)域兩者擬合程度更好。