浑河流域景观格局指数对流域水质的影响分析

(沈阳市水利科学研究所，辽宁 沈阳 110043)

1 研究区概况

浑河的发源地位于抚顺市清原县湾甸子镇长白山支脉的滚马岭西侧，流经清原、抚顺、沈阳、辽中、辽阳等市县，全长415 km，流域面积2.5万 km2。浑河作为辽宁省水资源最丰富的内河，同时承担了辽宁省中心城市群的工农业生产及生活用水任务。辽宁中部城市群传统的重工业相对发达、人口稠密，浑河中下游的沈抚段，同一河流几十公里之内就流经两座城市，上游城市排入的污染物还未能完全稀释净化，即进入下游城市河段，又接受下游城市排入的废水，造成环境污染的叠加[1]。浑河沈阳抚顺段具有城市相邻、人口密集、工业和制造业发达、生活废水排放量大的特点，对其水质状况进行监测并做出准确合理的评价显得尤为重要[2]。

2 数据与方法

2.1 遥感影像处理

本文以 2014 年的 遥感卫星影像数据为基础，通过 ERDAS 遥感软件对原始数据进行校正与纠偏，获得研究区的完整遥感影像图。然后利用 ArcGIS 软件对上述图像进行目视解译，最终获得土地利用类型图，并用于浑河流域不同尺度缓冲区景观格局指数与河流水质之间关系的分析。

2.2 缓冲作用区的划分

依据浑河流向和子流域的划分选取54个监测点。以各个监测点为计算基点，分别在河流的上下游方向分别延伸 250 m，再利用GIS软件中的空间分析模块，分别以 垂 直于河 道 50 m、100 m、200 m、300 m、400 m 和 500 m 六种不同的距离为标准建立缓冲作用区，这样整个浑河流域共获得324个缓冲作用区。

2.3 基于不同尺度缓冲区的景观格局指数选取

本次研究选取了景观水平上的 8 种景观格局指数作为研究指标，参照相关的研究成果，所选取的景观格局指数如表 1 所示。利用 GIS 空间分析模块将不同缓冲区内的土地利用类型进行栅格形式转换，然后利用Fragstats 3.3软件对各个缓冲区内的景观格局指数进行统计分析。结果显示，在浑河流域划分的324个缓冲区内主要的土地利用类型是林地、旱地、水田、草地以及建筑用地，这五种用地类型的占比超过四分之三。具体到每个缓冲区，体土地利用构成也存在较大的差异，这种差异也随着缓冲区尺度的变化而变化，不同缓冲区内各个景观格局指数的变化情况如表1所示。

表1 研究中选取的景观指数与变化特征

3 研究结果与分析

3.1 相关性分析

依据上述统计中得出的景观指数和浑河流域的水质检测数据，对不同尺度空间下的景观格局指数与浑河水质之间的相关性进行分析，分析软件采用 Statistica7.0。总固体颗粒悬浮物(TSS)、总氮(TN)、氨氮( NH+4-N)、总磷(TP)、可溶性正磷酸盐(DP)等五项主要指标与8项景观格局指数之间的相关性分析结果如表2所示。

3.2 不同尺度缓冲作用区内景观格局指数对水质影响的分析

由上表中的数据可以看出，所选取的 8 种景观格局指数与浑河水质的主要指标间存在不同程度的相关性，能够在一定程度上反映景观格局对浑河水质的影响[3]。

(1)景观斑块数量的影响。景观斑块数量对总氮含量增加在 200m 与300m缓冲区范围内呈明显的正效应，对氨氮含量增加在100 m 和200 m 缓冲区范围内呈明显的正效应，由于景观斑块数量的生态学意义主要是景观的破碎化程度，而流域 300 m 以内区域的斑块破碎化程度较高，因此对水体中氮化物含量的增加起到了正效应作用，而随着距离的增加，这种效应明显降低。

(2)景观斑块密度的影响。景观板块密度对总氮的增加在100 m缓冲区内呈明显的正效应，对氨氮在小于100 m缓冲区内呈明显的正效应。这一生态格局指数的生态意义与斑块数量类似，也是反映景观格局的破碎化程度。缓冲作用区100 m以内的斑块密度较高、景观类型复杂，对浑河水体中氮化物含量的增加呈一定的正效应。而随着距离的增加，斑块密度不断降低，对水质的影响并不明显。

(3)最大斑块指数的影响。最大斑块指数对总氮和可溶性磷酸盐含量的增加在50 m缓冲区范围内呈明显的正效应，对氨氮和总固体颗粒物含量增加在小于100 m 缓冲区范围内呈明显正效应。由于最大斑块指数的生态学意义是优势景观类型，在浑河 100 m 内的缓冲区的优势景观主要是水田、旱田和建筑用地，而 300 以外主要是林地，由此可见，人类的生产生活是浑河水质恶化主要因素。

(4)最大形状指数的影响。最大形状指数对总氮在 300 m 缓冲区范围内有明显的正效应，对总磷在 50 m 缓冲区范围内有明显的正效应。最大形状指数的生态学意义是景观形状的复杂程度，但是景观的复杂程度对水质的影响具有明显的差异性。能够确定的是 300 m 以内的缓冲区中两者之间有明显的正效应，但是斑块形状变化对水质的影响并不明显。

(5)香农多样性指数的影响。该指数对总氮、氨氮以及总固体颗粒物含量增加在 50 m、100 m 和 200 m 缓冲区范围内呈明显的正效应。该指数的生态学意义是景观要素的比例和异质性和多样性，而浑河 200 m 缓冲区范围内景观多样性较低，对水质的影响也比较明显。

(6)蔓延指数的影响。该指数对总氮和氨氮含量增加在小于 300 m 的缓冲区范围内有明显的正效应，对固体颗粒物含量增加在小于 200 m 的缓冲区范围内呈明显的正效应。蔓延指数的生态意义主要是经管的聚集程度，而浑河流域小于 300 m 范围内主要是水田、旱田和建筑景观类型。因此，上述分析说明，河岸地带人类活动频繁对浑河水质的影响显著。

(7)聚集度指数的影响。该指数对总氮在小于 300 m 的缓冲区范围内有明显的负效应，对总磷在 50 m 缓冲区范围内有明显的负效应，对总固体颗粒物在小于 300 m 的缓冲区范围内有明显的正效应。该指数的生态学意义是景观的聚集程度和聚集性变化，而浑河流域随着缓冲距离的增加该指数不断减小，而水体中的氮磷含量增加，水污染程度加深[8]。

(8)斑块结合度的影响。该指数对总氮、氨氮含量增加在小于 100 m 缓冲区范围内有明显的正效应，对总固体颗粒物和可溶性磷酸盐在 50 m 缓冲区范围内有明显的正效应。该指数与蔓延指数的生态学意义相近，在小于100 m 缓冲区范围内该指数不断降低，而受人类活动的影响，对水质的影响作用明显[4]。

4 结语

上述研究显示，景观格局在不同空间尺度下的分布对浑河流域水体水质的影响程度也有所不同。缓冲区距离小于 300 m 的范围是景观格局影响浑河水质的关键性区域，而这一区域也是分析苏子河流域整体景观格局空间特征对水质影响的关键。斑块数量、斑块密度、斑块分布、斑块的聚集和联通程度是影响浑河水质的关键因素。

[1]杜荣海.辽宁省水资源量情势浅析[J].水土保持应用技术.2016.(02)：27-28.

[2]刘启和.基于辽阳县地下水资源质量评价的研究[J].水土保持应用技术.2016.(05)：47-49.

[3]程海英.锦州市城区水资源现状及优化配置方案[J].水土保持应用技术.2015.(06)：22-23+32.

[4]姚建.浅谈城市生活用水水平衡测试分析[J].地下水.2013.(06)：35-36+40.