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.     

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...     

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.     

鄱阳湖入湖河流氮磷水质控制限值研究

鄱阳湖近年氮磷营养物浓度逐步升高,入湖河流是鄱阳湖氮磷输入的重要途径.采用BATHTUB模型建立了鄱阳湖入湖河流与湖区ρ（TP）、ρ（TN）的响应关系,模拟了入湖河流执行GB 3838—2002《地表水环境质量标准》中不同氮磷标准限值对湖区水质的影响,发现当入湖河流ρ（TP）执行河流Ⅲ类标准限值或超过Ⅲ类标准限值时,对应湖区ρ（TP）超标;入湖河流执行Ⅲ类及以上湖泊水质标准限值时,湖区水质可以达到Ⅲ类保护目标,但对入湖河流存在一定的过保护现象.因此,以满足现行湖泊水质达标为情景,以湖泊ρ（TP）、ρ（TN）各类别标准限值为目标,试算了入湖河流氮磷控制限值,提出了鄱阳湖入湖河流的氮磷控制限值建议方案,其中鄱阳湖湖体水质目标为Ⅲ类时,入湖河流ρ（TP）、ρ（TN）控制限值分别为0.075和1.20 mg/L,此时入湖河流氮磷控制限值方案既能保证湖泊水质达标,又不会造成对河流的水质控制过于严格.研究显示,基于湖泊水环境质量达标情况试算的入湖河流氮磷所需控制限值,建议可作为解决入湖氮磷污染控制问题的参考.      

基于MODIS数据的乌梁素海水体遥感监测

近年来,内蒙古乌梁素海水体富营养化日益严重,致使藻类"黄苔"频繁暴发,对该湖泊的生态系统及湖泊周围地区饮用水安全造成了严重影响。利用遥感技术监测湖泊水体具有时效性强、监测范围广、成本低等优点。本文基于高时间分辨率MODIS数据,对乌梁素海水体进行了遥感监测。利用各个采样点的经纬度提取了各个采样点的反射率,建立了叶绿素浓度的对数反演模型、总氮浓度的多项式反演模型、总磷浓度的多项式反演模型,并将反演出的叶绿素、总氮、总磷值与实测值进行了相关性分析。结果表明,乌梁素海叶绿素、总氮、总磷值的反演值与实测值的相关系数均在0.6以上,说明所建立的反演模型可以较好的反演相应的水质参数。     

湖泊水质参数遥感监测研究进展

湖泊是水圈的重要组成,也是重要的淡水资源之一.湖泊的水环境日益遭到污染,监测湖泊水质动态变化对生态环境保护具有重要意义.遥感技术为湖泊水质监测提供技术支持,克服了人工采样成本低和时效性差的特点,在湖泊水质监测中得到了广泛的应用.通过遥感可以监测的指标包括悬浮物、叶绿素a、有色可溶有机物、溶解氧和透明度等.虽然遥感为湖泊水质监测打开新思路,但是仍然存在问题：(1)遥感接受到的信号受到大气的影响,而大气校正算法不够成熟,需要更精确的大气校正来控制大气影响,消除大气和光照等对水体反射的影响;(2)受季节和空间制约,不同湖泊表面光学特性存在差异以及水中生物光学特性的差异性,利用有限实测数据建立的模型缺乏可移植性;(3)水生植物和外力作用(风力、鱼群等)的干扰,造成实测和模型估测之间的误差,而且数据的同步性难以保证,导致模型可靠性下降;(4)实测数据和遥感数据的时空尺度不匹配,难以捕捉动态精细的水质变化.因此,未来结合多源数据以及其他水文模型,深入研究水体中各组分的光学特性,优化反演算法,发展对实测数据依赖程度低的反演算法,构建可迁移的反演模型,打破模型地域局限,推动湖泊水体污染监测预警业务化发...     

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.     

鄱阳湖不同高程沉积物中磷形态特征研究

选取了枯水期鄱阳湖10~13m高程共14个出露表层沉积物样品,通过研究其总磷(TP)及各形态磷含量与分布特征,试图揭示江湖关系变化导致的水位下降对鄱阳湖沉积物磷潜在释放风险的影响.结果表明,鄱阳湖表层沉积物总磷(TP)含量在214.5~736.0mg/kg之间, 平均含量为(428.6±154.3)mg/kg.空间分布呈“五河”入湖尾闾区(444.5mg/kg)≈湖心区(445.4mg/kg)>北部湖区(387.7mg/kg).各形态磷在空间上的差异相对较小,不同形态磷含量次序为活性磷(254.6±114.3mg/kg)>有机磷(105.0±49.2mg/kg)>非活性磷(69.1±26.3mg/kg).江湖关系变化引起鄱阳湖枯水期沉积物出露时间提前并且延长,进而导致不同高程沉积物总磷及其各形态磷含量差异明显,其含量变化趋势为12~13m> 11~12m>10~11m,即高程越高,沉积物总磷及其各形态磷含量越高.其中活性磷增幅最大,OP次之,非活性磷最小.而空间增幅表现出“五河”入湖尾闾区最为显著,湖心区次之,而北部湖区最小.     

不同尺度土地利用方式对鄱阳湖湿地水质的影响

基于鄱阳湖湿地30个采样点的实测水质数据,分析鄱阳湖湿地水质的现状及其与周边不同尺度土地利用方式的相关性.结果表明,鄱阳湖湿地水质介于Ⅲ类至Ⅴ类之间,平均处于Ⅳ类的状态.湿地水体主要污染物是总氮（TN）和总磷（TP）,叶绿素a（Chl-a）质量浓度和高锰酸盐指数值相对较低.不同尺度的土地利用方式与水质参数之间均存在显著的关联性,500 m缓冲区内的土地利用方式对高锰酸盐指数空间分异的解释度最大,而1 km缓冲区对Chl-a、TN、TP及总体水质空间分异的解释度最大.缓冲区尺度的土地利用方式对水质的解释度要高于小流域尺度.居民用地与所有水质参数呈显著正相关,耕地与TN、TP呈显著正相关.200 m缓冲区内的河流与TN、TP呈显著正相关,表明河流入湖口附近采样点的氮磷质量浓度较高,河流输入可能是鄱阳湖氮磷的重要来源.湖泊与Chl-a、TN和TP之间呈显著负相关,表明相对于鄱阳湖的主湖区,周边湿地起着污染物"源"的作用.该研究表明,控制小尺度（≤ 1 km）的土地利用格局、特别是居民用地和耕地的面积占比及河流污染物输入对于鄱阳湖的水质保护十分重要.     

内蒙古典型湖泊水环境特征及水质评价

内蒙古高原湖泊位于我国北疆的生态脆弱区,在调节区域气候、生态环境和维系生物多样性等重要生态功能中发挥着十分重要的作用.由于自然因素以及人为因素的双重影响,内蒙古湖泊水环境面临着挑战.为明确内蒙古湖泊整体的水质情况,基于2019年秋季（10~11月）与2021年夏季（7~8月）内蒙古典型湖泊的水质数据,探讨其水质时空变化规律,并分析不同指标对湖泊水质的影响,进而识别出影响湖泊水质的关键因子.结果表明：①内蒙古典型湖泊春秋两季的多项理化指标在时空分布上均有差异.时间尺度上,主要以氨氮（NH₄⁺-N）以及亚硝氮（NO₂^--N）等指标含量在秋季时低于夏季,溶解氧（DO）含量秋季时高于夏季;空间尺度上,内蒙古西南部湖泊的总磷（TP）、总氮（TN）、化学需氧量（COD）和盐度（Sal）等指标含量高于东北部的湖泊,DO则与之相反.②溶解性总固体（TDS）为内蒙古典型湖泊水质的主要特征因子.③湖泊综合水质质量指数（WQI）时空分布差异显著,湖泊水质等级随TDS分区的升高而降低,且湖泊水质秋季优于夏季.     

洱海北部入湖河流水质特征及其对北部湖区的影响

基于2016—2018年罗时江、弥苴河、永安江及洱海北部湖区监测数据分析,探讨洱海北部入湖河流污染变化特征及对北部湖区的影响。结果表明:1）"北三江"监测断面总磷、COD、氨氮浓度整体稳定在GB 3838—2002《地表水环境质量标准》Ⅱ—Ⅲ类标准限值内,年内污染物浓度变化表现出典型的农业面源污染特征,且受流域内产业模式等的综合影响;2）研究期间,河流首要污染物为TN,旱季次要污染物为COD,雨季为TP。雨季入湖负荷高于旱季,弥苴河污染负荷大于罗时江、永安江。"北三江"入湖TN和TP污染负荷分别占洱海允许负荷的50.1%和59.7%;3）入湖河流的磷元素输入是洱海北部湖区磷污染的重要来源。北部湖区污染物浓度对氮、磷入湖污染负荷相关性次月强于当月,响应存在延迟。筛选环境友好型种植模式,控制"北三江"氮磷入湖负荷,有利于保护洱海水环境。     

鄱阳湖典型河湖交汇区浮游植物现状分析

鄱阳湖典型河湖交汇区（尾闾区）易受人类频繁活动的影响,属于敏感区且是蓝藻水华易暴发区域.为探究鄱阳湖典型河湖交汇区浮游植物群落结构的差异性及相关驱动机制,于2019年至2020年1月（枯水期）、4月（涨水期）、7月（丰水期）和10月（退水期）对鄱阳湖典型河湖交汇区7个采样点位和鄱阳湖河流中段6个采样点位以及主湖区1个采样点位水质状况和浮游植物进行野外调查.结果表明,鄱阳湖典型河湖交汇区浮游植物共有7门64属,浮游植物生物量和相对丰度以硅藻和蓝藻为主.鄱阳湖典型河湖交汇区生物量和丰度东部总体上高于西部,河湖交汇区生物量和丰度高于河流中段.湖区和河湖交汇区蓝藻门优势度较大,河流中段硅藻门优势度较大.蒙特卡罗检验结果显示：总氮（TN）、总磷（TP）、正磷酸盐（PO₄^3--P）、水深（WD）、水温（WT）和透明度（SD）是影响浮游植物群落分布的显著相关环境因子.冗余分析（RDA）结果显示,鄱阳湖西部典型河湖交汇区受水化因子（TN、TP和PO₄^3--P）作用更明显,东部典型河湖交汇区水文因子（WT、WD和SD）影响更为显著.鄱阳湖典型河湖交汇区浮游植物影响因子具有季节性,冬季受水化因子影响较大,夏季受水文因子影响较大.     

呼伦湖水体磷的时空演变及其影响因素

呼伦湖是我国北方第一大湖泊,其水环境质量对区域生态环境调节具有重要影响.针对近年来呼伦湖水体的ρ（TP）超标问题,分别于春、夏、秋、冬四季采集呼伦湖水体样品,结合入湖河流断面多年月均数据对呼伦湖水体ρ（TP）的时空分布、赋存特征、污染来源和影响因素进行分析.结果表明:①秋季、冬季、春季和夏季呼伦湖水体ρ（TP）分别为0.145~0.301、0.090~0.360、0.104~0.434和0.049~0.219 mg/L,总体处于GB 3838—2002《地表水环境质量标准》V类水质标准;呼伦湖水体ρ（TP）空间分布上季节性差异显著,冬季呈现湖周高于湖心的特征,秋季呈湖心高于湖周的特征,春季和夏季克鲁伦河入湖河口处ρ（TP）均较高.②冬季与其他3个季节水体磷形态组成差异较大,冬季冰封期以DTP（溶解态磷）为主,ρ（DTP）占ρ（TP）的比例为76.2%,春季、夏季和秋季均以PP（颗粒态磷）为主,其占ρ（TP）的比例分别为55.1%、64.1%和58.9%.③呼伦湖3条入湖河流ρ（TP）表现为克鲁伦河>呼伦沟河>乌尔逊河的特征.研究显示,呼伦湖水体ρ（TP）的主要影响因素为水量变化、冰封、入湖河流输入和底泥再悬浮.      

基于源汇过程模拟的鄱阳湖流域总磷污染源解析

近年来鄱阳湖磷污染问题突出,总磷超标且浓度逐年增加,成为制约鄱阳湖流域（江西）经济社会可持续发展的重要因素.为科学解析鄱阳湖总磷污染来源,耦合多污染源污染负荷估算方法和SPARROW模型,建立基于源汇过程模拟的流域污染源解析技术方法,针对鄱阳湖流域13种总磷污染源开展负荷估算、模拟校核和入湖时空贡献定量解析.结果表明:①鄱阳湖总磷负荷以陆域输入为主（占90.8%）,主要污染来源为农业和城镇生活源,贡献率分别为56.4%和30.6%;污染来源按贡献率的大小排序依次为种植业（29.3%）>城镇生活（24.6%）>畜禽养殖（17.2%）>水产养殖（9.9%）>内源释放（6.9%）>城市径流（6.0%）>农村生活（2.2%）>工业企业（1.6%）>其他源（0.46%）.②在空间贡献方面,总磷入湖负荷主要来自于滨湖区和赣江集水区,贡献率分别为33.5%和31.8%,其他集水区总磷贡献率较小（合计为25.5%）,湖体贡献率为9.2%;同时,不同子流域污染源贡献结构也存在空间差异性.③在时间贡献方面,总磷入湖负荷量呈季节性波动特征,贡献峰值多出现在6月,雨季（3—8月）陆源输入负荷占全年的70%.④所构建的基于源汇过程模拟的污染源解析模型可用于流域水污染来源成因精细化解析.研究显示,鄱阳湖总磷污染来源具有明显时空差异性,建议围绕滨湖区和赣江集水区等高贡献区域设立优先管控区,重点针对种植业、城镇生活、畜禽养殖和水产养殖源,制定磷污染源汇过程减排政策措施,以改善鄱阳湖水环境质量.      

1986—2015年青藏高原哈拉湖湖泊动态对气候变化的响应

湖泊是气候变化的敏感指示器,研究其动态变化对揭示全球气候变化具有重要意义。以哈拉湖流域为研究区,基于3S技术提取流域内湖泊面积、形状等信息,揭示近30年哈拉湖流域湖泊动态变化特征,并探讨其对气候变化的响应。结果表明：1986—2015年间,哈拉湖流域湖泊面积变化呈“V”型,其动态变化大致可分为两个阶段：波动下降阶段（1986—2001年）和波动上升阶段（2001—2015年）。其中1986—2001年湖泊面积由593.68 km²减少到584.83 km²（减少8.85 km²）;2001—2015年由584.83 km²增加到614.31 km²（增加29.48 km²）。对湖泊面积变化量与冰川面积变化量及同期遥感数据阶段各气候要素相关分析发现,湖泊面积变化量与阶段降水量呈正相关,且相关显著性水平在0.01以上,进而降水量是湖泊动态变化的主导因素。     

景观类型与景观格局演变对洪泽湖水质的影响

基于Landsat序列遥感影像数据解译进行了景观类型分类,分析了2008—2018年洪泽湖16个监测点位水质数据变化特征,从流域尺度研究了景观类型和景观格局演变对湖区水质的影响机制.研究结果表明,洪泽湖区主要水质风险指标为总氮（TN）和总磷（TP）,淮安南区域TN和TP浓度较高.2000年之前洪泽湖流域内景观类型主要为旱地（43.3%）,2000年后主要景观类型逐渐转变为水田（37.7%）和建设用地（23.6%）.建设用地、水田、入湖河流、围圩和围网养殖面积与湖区TN和TP浓度呈显著正相关,林地和草地面积与TN和TP浓度呈显著负相关.围圩养殖面积对TN浓度变异解释度最高,建设用地面积对TP浓度变异解释度最高,分别为47.6%和43.2%.近20年洪泽湖流域景观破碎度增大,斑块密度指数（PD）和蔓延度指数（CONTAG）与湖区TN、TP浓度呈显著正相关.建设用地、围网和围圩养殖面积增加以及景观破碎化增强与湖区TN和TP浓度上升密切相关.减少围圩和围网养殖的面积比例,控制建设用地和水田规模,降低生态空间景观破碎度,是维护和修复洪泽湖水质安全和水生态健康的重要抓手.     

越冬候鸟对鄱阳湖水文过程的响应

鄱阳湖是东亚地区主要的候鸟越冬地,平均每年约有105 种、34 万多只候鸟在此越冬。鄱阳湖独特的水文过程及五河入湖三角洲众多的碟形湖是形成鄱阳湖湿地生态系统特征和越冬候鸟栖息地的重要条件。论文根据每年的候鸟监测资料和鄱阳湖水位过程记录,通过分析各类候鸟越冬的取食对象和夜宿环境,采用定量与定性分析相结合的方法,研究了鄱阳湖水位对候鸟越冬的影响因素,揭示了越冬候鸟对鄱阳湖水文过程的响应规律。结果表明:①鄱阳湖处于平水年时,对候鸟越冬最为有利,候鸟数量最多;②鄱阳湖丰水期处于高水位时,食物缺乏,对候鸟越冬不利,影响最大的是雁、鸭、鹤和天鹅类候鸟,候鸟数量较少;③鄱阳湖枯水期处于高水位时,对鹳类、天鹅和鸻鹬类候鸟取食造成一定困难,有可能使候鸟数量减少;④鄱阳湖枯水期水位较低时,如果科学管理碟形湖的水位,对候鸟越冬不会产生明显的不利影响,但主湖区水位太低,对候鸟越冬不利。