基于湖泊与出入湖水质关联性研究:以鄱阳湖为例

基于1996～2016年鄱阳湖及出入湖水质数据,解析了鄱阳湖与出入湖河流水质间关联及影响因素.结果表明TN和TP是引起鄱阳湖水质下降的主要因子,其中,1996～2003年,鄱阳湖及出入湖水质总体较好,但呈下降趋势,主要受流域污染负荷增加影响; 2004～2011年,水质继续下降,"五河"水质下降明显,并引起鄱阳湖水质下降;由于鄱阳湖较强的水质净化能力,其出湖水质相对较好,该阶段水质下降受流域污染负荷增加与水文条件变化共同影响; 2012～2016年,水质进一步下降,入湖河流水质快速下降及来水量减少,使鄱阳湖水质净化能力降低,进而导致出湖水质也有所下降,该阶段鄱阳湖水质下降仍受流域污染负荷增加与水文条件变化共同影响.由此可见,入湖河流与鄱阳湖水质关联密切,南部和东部湖区TN浓度明显高于西部湖区,主要与赣江和信江TN负荷输入有关;南部湖区TP浓度明显高于东部和西部湖区,主要与赣江和抚河TP负荷较高有关.相对于水文条件变化,流域污染增加对湖泊水污染贡献更明显.     

杞麓湖生态安全综合评估

在对杞麓湖近20年来的水生态、流域社会经济、服务功能、生态灾变等进行调查研究的基础上,以20世纪70年代末80年代初杞麓湖的生态安全状况为背景,运用评估模型对杞麓湖1994—2013年湖泊生态安全状况进行了综合评估。结果表明:杞麓湖2013年生态安全状态已处于第5级、"很不安全"的黑色预警状态;生态安全程度近20多年处于较差状况,安全分级多为"一般"和"不安全"。     

鄱阳湖水沙与氮磷输移过程及滞留效应研究

为了开展鄱阳湖水沙、氮磷输移过程及滞留变化的研究,收集了鄱阳湖“五河”七口水文站1958-2021年的径流量和悬沙浓度数据、1965-2020年鄱阳湖湖口入江水道地形数据、2003-2021年水质监测数据以及1973-2018年湖区围垦遥感解译等数据,采用统计、对比、双累计曲线及质量守恒法等方法,分析了鄱阳湖“五河”入湖沙量变化趋势、鄱阳湖入江水道地形变化以及鄱阳湖TN、TP滞留变化过程.结果表明：(1)从20世纪90年代起“五河”入湖总沙量呈显著下降趋势.(2)鄱阳湖出口河段河床于2000-2010年期间在深度10.0～12.0 m中滩河床发生了强烈下切和横向展宽,2010-2020年下切显著减缓,中滩河床还存在横向展宽的可能.(3)出入湖TN、TP通量与出入湖泥沙通量成正比.(4)鄱阳湖2003-2021年逐年TN、TP滞留率显著降低.研究显示：鄱阳湖“五河”流域各大中型梯级水库的建设使得鄱阳湖湖区多年来沙量显著降低,鄱阳湖流域水土保持及闸坝体系在2000年后水土流失韧性增强;但湖区采砂挖沙和航道整治等使得鄱阳湖出口河段河床显著下切;采砂挖沙活动导致鄱阳湖湖盆沉积物受到扰动,使得沉...     

近10年流域江湖关系变化作用下鄱阳湖水动力及水质特征模拟

鄱阳湖水文情势受流域来水及长江共同影响,近10年流域、长江和鄱阳湖间关系发生了较大变化,导致了新的水文节律调整,进一步使得湖区水质环境发生变化.对近10年序列(2003—2012年)和1956—2002年序列的多年平均的日水文过程进行对比,分析了鄱阳湖的流域入流、湖口出流及湖区水位的年内变化过程;近10年鄱阳湖最高水位降低,湖相时间变短,河相时间增长;通过构建鄱阳湖的二维水动力水质模型,并采用实测2010年湖区水动力及水质数据对模型进行率定验证,在此基础上着重研究流域、江湖水文情势变化条件下,湖区的水动力和水质发生的变化.模拟结果显示,由于4—6月间湖区丰水期滞后13 d,8—10月间枯水期提前21 d,导致TN浓度在两个时间段内分别上升10.6%和12.4%,TP浓度在两期间内分别升高11.7%和13.6%.在8—10月期间,湖区水位下降速率增加,南部与西部的碟型湖提前与主湖区分离,形成相对静水的水塘,加剧了碟型湖的富营养化风险.     

基于WQI法的鄱阳湖水质演变趋势及驱动因素研究

选取2003—2016年16项水质参数,采用WQI水质指数法,研究了近14年鄱阳湖水质演变特征及影响因素.结果表明:①水质WQI均值为(37.61±7.71),处于"良好"水平,但氮磷污染较严重.②水质WQI值变化可分为两阶段,其中2003—2010年间年际变化较大,WQI(TP)由70.7下降至65.20,而WQI(TN)由59.44增加至67.43,相比而言TP污染程度较TN严重;2011—2016年总体稳定,年际变化较小,而WQI(TP)和WQI(TN)值却显著增加,这一阶段TN污染程度超过TP.③鄱阳湖水质2003—2010年TN浓度增加与工业废水和生活污染负荷增加相关,而TP浓度下降则与流域磷污染控制加强有关;2011—2016年,TN和TP浓度增加与生活及旅游污染负荷快速增加密切相关;水质空间变化与"五河"入湖氮磷负荷有关,表现为北部湖区水质较好,西南湖区TP超标严重,而东南湖区TN污染程度最高.     

鄱阳湖流域人为氮磷输入演变及湖泊水环境响应

人类活动导致的氮磷营养盐富集是我国湖泊富营养化问题形成的重要驱动力.鄱阳湖是我国最大的淡水湖泊,随着流域经济社会的迅速发展,湖体营养盐水平上升,降低了鄱阳湖及长江中下游地区的水环境质量.然而,人类对鄱阳湖流域氮磷输入的影响程度尚不明确,湖体氮磷浓度与流域人为氮磷输入的关系也缺乏定量研究.因此,本研究基于人为净氮输入模型(NANI)、人为净磷输入模型(NAPI)和多元统计回归模型,评估了鄱阳湖流域1949—2013年人类活动导致的氮磷输入量,构建了人为氮磷输入与湖泊氮磷浓度的响应模型.结果表明,研究期内鄱阳湖流域的人为净氮输入和人为净磷输入分别增长6倍和15倍,化肥施用是20世纪80年代以来的主要增长因子;鄱阳湖氮磷浓度与流域人为氮磷输入显著相关,根据多元回归模型的可决系数,NANI可解释88%的湖体TN浓度变化,NAPI和湖泊平均水位可解释64%的TP浓度变化.提高氮磷的循环利用率同时维持湖泊生态水位对于降低鄱阳湖富营养化水平具有重要意义.     

2011~2019年鄱阳湖水质演化特征及主要污染因子解析

基于2011~2019年鄱阳湖17个国控监测点位的水质数据,采用综合污染指数、综合营养状态指数和蔚蓝城市水质指数法分析了各湖区的水质时空演变特征与趋势,利用主成分分析法对湖区的主要影响因素进行探索,综合评价"十二五"和"十三五"时期鄱阳湖的水质变化及其演变规律.结果表明：①在时间上,2011~2015年鄱阳湖水质呈下降趋势;2016~2019年鄱阳湖水质总体呈向好趋势但富营化现象依然存在;各年水质状况具有明显的水期变化特征且波动明显,主要表现为：丰水期>平水期>枯水期.②在空间上,2011~2015年各湖区的综合污染指数均呈上升趋势,蔚蓝城市水质指数等级以一般为主;2016~2019年各湖区整体呈向好趋势,东北湖湖区水质改善明显;2011~2019年主湖湖区水质状况波动最为显著,南湖湖区相较于其他湖区水质污染情况最为严重.③从影响因素来看,2011~2019年鄱阳湖湖区主要超标指标为总磷（TP）、总氮（TN）、氨氮（NH₄⁺-N）和高锰酸盐指数;"十二五"期间鄱阳湖受到化工企业及农业面源的污染影响较为严重,"十三五"期间城镇居民生活对水质的影响作用呈逐年上升趋势.     

鄱阳湖发展演变及江湖关系变化影响

鄱阳湖为长江流域最大的通江湖泊,江湖关系独特.现代鄱阳湖的形成及其演变是多种因素长期综合作用与发展的结果,且经历了几个不同的阶段.各种影响因素在鄱阳湖演变的不同阶段所发挥的作用也不尽相同.自然因素的影响过程较为缓慢,而人为因素的作用则较为明显,也更为直接.随着湖区人类社会经济的发展,人类对鄱阳湖的依存大大凸显其生态系统的重要性、脆弱性和敏感性.这必将对湖泊的演化,尤其是对冲积平原浅水湖泊的演变发挥决定性作用.特别是近年来面临着江湖关系、河湖关系和人湖关系的改变所带来的重大影响,未来鄱阳湖的发展和演变存在诸多变数和不确定性,面临着许多挑战.科学认识和预测江湖关系变化趋势及其对鄱阳湖的影响,并提出应对鄱阳湖演变与发展对策,对保障鄱阳湖生态安全尤为重要和迫切.     

杞麓湖水生态系统健康评估

在对杞麓湖近20年来的水生态状况进行调查研究的基础上,以20世纪80年代初杞麓湖的水质和水生态系统数据为本底值,运用评估模型对杞麓湖1994—2013年湖泊水生态系统健康状况进行了评估。结果表明:杞麓湖水生态系统健康多年总体处于不稳定状态,20世纪70年代末至80年代初,水生态系统健康状况为"很好";1994—2000年,水生态系统健康综合指数显著下降,处于较差和中等之间,水环境在该时期已受到明显污染;2001—2010年,水生态系统健康综合指数有所提高,处于中等和好之间,水环境状态平稳;2010年以后,由于多年持续干旱等原因,水生态系统健康综合指数明显下降,变为较差水平。     

鄱阳湖沉积物重金属污染影响因素分析——基于STIRPAT模型

为探究人类活动对鄱阳湖沉积物重金属污染的影响,于2017年10月在鄱阳湖入口、出口及湖区布设20个采样点位,开展鄱阳湖沉积物重金属表层及垂向分布特征调查,评价其潜在生态风险.利用¹³⁷Cs和²¹⁰Pb计年法推算出鄱阳湖沉积物的平均沉积速率,并结合柱状分层样品重金属含量,得出具体年代的重金属蓄积特性.基于STIRPAT模型,通过偏最小二乘回归分析得到鄱阳湖沉积物重金属演变与总人口数量、城镇化率、实际人均GDP、绿色专利申请数、第二产业占比、第三产业占比6种社会经济指标的多元非线性模型.结果表明：（1）鄱阳湖表层沉积物重金属Cu污染最为严重且生态风险程度最高, 地累积指数为“强”或“中-强”污染范畴,单因子潜在生态风险指数平均值为47.25,属于“中等”生态风险.整个湖区的总潜在生态风险指数RI平均值为107.07,表明鄱阳湖表层沉积物重金属总体处于低生态危害水平.（2）1988~2017年总人口数量是影响鄱阳湖沉积物重金属Cd和Cu污染的最主要正向因素,其他正向因素为第二产业占比、第三产业占比、城镇化率及实际人均GDP,绿色专利申请数所反映出的区域绿色技术创新能力及环保研发投入对鄱阳湖沉积物重金属Cd、Cu污染具有负相关关系.     

呼伦湖流域生态安全评价及时空分布格局变化趋势研究

呼伦湖是我国北方第一大湖,具有涵养水源、生物多样性维护、气候调节等重要生态功能,对于维系我国北方生态安全屏障具有重要作用.近年来,随着气候暖干化加剧,呼伦湖面临着湖体面积萎缩、芦苇湿地大面积消失、局部草原区退化严重、土地沙化面积扩大、关键种群缺失等生态安全问题.该研究围绕“水资源-水环境-水生态”三水共生目标,以“山水林田湖草沙”系统观为指导,基于遥感和GIS技术对呼伦湖流域1990—2018年的生态安全时空分布格局进行评价.结果表明:①2018年呼伦湖及其流域的生态安全指数分别为0.495和0.774,分别处于预警和良好状态.②呼伦湖流域生态安全自1990年以来分别经历了骤降期、稳定期和恢复期等3个时期,呈现“一林一草一湖”的生态安全分布格局.③2010年呼伦湖生态安全水平最低,主要分布在新开河入湖口、湖西岸大部分区域、湖中心以及湖东南方向的湾口区域;流域则在2015年的生态安全状况最差,主要位于新左旗中部、海拉尔河流域以及呼伦沟等地,尤其是沿乌尔逊河上游东侧地带表现最为突出.④影响呼伦湖流域生态安全水平的主要因素为入湖径流量、蓝藻水华面积占比和水源涵养量,而长期超载过牧、水体污染物浓缩效应以及湿地面积萎缩是限制生态安全水平进一步提升的重要因素.研究显示,呼伦湖流域生态安全与水资源状况密切相关,湖面面积维持在2 036 km2以上能保障流域较高的生态安全水平.此外,蓝藻水华面积、放牧强度与湿地面积均关系着区域生态安全,建议通过建立蓝藻水华风险防控体系、合理核定载畜量、保护与修复芦苇湿地以改善局部区域生态安全状况.      

鄱阳湖湿地生态系统退化的社会经济根源研究

鄱阳湖湿地生态系统是一个复杂、开放的交互系统。近些年,鄱阳湖湿地生态系统退化有加剧的趋势,其中有自然的原因,但更重要的是在社会经济发展过程中引起自然环境的破坏和生态规律的波动。人口持续增长、不合理的经济发展模式、湿地保护相关政策的缺失等都加剧了湿地生态系统的退化。加强湿地管理与保护、调整区域经济发展方式、构建环鄱阳湖生态经济区等措施,对保护和开发鄱阳湖湿地有重要的作用。     

鄱阳湖湿地烧荒遥感监测及其影响分析

鄱阳湖湿地属于我国生态功能区划重要区,兼有洪水调蓄和生物多样性保护的生态服务功能。该区域建有9个国家和省级自然保护区。近年来,全球变暖引发的区域性干旱气象灾害频发,造成鄱阳湖区水体和湿地水位下降、甚至干涸,大量薹草滋生,时有湖区烧荒现象,严重威胁到鄱阳湖湿地自然保护区安全及区域生态环境。2012年初,针对新出现的多起烧荒事件,研究结合遥感快速监测、植物地面调查和GIS缓冲区分析等方法,及时掌握第一手的烧荒区域面积、分布和地面火烧区域与非火烧区域植被生长状况,并经对比和分析获得一些初步认识:①此次春季烧荒区域总斑块95个,烧荒总面积10278.6196hm²,烧荒面积最大的斑块面积1293hm²,烧荒区主要分布在永修县吴城镇鄱阳湖国家级自然保护区和新建县南矶山湿地自然保护区;②火烧后薹草萌发与生长的数量要显著提高,前期地表生物量与盖度也高于未火烧区,但生长后期地表生物量与盖度要低于未火烧区;在萌发与生长的全过程,火烧后薹草的高度均显著低于未火烧区;在生长后期,火烧后薹草群落物种丰富度与生物多样性要明显低于未火烧区;③烧荒地缓冲区分析表明受烧荒影响最大的土地覆盖类型仍是干涸的湖底和邻近农田,随着缓冲区范围的扩大,受影响的森林和农村聚落类型比重加大,应引起足够重视。基于以上三个方面的分析,提出了相关的鄱阳湖区湿地资源保护和烧荒地管理的建议。     

鄱阳湖底泥中重金属污染现状评价

为了解丰、枯水期鄱阳湖沉积物中重金属含量以及各污染物的潜在生态危害程度,在对鄱阳湖污染现状详细调查与分析的基础上,利用地积累指数法和潜在生态风险指数法对鄱阳湖底泥中的重金属污染进行综合性的评价分析,并与单因子指数评价结果相比较.结果表明,鄱阳湖底泥已经受到了不同程度的重金属污染.从总体的污染程度分析,各污染物的污染程度大小排列次序为:Cu>Pb>Zn>Cd,这与单因子指数法评价结果一致;各污染物对鄱阳湖生态风险构成危害的影响程度排列次序为:Cd>Pb>Zn>Cu;污染的地区和时间差异大,各采样点污染程度排序为:鄱阳饶河>鄱阳湖龙口>鄱阳湖南矶山>星子冬枯山>星子渔民村,且枯水期普遍大于丰水期.     

鄱阳湖区景观格局季相变化及其优化调控研究

论文以自然属性确定的鄱阳湖区为例,基于景观生态学理论和GIS空间分析技术,定量描述和分析了鄱阳湖区景观格局的季相变化特征。研究结果表明：鄱阳湖区整体景观格局季节变化明显,枯水期较丰水期景观更加破碎,形状更加复杂,聚集程度更低,异质性水平更高;类别水平上,以滩地景观变化最为显著。枯水期和丰水期生态连通性也有较明显差异,枯水期景观生态连通性更差,景观单元间的生态阻力更大,生态流运行更加困难。在此基础上,借助最小累积耗费阻力模型和GIS空间分析模块,识别和构建了不同季相鄱阳湖区的源地、廊道（三类）、节点等生态组分,形成了“斑块-廊道-基质”模式的生态功能网络;并通过对不同季相景观格局优化组分的对比分析,辨识了年内能够持续发挥重大生态效益的景观组分,构建了更为合理的景观格局优化调控方案,以期增强鄱阳湖区景观网络的连通性,保障生态流的畅通运行,加强湖区生态系统的稳定性和可持续性,为鄱阳湖区生态规划和管理提供借鉴和参考。     

鄱阳湖水文干旱化发生的机制研究

近年来,鄱阳湖呈现显著的秋冬季干旱化趋势,对鄱阳湖水生态安全和湿地生态安全都产生了显著影响,引起广泛的社会关注。揭示鄱阳湖水文情势发生变化的原因,对鄱阳湖科学管理具有重要的意义。利用Landsat卫星系列遥感影像分析2000年以来鄱阳湖采砂基础上,结合长时间序列水文资料,分析鄱阳湖水文特征变化,探讨了鄱阳湖水文特征变化与采砂之间的关系。得到以下结论：（1）从采砂船数量、采砂规模和采砂方位等来看,数量和规模远超规划限额的规模,并且呈扩大趋势,采砂范围已经扩大到鄱阳湖最南端,并在生态敏感区出现,表现出滥采、盗采和超采的无序状态。（2）新世纪以来,鄱阳湖枯水期提前、特征低枯水位时间延长,入江河道的水面坡降呈减小趋势,但泄流出湖速率呈增加趋势。（3）长江三峡水库运行对中下游水位的影响,以及长江中下游含沙量降低造成清水侵蚀,河床下降削弱长江水对鄱阳湖泄流的顶托作用,也是鄱阳湖水文干旱化变化的潜在原因。（4）鄱阳湖采砂导致入江河道加深、加宽,是鄱阳湖秋冬季水文干旱化的原因之一。研究结果对于如何应对鄱阳湖秋冬季水文干旱化,开展鄱阳湖综合治理具有参考价值。     

基于PSFR评估框架的太子河流域水生态安全评估

以减少人类压力、保持生态健康、维持服务功能和规避潜在生态风险为出发点,建立了基于PSFR(压力、状态、功能、风险)的太子河流域水生态安全评估指标体系.通过遥感影像解译、年鉴资料查询收集和实地调查数据相结合的数据整合方式,利用综合指数法计算了太子河流域生态安全指数,并分析了造成流域生态安全退化的原因.结果表明,太子河流域划分的105个小流域中不存在“极不安全”等级,仅有下游5个小流域处于“不安全”等级,占总数的4.8%;多数小流域均处于“较安全”和“一般”等级,呈集中分布的特点,其中处于“较安全”等级的小流域有59个,占56.2%;处于“一般”等级的小流域有38个,占36.2%;处于“安全”等级的小流域只有3个,占2.8%,说明整个太子河流域的水生态安全状况整体处于“较安全”等级.研究显示,流域内农业和城镇用地的扩张是显著影响生态安全状态及生态服务功能的主要因素.