水库水质及流域生态系统对城市化的时空响应

Numerous studies regarding the relationship between urbanization and surface water have been carried out in recent years, and most of them focused on the river water quality. The mechanism about the reservoir water quality and watershed ecosystem dynamics in response to urbanization remains unclear. In addition, most studies used traditional multivariate statistical methods to analyze the impacting factors for surface water quality, overlooking the spatial autocorrelation among the surface water quality variables. Based on the concept of Ecosystem Based Management, the whole watershed was regarded as an integrated ecosystem. The spatiotemporal dynamics of urbanization across 30 reservoir watershed in Zhejiang Province were characterized by remote sensing and geographical information system at five temporal intervals (1990-2000, 2000-2005, 2005-2010, and 2010-2014) and two spatial scales (watershed and administration). The spatio-temporal dynamics of the water quality as well as the impacting factors were analyzed by direct (monitoring data based) and indirect (landscape ecology based) approaches, and their dynamic response to urbanization were investigated by geographically weighted regression. A composite indicator model was then developed by catastrophe theory, and the spatial response of watershed ecosystem to urbanization was analyzed by geographically weighted regression. The results from this study could assist managers in improving water resources management and protection.

近年来对于城市化与地表水关系的研究较多，但主要集中于河流水质对城市化的响应，水库水质及流域生态环境对城市化的响应机制尚不明确。此外，地表水水质的影响因子分析多依赖于传统的多元统计方法，忽视了地表水水质变量的空间自相关性。本项目以浙江省30座大中型水库为研究对象，在生态系统管理的框架下，把流域看作一个整体的生态系统。借助遥感和地理信息系统，在4个时间跨度（1990-2000、2000-2005、2005-2010、2010-2014）以及2个空间尺度（流域、行政区）上，分析水库流域城市化的时空格局与过程。通过直接（监测数据分析）和间接（景观生态学）的方法，借助地理权重回归方法，定量揭示水库水质的时空变化规律及影响因子。利用突变理论建立流域生态系统复合指标模型，并借助地理权重回归方法分析流域生态系统响应城市化的空间机制。研究结果能够为构建健全的水库水源保护框架、有效保护水库水资源、顺利推动城市化进程提供理论依据。

水库作为优质的水体，是目前中国许多地区重要的饮用水水源。有效保护水库水资源对维持生态安全、保障居民供水具有重要的意义。本项目以快速城市化背景下水库水质及流域生态环境对城市化的响应机制为研究对象，借助遥感、地理信息系统和多种模型算法，开展了水库水质及流域城市化的时空变化规律及影响因子研究。主要的研究内容和取得的进展有：（1）分析完成了浙江省主要大型水库流域城市化的时空格局与过程，对近10余年来浙江省水库水质的总体变化趋势进行了分析，并揭示了主要的污染指标和水质影响因子。（2）完成了水库流域生态环境安全性评价及对城市化的响应分析，结果显示从1995年至2010年水库流域生态环境安全性整体上发生了下降，由安全向潜在危险和危险转变。（3）研究确定了地表水水质与流域土地利用关系的空间变化规律。结果表明地表水水质与土地利用类型的百分比指数关系密切，而与空间格局景观指数的关系较弱；在较差的水质环境中，水质与土地利用之间的相关性相对较弱。（4）利用时间稳定性分析构建了区域代表性监测点识别和平均水质预测方法。本研究为水污染控制实践提供了新的见解，为管理者制定有效的水资源保护策略提供了依据，有助于改善水资源管理和土地利用规划。