基于引黄灌区土地变化的可持续性评价研究以开封市黑、枊灌区四乡为例.pdf

摘 要 I 摘摘 要要 本研究以黑岗口、 柳园口灌区为研究对象， 以具有代表性的临近黄河四乡为研究区，以 1988、2001、2011 为时间节点分析研究区土地变化的时空分异规律；并运用化学分析、GIS 技术和数理统计等分析方法，分析了引黄灌区内土壤重金属的含量、分布、类型、污染以及积累特征，探讨了土壤重金属污染因素，总结了引黄灌溉自流灌区内土地变化对土壤重金属污染的影响规律，对灌区未来土地利用变化、重金属含量和分布进行了模拟与预测本研究探索了土地利用功能分类及其相互作用，进行了土地变化和土壤重金属污染的耦合分析， 构建了引黄灌区独有的多功能土地变化分类指标体系与可持续性评价模型，论证了引黄灌区土地变化的可持续性研究主要结论如下： （1）20 多年来研究区土地变化明显，农用地面积减少，城镇建设用地面积增加本研究选取了研究区 1988、2001 和 2011 年三期遥感影像获取了土地利用变化信息，经过解译、计算和分析得出，研究区边缘区城镇化过程明显、人为影响显著城镇建设用地通过占用农用地而扩展，非城镇建设用地间结构变化明显农用地、滩涂、水域面积减少，城镇建设用地、工矿用地面积增加的态势。

总量面积变化较大的土地利用类型有农用地、农村居民点；其次是城镇建设用地、水域和滩涂；工矿用地变化量相对较小各土地类型间转入、转出频繁城镇建设用地面积总量相对变化幅度较大，动态度最大，变化量和速度都是很大的，区域土地利用综合程度指数有一定增长，这表明 23 年间研究区内城市化过程明显，尤其是研究区南部靠近城市边缘区域，非农化程度很高，城镇建设用地的增长速度明显高于距其较远的地区 对比农用地和城镇建设用地的动态度可以发现，农用地流失快的地方基本上为建设用地增长快的地方，而农用地流失慢的地方建设用地增加速度也慢，二者空间上存在明显的相关性，体现了建设用地的扩展的主要是对农用地的占用并运用马尔柯夫模型对研究区未来土地利用变化进行预测，结果发现研究区未来 40 年里，农用地面积将持续减少，滩涂面积也将小幅度减少；城镇建设用地的面积将持续增加， 继续向研究区北部和西部扩展， 水域和工矿用地有小幅度增加，总体趋势以建设用地的空间扩张、农用地的流失为特征 （2）交通是造成研究区重金属污染的主要原因，Hg、Cd 是整个研究区主要的重金属污染元素，存在较强的生态风险土壤重金属污染程度反映出土地变化过程中所引起基于引黄灌区土地变化的可持续性评价研究 河南大学博士学位论文 II 的区域土地质量变化，对研究区土壤重金属 Cr、Cu、Ni、Pb、Zn、As 和 Hg 进行分析与评价，得出 Cr、Cu、Ni、Pb、Zn、As 保持清洁，Hg、Cd 是整个研究区主要的重金属污染元素， 为评价土地变化的可持续性提供科学依据。

在研究区内共采集土壤样品 107个，经过化学实验分析和数理统计分析得出，研究区土壤重金属元素变异系数排序为：Hg > Cr > Cd >Cu >Ni >As >Pb >Zn利用 K-S 进行土壤重金属含量正态分布检验，各元素均符合正态分布发现 Cd 存在极大值和离群值，Cr、Cu、Ni、Pb、Zn 存在离群值，As 和 Hg 没有存在在 ArcGIS 9.3 平台上分析了研究区土壤重金属含量空间分布趋势，研究区西南区域和南部重金属含量较高 研究区域内 8 种重金属的理论变异函数拟合效果均较好，其中 Cr、Zn、As 符合球状模型，Ni、Cu、Cd、Pb、Hg 符合高斯模型研究区土壤重金属受人为活动与区域因素的共同影响，其中人为活动对 Hg、Cd 的空间分布结构的影响较为突出通过内梅罗指数、地累积指数、污染负荷指数评价，得到 Hg、Cd 是整个研究区主要的重金属污染元素单因子污染指数法得出了 Hg 和 Cd 有一定程度超过河南省潮土背景值； 地累积指数法得出研究区土壤 8 种重金属均有一定程度的累积污染；污染负荷指数评价得出研究区土壤中重金属的污染状况整体上属于中等污染而潜在生态风险评价得出研究区 Cr、Ni、Cu、Zn、Pb、As 均存在潜在生态风险，Hg和 Cd 存在强生态风险。

同时 GIS 软件提供了强大的分析功能，能够对污染区域的面积进行精确统计单因子污染指数、地累积指数和潜在生态危害指数污染评价结果显示出不尽相同的污染分布， 单因子污染指数面积所显示的污染的区域明显要大于地累积指数和潜在生态危害指数的结果在土壤重金属人为污染的评价结果基础上，进行了污染的影响因素分析认为交通是造成污染的主要原因，水域作为污染传播的一个载体也是造成大面积连续污染的原因之一 （3）运用情景预测模型，比照 2011 年土壤重金属含量平均值和污染面积分别预测了 2021 年研究区土壤中 Cr、Ni、Cu、Zn、Cd、Pb、Hg、As 等 8 种重金属含量、污染面积及分布趋势结果表明研究区内各土壤重金属含量及污染面积在乐观、无突变和悲观三种情景下所预测的结果存在差别显著， 不同情景背景下土壤重金属含量和分布有较大差异其中在 8 种重金属在乐观情景下含量明显下降，土壤污染面积减少；而在无突变情景和悲观情景下 8 种重金属含量表现为不断增加，土壤污染面积也不断扩大，其中这两项在悲观情景下又明显比在无突变情景下要高 （4）研究区 1988、2001、2011 年三个时期的可持续水平较高，在评价体系分级—摘 要 III —不可持续、初步可持续、基本可持续和全面可持续，处于基本可持续与全面可持续水平。

根据土地变化的可持续性评价模型，建立灌区土地变化的可持续性评价指标体系，选取能全面、系统的反映出评价对象的指标，运用层次分析法和加权综合分析法，在ArcGIS 9.3 环境下，通过图层叠加、栅格计算，运用综合评价模型进行图像空间运算，得出 1988、2001、2011 年三个时期的可持续等级发展水平，生成土地变化的可持续性综合指数分布图从区域可持续水平等级结构来看，研究区可持续状况以基本可持续和全面可持续为主，基本可持续和全面可持续水平面积渐增长；不可持续面积逐步减少从空间分布上看，三个时期的可持续水平等级分布趋势大致相同，由北向南逐级递减全面可持续区域的主要分布在农用地、滩涂和水域，在研究区的北部地区；靠近城市的研究区南部三个时期的可持续发展水平比较低， 这个区域主要分布在城镇建设用地范围内从时间动态上看，研究区可持续水平趋向好的方向发展 关键词：关键词：土地变化；土壤重金属污染；可持续性评价；引黄灌区ABSTRACT V ABSTRACT The Heigangkou and Liuyuankou irrigation areas are the focus of this research. Four representative villages have been selected as the study areas which are near the Yellow River. The changes in the land during the years of 1988, 2001 and 2011. Chemical Analysis, GIS Technology and Mathematical Statisticasare used to find out what effect by land change in the gravity-irrigated areas of Yellow River has on heavy metal pollution in the soil, and in turms of the content of heavy metal in the soil in the irrigation areas, as well as distributuion, types, pollution and the characteristics of accumulation. The factors of heavy metal pollution in the soil are analyzed, and the functional clusters of land utilization in the irrigation areas are also refined. The study has an importand significance for simulating and forecasting the change of land utilization , as well as th content and distribution of heavy metal in the irrigation areas in the future. The purpose of the study is to explore the classifications of landuse as well as how land-use change affects soil pollution, coupled with analysis of the land change and heavy metal in the soil. This study will establish a particular Multifunctional System of land-use classification and a model of sustainability assessment, and analyze the sustainability of land change in the Yellow River irrigation areas. The main conclusions obtained from the research are as follows: (1) The study areas had an obvious land use change. The study obtained information on land-use change by using three sets of remote-sensing images from the years of 1988, 2001 and 2011. After interpreting, calculating and analyzing, the results show that there was an obvious urbanization process and human impact on the edge of the study areas. The expansion of urban construction land through the occupation of cultivated land, and the structural change of non-urban construction land are obvious from the year 1988 to 2011. The decrease of agricultural land, tidal flats and water areas, and the increase of urban construction land, industrial and mining sites represent the change of land use type in the study area from the year 1988 to 2011. The land use type with the largest change of total am。