（自然地理学专业论文）梁子湖流域土地利用变化对流域水环境的影响.pdf

，f 矗、 硕士学住论丈 m a s t e r st h e s i s 摘要 土地利用是人类活动最直接的一种表现形式，不合理的土地利用活动和管理模 式会导致土壤侵蚀和营养物随地表径流流失，从而造成流域的大面积非点源污染。 从非点源污染的形成机制来看，它主要取决于土地利用土地覆盖变化的模式。所 以，随着l u c c 研究的不断深入，土地利用变化对水环境的影响受到普遍关注。国内 外大量的资料表明土地利用类型对流域水环境有着强烈的影响。因此，科学地预测 流域土地利用与非点源污染负荷量之间的内在联系、分析土地利用变化对非点源污 染的影响，提出保护水环境功能的最佳土地利用和管理模式，对提高流域水环境质 量和实现流域生态环境持续发展具有重要的研究意义。目前国内外研究的热点是从 土地利用格局和最优控制措施的角度研究非点源污染。随着工业点源污染控制水平 的提高，非点源污染已成为当今水环境污染的主要污染源，而人类的土地利用是非 点源污染的主要影响动因。 梁子湖流域在综合农业区划上属于武鄂黄城郊型农业区江南岗丘地亚型，土地 利用现状以农业水产为主。农业上除了传统的水稻生产外，棉花、茶叶、苎麻等经 济作物发展较快，尤其是在咸安区苎麻加工业较为集中，所带来的环境问题很突出。 另外，水产养殖业规模大，其产值在农业比重增加较快。本研究以梁子湖流域为例， 通过野外实地调查，历史资料以及g i s 手段的应用，解译了梁子湖流域1 9 8 7 、1 9 9 5 、 2 0 0 5 年三期t m 影像，分析了梁子湖流域土地利用的变化情况，获取了流域的水环 境变化趋势和景观特征。本文借鉴和利用景观生态学的有关理论和研究方法，探讨 了流域景观特征对流域水环境的影响。从水环境保护的需求出发，构建了梁子湖流 域以调控非点源污染、保护水体质量为目标的水环境生态区划。并针对近2 0 年来 流域土地利用变化趋势，提出了相应的管理模式及措施，从而为解决流域尺度上非 点源污染问题提供了一个全新的研究视角，而且为降低景观类型及其格局对水体质 量的威胁程度提供了一个行之有效的处理方案，有利于流域经济发展和水质保护目 标的更好实现。 关键词：梁子湖流域：土地利用：水环境：景观格局 硕士学位论文 m a s t e r st h e s i s a b s t r a c t l a n du s ei so n eo ft h em o s td i r e c tf o r m so fh u m a na c t i v i t i e s i r r a t i o n a ll a n d u s e a c t i v i t i e sa n dm a n a g e m e n tw i l ll e a dt os o i le r o s i o na n dn u t r i e n tl o s sw i t hs u r f a c er u n o f f , t h e r e f o r e ，c a u s i n gal a r g ea r e ao fn o n p o i n ts o u r c ep o l l u t i o nt ow a t e r s h e d f r o mt h ep o i n t o fv i e wo ft h ef o r m a t i o nm e c h a n i s mo nn o n p o i n ts o u r c ep o l l u t i o n ，i tm a i n l yd e p e n d s o n l a n du s e l a n dc o v e rc h a n g em o d e l s o ，w i t ht h ec o n s t a n td e e p e n i n go fl u c c r e s e a r c h ， t h ei m p a c to nw a t e rr e s o u r c e sw i t hl a n d - u s ec h a n g ea r eg e n e r a l l yc o n c e r n e d a l o to fd a t a a th o m ea n da b r o a di n d i c a t et h a tl a n d u s et y p e sh a v e s t r o n gi m p a c to nt h ew a t e r e n v i r o n m e n t t h e r e f o r e ，p r e d i c t i n gt h ei n t r i n s i cl i n kb e t w e e nw a t e r s h e dl a n du s ea n d n o n 。p o i n ts o u r c ep o l l u t i o nl o a d ，a n a l y z i n gt h ei m p a c to nn o n p o i n ts o u r c ep o l l u t i o nw i t h t h el a n du s ec h a n g e ，a n db r i n g i n gf o r w a r dt h eb e s tl a n du s ea n dm a n a g e m e n tm o d e l t o e n s u r es e r v i c ef u n c t i o n so ft h ew a t e ra r ei m p o r t a n tt oi m p r o v et h eq u a l i t yo ft h ew a t e r e n v i r o n m e n ta n dt oa c h i e v es u s t a i n a b l e d e v e l o p m e n to ne c o l o g i c a le n v i r o n m e n to f w a t e r s h e d w i t ht h ei m p r o v e m e n to fc o n t r o ll e v e lo nt h ei n d u s t r i a lp o i n ts o u r c ep o i l u t i o n n o n p o i n ts o u r c ep o l l u t i o nh a sb e c o m et h em a i ns o u r c eo fw a t e rp o l l u t i o n a n dh u m a n l a n d u s ei st h em a i nd r i v i n gf o r c ef o r n o n p o i n ts o u r c ep o l l u t i o n f r o ma n g l eo ft h el a n du s ep a t t e r na n do p t i m a lc o n t r o lm e a s u r e s t or e s e a r c h n o n 。p o i n ts o u r c ep o l l u t i o ni st h em a i nt e n d e n c yo fn o n p o i n ts o u r c ep o l l u t i o nr e s e a r c h a t p r e s e n t ，i t i sah o tp o i n to fd o m e s t i ca n di n t e r n a t i o n a lr e s e a r c h f i 0 m t h e c o m p r e h e n s i v ea g r i c u l t u r a lr e g i o n a l i z a t i o n ，l i a n g z il a k ew a t e r s h e db e l o n g st os o u t ho f t h ey a n g t z er i v e rm o u n ds u b t y p ea m o n g w u h a n e z h o u h u a n g s h is u b u r b a na g r i c u l t u r a l a r e a a n dl a n du s ec u r r e n tc o n d i t i o ni s b a s e do nt h ep r i n c i p l eo fc r o p f a r m i n ga n d a q u a c u l t u r e f o ra g r i c u l t u r e ，b e s i d e st h et r a d i t i o n a lr i c ep r o d u c t i o n ，c o t t o n ，t e a , r a m i ea n d o t h e re c o n o m i cc r o p sd e v e l o p e dr a p i d l y e s p e c i a l l yi nx i a n a nr e g i o n ，r a m i ep r o c e s s i n g i n d u s t r yi sm o r ec o n c e n t r a t e d a sar e s u l t ，t h ee n v i r o n m e n t a lp r o b l e mi sv e r yo u t s t a n d i n g b e s i d e s ，a q u a c u l t u r eh a sal a r g es c a l e i t so u t p u tv a l u ea c c o u n t e df o ra g r i c u i t u r e i n c r e a s e s r a p i d l y t h i sa r t i c l et a k e s a l l e x a m p l eo fl i a n g z il a k e ，t h r o u g hf i e l d i n v e s t i g a t i o n ，h i s t o r i c a lm a t e r i a li n s p e c t i o n ，a n dt h ea p p l i c a t i o no fg i st e c h n o l o g v t h e a u t h o ri n t e r p r e t e dt h r e ep h a s e ( 1 9 8 7 ，1 9 9 5 ，2 0 0 5 ) t mi m a g e so fl i a n g z il a k eb a s i n ； a n a l y z e d t h e c h a n g e o nl a n du s eo f l i a n g z il a k ew a t e r s h e d ；h a da c c e s st 0 1 1 c h a i l g i n g - t r e n do fw a t e r e n v i r o n m e n to nl i a n g z il a k ew a t e r s h e da n dl a n d s c a p ef e a t u r e s t h i st h e s i sl e a r n sa n da p p l i e st h et h e o r yo fl a n d s c a p ee c o l o g ya n di n t e r r e l a t e dr e s e a r c h m e t h o d s ，a n de x p l o r e s t h ei m p a c to fw a t e r s h e dl a n d s c a p ec h a r a c t e r i s t i c s o nb a s i n w a t e r - e n v i r o n m e n t f r o mt h ep e r s p e c t i v eo fn e e do nt h ew a t e re n v i r o n m e n t a lp r o t e c t i o n ， i tc o n s t r u c t sw a t e r - e n v i r o n m e n t a la n de c o l o g i c a lr e g i o n a l i z a t i o n o fl i a n g z il a k e w a t e r s h e df o rt h eg o a lo ft h ew a t e re n v i r o n m e n t a lp r o t e c t i o na n dn o n p o i n tp o l l u t i o n c o n t r 0 1 a n df o rt h ep a s t3 0y e a r st r e n do fw a t e r s h e dl a n du s ec h a n g e ，i tp u t sf o r w a r d c o r r e s p o n d i n gm a n a g e m e n tm o d ea n dt h em e a s u r e s t h e r e f o r e ，t h i st h e s i s s u p p l i e sn o t o n l yan e wv i e wf o rr e s o l v i n gn o n - p o i n tp o l l u t i o np r o b l e m a tw a t e r s h e ds c a l e ，b u ta l s oa v a l i dm e t h o df o rd e c r e a s i n gt h et h r e a to fl a n d s c a p et y p ea n dp a t t e r no n w a t e rq u a l i t y i ti s b e n e f i c i a lt ob e t t e ra c h i e v et h eg o a lo fw a t e r s h e de c o n o m i cd e v e l o p m e n ta n dp r o t e c t i o n o ft h ew a t e rq u a l i t y k e yw o r d s ：l i a n g z il a k ew a t e r s h e d ；l a n du s e ；w a t e re n v i r o n m e n t ；l a n d s c a p ep a t t e m i i i 硕士学位论文 m a s t e r st h e s i s 华中师范大学学位论文原创性声明和使用授权说明 原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的 成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作 品或成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明的 法律结果由本人承担。 论文作者签名： 杏越 日期巧年6 月 ， 学位论文版权使用授权说明 本人完全了解华中师范大学关于收集、保存、使用学位论文的规定，即：学校有权保留并 向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权华中师 范大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或 扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 保密论文在解密后遵守此规定。 论文作者签名：鸯良窭 日期：。加i ；年阳1 日 导师签名：张毅 日期：) 口矛年f 月，日 本人已经认真阅读“c a l i s 高校学位论文全文数据库发布章程”，同意将本人的学位论文 提交“c a l l s 高校学位论文全文数据库”中全文发布，并可按“章程”中规定享受相关权益。 回童迨塞握銮卮澄压；旦圭生；旦= 生；旦三生筮查。 论文作者签名：；分良盎 嘲伽7 年月1 日 导师签名：认高& 日期少争月日 石页士学位论丈 m a s t e r 。s f i l e s i s 1 绪论 1 1 论文研究的背景和意义 2 0 世纪9 0 年代以来，土地利用变化引起人们的关注，在全球环境变化研究领 域中逐渐加强了对l u c c 变化的研究。由于土地覆盖的剧烈变化对生态环境造成显 著的影响，l u c c 与生态环境之间相互关系的研究已成为l u c c 研究的目的和核心内 容。但是目前国际上的研究大都倾向于对气候变化和衡量气体排放的影响，而对 区域生态环境和自然地理过程的影响研究欠缺瞳3 。联合国粮农组织在2 0 0 0 年确立了 “农村集水区水土资源的关联性”研究课题，主要是寻求土地与水资源之间的相互 作用和影响口1 。但是在一个较大的区域尺度上，把水土资源作为一个复合系统，研究 两者的相关性还比较薄弱，尤其是不同的土地利用变化对水质的影响的研究才刚刚 起步。美国联邦环保局在这方面做出了一些尝试，如设置了土地利用与水质监测的 参考指标，用来检测水环境污染。土地利用土地覆盖变化、提高土壤的自净能力， 净化水质成为全球生态环境研究的几个热点问题h 1 。因而在区域尺度上深入揭示土 地利用变化与生态环境之间的关系，探索由于土地利用覆被变化导致的生态环境 退化，不仅对丰富土地利用土地覆被变化研究内容具有重要的理论意义，同时对 生态环境的保护与恢复具有现实的指导意义哺1 。土地利用变化引起的水文水质、水 土流失效应目前成为国际社会和学术界关注和研究的热点1 。土地利用方式程度的 不同及土地覆被的变化( 特别是城镇用地的扩张) ，都会导致营养物质和悬浮物等污 染物的增加，加大水体的污染负荷，造成水体富营养化和水污染h 1 。国内外的许多 研究表明：l u c c 类型与水体的质量之间存在相互作用，并且土地利用方式和土地覆 被类型的变化可以显著地影响水体的水质和水量哺1 。流域是一个完整的地理单元， 从流域的尺度来探讨l u c c 对景观格局的影响，土地利用变化产生的水环境效应是 一个具有现实意义的课题阳1 。流域景观格局是自然因素和人类活动综合作用的结果， l u c c 是改变景观格局的直接动力之一。将流域作为研究对象，通过计算景观指数来 分析产生的景观生态效应，探讨景观斑块类型、景观斑块组合方式以及景观空间分 异特征等与水体质量之间的相关关系，这些特征的变化都会对水体质量产生不同程 度的影响，正是基于这样的关系，使得用景观生态学的理论方法研究景观格局变化 对水质的影响极具研究价值n 训。 1 2 国内外研究进展 1 2 1 国外研究进展 硕士学位论文 m a s t e r st h e s l s 国外的许多研究表明：土地利用类型对水质变化的影响不同，总氮和总磷的比 率在林地径流中最高，农田中次之，城市中最少，但二者的总量在林地中最少。l u c c 对水质的影响，在点源污染逐渐得到控制和治理后，水体污染状况并没有得到明显 的改善，促使人们加强对面源污染的研究。近年来，g i s 在识别重点污染源中得到 了应用，农业用地强度增加产生的非点源效应是国外研究的重点3 。早在2 0 世纪 7 0 年代外国专家学者就注意到开始围绕土地利用活动对水质的影响开展了一系列 研究，使面源污染的控制和管理得到了有效的实施。国外的研究以构建模型为主， 如欧洲较著名的分布式水文模型是s h e 模型( s y s t e mh y d r o l o g i c a le u r o p e a nm o d e l ) n 引、美国学者b e v e n 等设计的t o p m o d e l 半分布式模型n 引、r o l a n de s c h u l z e 的a c r u 模型以及美国提出的基于合理利用土地的“最佳管理措施”【i4 j 。但是缺乏较长时间 序列的资料，模型参数的不确定是构建模型存在的比较普遍的问题，因此应用3 s 技术建立分布式水文模型是新的趋势。c a s t i l i o 等通过研究发现流域地表径流中n 的含量与流域汇水区农田和林地的面积有比较明显的相关性，这一结论也被 s c h i l l i n g 等的研究所证实5 1 。wi t h e r s 等研究了英格兰北部山区流域牧场p 的增 加对土壤和河流的影响，研究结果表明，牧场施用的磷肥与山区河流中磷素含量的 增加有直接的关系n6 l 。d y l a n 等在研究美国加州西部内华达山区土地利用和土地覆 被对水质的影响中得出：1 9 9 9 2 0 0 1 年，l u c c 变化与水体中硝态氮和总悬浮颗粒物 含量具有相关性n 。 1 2 2 国内研究进展 人类活动对土地的利用是对自然生态系统的一种强烈干扰。土地利用变化土 地覆被变化会引起地表各种地理过程变化，从而引起区域环境的演变n8 1 。不合理的 土地利用是水土流失、营养物及农药流失发生的主要原因，也是导致非点源污染的 主要原因。土地利用类型和土地利用强度的变化，会改变营养元素及悬浮物的入河 量，从而影响流域水体水质：不同土地利用方式，其生态环境影响效应不同，对土 壤营养元素等物质的径流流失影响也很不相同。土地利用方式与污染负荷之间的关 系是国内外研究非点源污染的基本出发点，但是由于非点源污染是一种时空差异性 很强的现象，因此是此类研究的难点。目前国内已经开展了大量的关于土地利用对 非点源污染的影响的研究，所开展的研究可以归纳如下： ( 1 ) 土地利用类型与非点源污染的研究 阎伍玫、雷孝章等人选取了巢湖流域作为研究区域，探讨了不同土地利用类型 与非点源污染关系n9 1 ，通过对巢湖流域塘西地区1 1 种土地利用类型地表径流污染 2 石j j 士学位论文 m a s t e r st h e s i s 现状进行了详细调查监测与分析，结果表明：巢湖流域内不同土地利用类型其地表 径流污染特征的差异市比较明显。岳隽等啪1 研究了深圳市境内5 个集雨面积大于1 0 0 k m 2 的河流的水质时空变化特征，研究结果显示，近1 0 年来即1 9 9 6 2 0 0 4 年深圳市 5 个主要河流的有机物污染程度有不断增加的趋势，不同时段内5 个流域的耕地、园 地和建设用地的数量对相应河流水质的有机物污染有明显的正效应影响作用。蒋勇 军等胆玎云南省泸西县典型岩溶地貌类型区2 0 年来的地下水质的变化特征，发现流域 耕地扩张和大量化肥、农药施用带来的非点源污染，造成地下水中氮、硫等元素的 含量明显升高，而林地数量和质量的降低以及土地石漠化，则导致地下水中c a 2 + 、 h c 0 3 一浓度明显降低。于兴修等口纠运用地理信息系统技术和水质指数法研究了西苕 溪流域的l u c c 变化及其水环境效应，也得出了土地利用变化引起养分流失加剧是影 响水质变化的主要原因。 ( 2 ) 土地利用结构与非点源污染的研究 陈利顶、傅伯杰等人从景观生态学的角度出发，探讨了土地利用结构与非点源 污染的关系。李俊然等哺1 g i s ) 研究了于桥水库流域内不同的土地利用结构，林地、 草地和耕地与地表水水质的相关关系，结果表明：在以单一土地利用类型为主控制 的流域中，林地、草地控制的小流域的地表水水质明显好于以耕地为主的小流域； 在不同土地类型，草地、林地和耕地的组合结构下，各项污染物浓度介于单一利用 的小流域之间；在一些设定的相似条件下，随着小流域内林地和耕地比例的增加， 非点源污染降低，反之亦然。耕地比例升高，非点源污染有逐渐增大的趋势。杨金 玲等( 2 0 0 3 ) 2 3 1 选取安徽省宣城市梅村流域为研究对象，运用了实地的跟踪定位监 测方法，监测不同土地利用结构的农林生态系统地表径流水的n 含量，探讨其与流 域土地利用的定量关系，研究结果表明两者具有非常显著的相关关系。 ( 3 ) 土地利用与氮磷污染物的研究 在目前的很多研究中，不同地理条件下土地利用与水体的非点源污染关系的定 量研究尤其是流域土地利用变化与n 、p 元素含量的相关关系的定量研究很是少见。 良玉土地利用变化与流域水环境的影响两者间相关关系的研究目前没有一种系统 的、可靠的研究方法和模式1 2 4 1 。因此，土地利用对非点源污染的影响研究是未来非 点源污染控制研究的热点。在于桥水库流域的相关研究表明【2 5 】流域中广泛分布的河 流附近的“汇 景观结构，“汇”景观结构对地表径流的养分具有滞留调控作用， 3 硕士学位论丈 m a s t e r st h e s i s 可以改善径流中泥沙和氮磷元素。杨金玲，王晓燕【2 6 】在研究中得出氮素含量与林地 面积比例两者之间存在显著的线形相关关系。在单一土地利用结构中，土地利用对 氮、磷流失的影响很大。村庄地表径流中氮的浓度最高，其次是坡耕地、林果地、 荒草坡。在不同土地利用结构中，不同的土地利用类型的组合如林地一耕地，草地 一耕地，对地表径流的截流作用是不同的。牟溥等【2 7 】在研究了土地利用对河流水质的 影响中发现，人类活动对土地利用方式的改变，加大了地表土壤侵蚀和营养物质流 失是导致流域水环境恶化的主要原因。 1 3 研究方法 ( 1 ) 文献资料：收集研究区梁子湖三时期的自然、社会、经济等方面的相关文字、 图片等资料；收集梁子湖流域现有不同时段的环境监测数据。 ( 2 ) 实地调查：实地考察梁子湖流域的土地利用与植被、土壤等景观要素类型，获 得第一手的实测资料数据。通过水质监测，分析水环境时空变化规 律，找出重点污染源区。 ( 3 ) 遥感调查：利用遥感进行调查和抽样调查。 ( 4 ) 定量分析法：运用景观空间格局指数对3 个不同时期的土地利用类型进行计算分 析。 ( 5 ) 数理统计法：通过利用数理统计和对比分析的方法，从时空两种尺度上研究梁 子湖流域水环境的时空变化特征。 ( 6 ) 实证分析法：以梁子湖流域为研究对象，结合历年的实地监测数据，分析流域 水环境的时空变异特征，并运用景观学原理分析流域土地利用的 景观特征对水环境的影响。 1 4 技术路线 ( 1 ) 利用1 9 8 7 2 0 0 5 年的遥感影像，在g i s 软件支持下，通过判读解译生成梁子 湖流域土地利用现状图。利用景观格局分析软件f r a g s t a t s 3 3 ，计算三个时期梁子 湖流域各土地利用类型的景观格局指数。 ( 2 ) 收集梁子湖流域现有不同时段的环境监测数据，通过利用数理统计和对比分 析的方法，从时空两种尺度上研究梁子湖流域水质、水量等的变化特征，同时结合 社会统计资料和土地利用结构变化，分析时空变化的原因。 ( 3 ) 以梁子湖流域的土地利用变化为基础，利用1 9 8 7 年以来可以获得的水质资料， 分析了梁子湖历年来水质的时空变化特征，并对土地利用类型下的流域非点源污染 负荷进行计算，由此确定土地利用变化引起的流域水环境的变化。 4 硕士学位论文 m a s t e r 。st t t e s i s ，、r、 1 9 8 7 、1 9 9 5 、2 0 0 5 年辅助资料( 地形图、 1 m 影像图专题图、研究报告) 、l jj j l 分类系统( 项目制定) f 图像预妤理 1 l “”“1 野外考察验证 “”“j 7 f 影像地学分析1 7 1 l “”。“ 建立判读标志 j l 1 9 8 7 、1 9 9 5 、2 0 0 5 土地利用数据库、土地利用图 u 图形栅格化 土地变更数据的统计、计算、分析 i ：流域水环境资料) - 水环境的时空变化 【料会绎济统计数据： 十 jj 土地利用的景观格局变化与水环境的相互作用机制 技术路线图 5 2 研究区地理概况 2 1 自然环境概况 2 1t 地理位置和面积 粱子湖地处江汉平原东南，跨鄂j i 梁子湖区和武汉市江夏区，流域包括武汉江 夏区、鄂州梁子区、黄石大冶市和咸宁咸安区。由粱子湖、鸭儿湖、三山湖、保安 湖等湖泊组成，总集水面积3 2 6 5 平方公里，其中梁子湖集水面积2 0 8 5 平方公里， 水面( 围堤内) 约2 2 7 k m 2 ，平均水深2 5 m ，容积57 亿m 。流域内耕地面积1 1 5 万 公顷，林地面积7 0 8 2 公顷，水域面积l _ 2 7 万公顷，人口近2 0 0 万，土地肥沃，雨 量丰沛，水网密布，是湖北省粮棉及渔业重要产地之一，属典型的“鱼米之乡”。 由于受构造断裂和河谷沉溺的影响，粱子湖湖周为残丘，湖底呈平底锅形，湖底构 造。水深与湖岸形态上不仅有别于江汉湖群其他诸湖，更以湖汊众多而在全国湖泊 中独具特色。梁子湖周边湖滨湿地已被列为省级湿地自然保护区。 ! iz d ”_ d 212 气候 梁子湖流域属亚热带季风气候区，具有季风气候明显，冬冷夏热，四季分明， 雨量充沛，光照充足，无霜期长等气候特点，区域年平均气温1 70 ，年平均总活 动积温6 2 0 0 ，1 0 的活动积温约5 3 0 0 c 。7 月份平均气温为2 9 3 。c ，1 月份平 均气温4 2 c ，气温平均年较差2 5 1 ，极端最高温4 07 c ，极端最低气温为 一1 24 c 。平均无霜期为2 6 6 天。严冬酷暑时间短，主要灾害天气有暴雨、干旱、 大风、冰雹和冰冻。多年平均降水量为1 3 4 74 毫米，按照降水的年内分配来看， 流域主要集中于春夏两个季节。流域的年平均同照时数可达1 8 1 0 小时，主要的气 ，嚣、 硕士学位论文 m a s t e r s f h e s i s 象灾害有春季的“倒春寒”，低温连雨；夏季的大暴雨和强风，盛夏初秋季节的伏 期连旱等。 2 1 3 地质地貌 梁子湖区的地质类型在地质构造上属于新华夏构造体系，这种呈n n e 向贯穿湖 区的压扭性大断裂，其断裂的上部与江北团风、麻城大断裂相连接，而其两边同时 伴有东西向张性断裂和北西向扭性断裂。湖区地表覆盖物很多来至于第四系的松散 堆积物。 以大断裂为界，整个梁子湖分为东西两区，即东梁子湖区和西梁子湖区。东西 梁子湖区的地质地貌特征是存在显著的差异。梁子湖东部地区地势较高，最高峰海 拔可达4 1 8 米，属于侵蚀剥削低山丘陵地区，是湖北省著名的多金属产地，该地区 分布有很多矿区，如铁山、金山店、程潮、大冶铁矿等。梁子湖西部为梁子湖湖洼 地，南部为山带。地形为南边多低山，北部和西部多丘陵和湖泊，东边最高峰为沼 山峰，海拔4 1 8 米。) 湖西地区除少数孤山外，地形以剥蚀堆积垅岗为主，地表覆 盖物由更新世的红色粘土组成，湖西地区的湖水一般沿着呈树枝状的坳沟伸入陆 地，形成岬湾形湖岸，这种地貌类型致使梁子湖的形态十分复杂。除此外梁子湖滨 湖地区散布有由杏黄色亚粘土、粘土以及淤泥质亚粘土组成的湖泊阶地，这种阶地 形态，略微有些高低起伏，一般高出湖面1 - 5 米，这种情况在武汉市江夏区一带 表现的最为明显。湖西地区，由于岩浆侵入活动比较微弱，其境内除了有少量的煤 层分布外，内生矿床很少。 2 1 4 土壤 根据湖北省土壤普查结果，梁子湖自然保护区土壤可以划分为4 个土类， 1 1 个亚类，即：红壤土类、紫色土类、潮土土类、水稻土土类。其中，旱地土壤3 个 土类，6 个亚类；水稻土壤1 个土类，5 个亚类。 2 1 5 水文 梁子湖水系的总集水面积为3 2 6 5 平方公里，由梁子湖、鸭儿湖、三山湖、保 安湖等湖泊组成，其中梁子湖的集水面积为2 0 8 5 平方公里。梁子湖由众多的子湖 组成，它们共同构成梁子湖群。流入梁子湖的大小河港有3 0 多条，其中主要的河 流有金牛港，咸宁市咸安区高桥镇高桥河以及流经咸安区贺胜桥、武汉市江夏区、 乌龙泉一带的几条河港，咸安、江夏、大冶、鄂州市地的地表径流依据地势的高低 汇入梁子湖。梁子湖区年径流深为5 2 3 9 毫米，由于梁子湖流域降水集中于4 - - 8 月份，流域地表径流也主要在此时期汇入湖中。 2 1 6 生物多样性 梁子湖是江汉湖群中的第二大湖，区域内湿地保护良好，生物多样性丰富。梁 7 硕士学位论文 m a s t e r st h e s i s 子湖区域地势起伏，区域植被茂密，种类繁多，种属门类多。梁子湖属于永久性淡 水湖泊湿地，滩涂发育良好，冬无严寒，生物多样性丰富，珍稀濒危物种较多，是 野生动物越冬、栖息的一块宝地。据统计1 ，有浮游藻类7 1 种，高等植物3 1 1 种： 浮游动物8 9 种，底栖动物4 9 种，鱼类9 6 种，两栖类8 种，爬行类1 5 种，兽类2 1 种，鸟类1 6 6 种。 2 2 自然资源与土地利用现状 梁子湖区与环境有关的矿产资源的分布特征有两点：其一是梁子湖区邻近湖北 省的矿冶基地，附近有大型铜矿、铁矿；其二是区内非金属矿产资源丰富，膨润土 加工业较为集中；区内苎麻加工产业发展基础较快，形成一定的规模。 土地利用现状如表2 1 所示。梁子湖流域在综合农业区划上属于武鄂黄城郊型 农业区江南岗丘地亚型，土地利用现状以农业水产为主( 见表2 2 ，2 3 ) 。农业上 除了传统的水稻生产外，棉花、茶叶、苎麻等经济作物发展较快，尤其是在咸安区 苎麻加工业较为集中，所带来的环境问题很突出。另外，水产养殖业规模大，其产 值在农业生产中比重增加较快。 表2 1梁子湖流域土地利用情况统计表 表2 2 粱子湖全流域内各行政区土地利用类型占相应类型比例 8 j 页士学位论文 m a s t e r s i h e s i s 表2 3 粱子湖全流域内各行政区土地利用类型占相应类型比例 2 3 社会经济条件 梁子湖流域临近武汉、黄石( 大冶) 、鄂州、咸宁( 咸安) 等城市，地理位置 优越，资源丰富，交通便利，为湖区经济建设和资源开发提供了有利条件。近几年 来，依据其独特的资源优势和便利的区位优势，梁子潮流域的工业、农业、渔业和 第三产业发展较快。 2 3 1 农业 梁子湖气候温和，雨量充沛，资源丰富，具有渔业、调蓄、灌溉、航运等多种 功能。沿湖共有1 7 个乡镇( 含大冶、咸安经金牛港到梁子湖的乡镇) ，1 6 3 个行政 村。据不完全统计，2 0 0 6 年农户数5 9 6 5 万户，总人口2 3 7 6 万人，耕地面积2 1 0 7 万亩。农业总产值1 2 1 6 亿元，其中种植业6 7 7 亿元，水产业3 4 5 亿元，畜牧业 2 3 8 亿元。 近年来，梁子湖流域养殖业发展较快，特别是规模化养殖场发展迅速。2 0 0 6 年 梁子湖流域1 7 个乡镇出栏生猪3 3 4 5 万头，存栏2 3 万头。共有养殖小区1 7 个， 建有沼气工程的养殖场1 6 个，占总数的2 2 ，完成生态家园“一建三改 的农户 9 3 7 0 户，占养殖户的2 1 。 梁子湖渔业发展迅速。据初步统计，梁子湖水产养殖面积近4 0 万亩，其中湖汊 和大湖养殖2 9 万亩，约占7 0 。目前梁子湖围栏养殖还有9 6 处，总面积8 0 5 9 2 亩， 涉及养殖户3 1 8 户，渔农民1 5 4 3 人。近几年来，梁子湖的水产品产量保持在2 0 0 0 万斤左右，产值超亿元，梁子湖的品牌效应业已形成，梁子湖渔业经济的发展对周 9 硕士学位论丈 m a s t e r st h e s i s 边城镇的经济发展起着积极的推动作用。 2 3 2 工业 流域内非金属矿不但储量大，而且种类丰富，有沸石、珍珠岩、膨润土、富碱 玻璃矿等3 1 种。区域内的非金属矿埋藏浅、品位高，是全国著名的三大非金属矿 基地之一。梁子湖流域内苎麻加工和非金属矿物加工业、旅游业及水产品养殖业较 为发达。 咸安境内的梁子湖流域共有生产型企业2 l 家，其中纺织企业7 家，竹木加工 企业4 家，建材加工企业4 家，造纸企业2 家，其它类型企业4 家。在域内企业中， 对梁子湖水域环境造成影响的企业主要集中在苎麻脱胶企业和造纸企业。江夏境内 梁子湖流域现有工业企业5 3 家，其中规模工业企业5 家。5 3 家企业中有建筑材料 生产企业2 4 家，食品加工企业4 家，机械制造企业8 家，化工企业2 家，新技术 企业2 家，其他企业1 3 家。鄂州境内梁子湖流域目前有规模以上企业1 3 家，其中 制药企业1 家，非金属矿开发加工企业7 家，制衣企业l 家，农副产品加工企业4 家。 2 3 3 旅游业 梁子湖区的旅游业发展前景广阔，区域的自然旅游资源和人文旅游资源丰富， 旅游开发的区位条件好。梁子湖中有人居住的岛屿有两个，岛上有山有水，形成“湖 中有岛，岛中有湖 的自然美景，有“梦里水乡”之誉。作为全国百大旅游节之一 的“梁子湖捕鱼旅游节，每年9 月开幕时都会吸引大批的游客前往观光：环梁子 湖旅游景点还有东沟月山、长岭仿古一条街、沼山森林公园、太和青峰古刹、涂镇 森林公园等，年接待旅游观光的游客达5 0 多万人次，旅游年收入4 5 0 0 万元，年增 长速度5 0 以上。 2 4 梁子湖的水环境压力 2 4 1 工业废水和生活污水污染水体 梁子湖的工业废水主要来源于咸宁地区多家麻纺厂加工苎麻的产生的大量废 酸水和高浓度的煮麻废水以及来自谢埠港边的太和独峰化工厂酸洗白土的废水。这 些废污水混排入湖，对湖泊的水环境造成巨大的压力。梁子湖流域有近百万城镇人 口，每年产生的生活污水有5 0 0 多万吨，随着近年来梁子湖流域旅游业的发展，游 客数量的增加，近千条机动渔船、3 0 多条游船在捕鱼和旅游观光时产生的上万吨生 活污水、油污排入湖中，加重了湖水污染。 2 4 2 无序围养毁坏水生植被 近几年来，受经济发展利益的驱使，湖区水面条块分割加剧，梁子湖湖面围垦 1 0 石员士学位论文 m a s t e r st h e s i s 养殖超过湖区生态保护的警戒线。随着湖区内无序围垦活动的愈演愈烈，湖泊面积 不断锐减，湿地逐渐萎缩，梁子湖的生态完整性受到影响，大量水生植被遭到破坏。 2 4 3 外来生物威胁湖区生态 外来物种水葫芦在湖区无节制的蔓延，对整个梁子湖区的生态造成巨大的威胁 水葫芦在湖泊中迅速繁殖发展，极易造成河港入口受到堵塞，船舶航运受到阻碍。 湖泊中充斥着大量的水葫芦，湖水流动变得缓慢，湖泊生态被破坏，水环境污染加 剧。 硕士学位论丈 m a s t e r st h e s i s 3 流域土地利用变化遥感动态监测 3 1 遥感影像解译与信息提取 本研究的原始数据来自于：梁子湖地区三个时段1 9 8 7 年9 月2 6 日、1 9 9 5 年4 月4 日、2 0 0 5 年4 月1 3 日) 的l a n d s a tt m 影像，其分辨率为3 0 m ：在对遥感影像 进行辐射校正、几何纠正、检验配准和标准化处理后，比照确定的分类标准得出研 究区域遥感影像的土地利用分类图，然后参考相同时期的地面资料，随机选取若干 个样本区域进行各种指标分析，对遥感影像的分类结果进行精度的检验。其它数据 来源于湖北鄂州梁子湖省级自然保护区地图( 1 ：5 0 0 0 ) ；梁子湖地区地形图( 1 ： 5 0 0 0 0 ) ；梁子湖湖区各年的统计年鉴、农业志及实地调查等。 3 2 梁子湖流域土地利用类型划分 根据卫星影像的特征和2 0 0 4 年野外实地考察的经验，采用最大似然分类法对 以上3 个时期的遥感影像进行了监督分类。三期的遥感影像采用3 ，4 ，5 的r g b 假 彩色合成，然后以1 9 9 5 年t m 影像为基准，选取地面控制点，对其它两个时期的影 像进行几何精度校正，添加投影等信息，并对影像进行裁剪，范围限制在梁子湖流 域的研究范围内。采用1 9 8 4 年国家制定的土地利用调查分类系统，结合本次研究 的目的，将该地区的土地利用类型划分为6 个一级类( 见表3 1 ) 。 表3 1 土地利用类型分类 1 2 硕士学位论丈 m a s t e r st h e s i s 3 3 土地利用图的生成 根据国家土地利用分类标准，针对梁子湖流域土地利用的具体现状，确定划分 为耕地、林地、草地、水域、城镇与裸地6 种土地利用类型。结合野外实地考察经 验，运用e r d a s 遥感图像处理软件对上述三期遥感数据进行监督分类，利用 a r c i n f o a r c v i e wg i s 地理信息系统软件得到特征区1 9 8 7 年、1 9 9 5 年、2 0 0 5 年的 土地利用类型图，与此同时，通过a r c i n f o a r c v i e w 软件，得到土地利用类型面积 统计对比表，见表3 2 。 表3 2 各年份梁子湖流域土地利用类型面积统计表 面 1 9 8 71 0 2 0 9 1 92 0 0 1 0 8 5 63 8 5 6 6 9 41 4 2 7 2 8 1 6 7 2 2 2 1 91 7 1 3 8 积 1 9 9 51 2 2 7 4 3 11 9 1 1 0 7 6 94 4 0 4 5 3 81 2 5 3 3 髓 7 0 2 4 3 8 13 4 9 5 0 h m 2 0 0 51 4 7 2 7 4 41 7 8 1 3 8 6 35 8 8 1 1 8 87 9 8 7 2 5 6 9 6 7 9 8 8 1 2 0 9 2 5 1 3 3 4 结果与分析 3 4 1 土地利用的变化过程 表3 31 9 8 7 - 1 9 9 5 年粱子湖流域土地利用变化表o h m ) r _ _ 1h 可9 8 7 匡至三荨垆 图32粱子湖流域土地利用类型面积变化幅度图 根据以上各个时期的粱子湖流域土地利用类型的面积变化( 表3 3 ，3 4