近25年洞庭湖水质演变趋势及下降风险

利用1991~2015年水质数据研究了洞庭湖水质演变特征,识别了主要驱动因子,并探讨了水质下降对其生态风险影响.结果表明,1991~2015年间,洞庭湖水质总体呈下降趋势,TN和TP是影响水质变化的主要指标,其浓度年均值分别介于1.060~2.072mg/L和0.026~0.146mg/L;其中,1991~2002年间,TN和TP浓度均显著上升,多元回归分析显示水位和泥沙淤积是导致洞庭湖TN和TP浓度升高的主要因素;2003~2015年间,TN浓度进一步明显上升,而TP浓度维持高位,波动变化,氮、磷负荷输入量和水位是影响TN和TP浓度变化的主要因素.洞庭湖生态风险等级则由轻微风险转变为中等风险,TP是影响生态风险的主要水质指标;受洪水、农业面源污染和城市化等影响,洞庭湖磷风险时空差异较大,1991~2008年间,各湖区磷风险均有所升高,其中西洞庭湖磷风险增长幅度最大;2009~2015年,各湖区磷风险均有所降低,其中西洞庭湖下降幅度最大,而东洞庭湖下降幅度较小.因此,进一步控制入湖氮磷负荷、优化水位及重点关注磷风险是保护洞庭湖水生态的重要举措.     

洞庭湖近30年水环境演变态势及影响因素研究

水量、泥沙和污染物交换作为河流与湖泊之间的关键过程,对湖泊生态环境演变具有复杂而深远的影响.以长江中游典型通江湖泊洞庭湖为研究对象,着眼于“江湖”“河湖”“人湖”三重作用关系变化,从水文情势、水质、富营养化3个层面剖析了近30年洞庭湖水环境演变态势及主控因素.结果表明:①“江湖”关系变化影响了洞庭湖水沙交换及其年内分配,是湖泊枯水期提前和延长、水沙关系突变等现象的主控因素;“河湖”“人湖”关系变化协同加剧了该现象.②“河湖”关系的失衡和“河湖”统筹管理措施缺位,造成入湖河流长期输送大量营养物质,是湖体氮磷污染较重的根源;“江湖”“人湖”关系变化协同影响着营养盐分布格局,但影响范围及程度有限.③在“江湖”“河湖”作用关系复合影响下,藻类生长条件更为有利,增加了洞庭湖富营养化及水华风险.为保障洞庭湖水环境安全,建议:针对“江湖”作用主导的低枯水位问题,以水资源调控为核心,推进长江与流域上游水库联合生态调度,保障湖泊生态流量;针对“河湖”作用主导的水质恶化问题,以水污染防治为核心,强化流域污染控制,统筹“河湖”一体化监测管理模式,保障湖泊水环境质量;对于“人湖”作用主导的生态破坏问题,以生态空间管控为核心,划定并坚守生态红线,保障生态空间.      

南四湖入湖、入干线河流与输水干线的水质动态分析

根据南四湖流域主要入湖、入干线河流和输水干线23个监控断面2000—2010年的水质监测数据,从年际、年内和不同年份,对流域内的水环境质量变化趋势进行了综合分析,并筛选出2010年与2000年水质最差与最好的河流进行了对比分析。结果表明:2000—2010年间,各监控断面CODCr和NH3-N浓度的年平均值总体呈下降趋势,它们的5年平移平均值也呈下降趋势;受水文情势、面源与点源污染的影响,流域内所有监控断面在年内水质呈现一定的变化规律;2010年与2000年相比,流域内CODCr值和NH3-N浓度总体下降率分别达到74.4%和93.1%,2010年与2005年相比,73.9%的监控断面污染物浓度下降,总体上水质有了大幅度的改善,但所有监控断面的CODCr年平均值仍未达到Ⅲ类水质标准;流域内水质最差河流主要分布在工业、城镇集中的地区。     

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.     

洞庭湖生态风险评价及阶段性特征

采用“压力－响应”模式，按3个阶段评价了洞庭湖1991~2015年生态风险状况，并识别了不同阶段的主要压力源、胁迫因子及受影响较大的生态系统指标与生态系统服务.结果表明：（1）1991~2015年，洞庭湖生态风险总体呈不断增加趋势，期间造成洞庭湖生态风险增加的主要压力源发生了较大变化；主要胁迫因子和受影响大的生态系统指标也变化明显，而受影响较大的生态系统服务功能无明显变化.（2）不同阶段，洞庭湖生态风险影响因素不同，其中1991~2002年，受自然源和人为源共同影响；2003~2010年，自然源影响明显减弱，而人为源影响逐步增加；2011~2015年，自然源影响继续降低，而人为源的影响则进一步增加；（3）近年来洞庭湖生态风险增速虽有所减缓，但生态风险增加趋势尚未根本性改变，仍需加强洞庭湖保护治理，重点是进一步加强流域人为源的污染控制，同时密切关注自然源影响，尤其是水文情势变化所引起的生态风险增加问题.     

江湖关系变化及其对鄱阳湖水环境影响研究——代“江湖关系变化及其对鄱阳湖水环境影响研究”专栏序言

近年来,江湖关系变化成为影响鄱阳湖水环境的重要因素之一.立足于近年来鄱阳湖与长江江湖关系变化,试图通过鄱阳湖发展演变及江湖关系变化影响因素,以及江湖关系变化对鄱阳湖入湖污染负荷、水质、沉积物和藻类水华影响等方面,深入揭示江湖关系变化对鄱阳湖水环境影响机理.其中,从N、P生物地球化学循环的角度切入,研究揭示江湖关系变化对水体和沉积物N、P等生源要素的产生、输移、转化与降解过程以及赋存形态与时空分布等的影响机理;利用水质-水动力耦合模型量化江湖关系改变对鄱阳湖水动力及水质的影响;应用SWAT模型以及GIS技术,定量估算了江湖关系变化对鄱阳湖入湖营养盐负荷及其典型湿地植被景观格局时空变化的影响;利用现场观测和室内模拟试验研究预测了江湖关系变化对鄱阳湖藻类水华风险的影响,并讨论分析了其影响的重点区域和时段.     

湘江流域水质综合评价及其时空演变分析

选取湘江流域29个水质监测断面2008—2015年的水质监测数据,包括DO、COD_(Mn)、NH_3-N、TP、Pb、As、Cd,利用单因子评价法及季节性Mann-Kendall检验,对湘江流域的水质及其时空演化特征进行综合评价分析。结果表明:1)湘江流域水环境质量整体优良,且污染物浓度呈现持续下降趋势;部分地区受其自身条件及其发展的影响,污染类型及趋势差异明显。2)对于重金属Pb、As、Cd的整体治理效果要好于NH_3-N、TP。3)湘江流域内NH_3-N和TP的污染浓度表现为丰水期高于枯水期。而重金属污染差异明显,主要受河流流量变化以及历史排放的影响。4) 2008年以后,政府干预逐渐替代城市发展等经济因素成为影响湘江流域水环境变化的主要因素。     

三峡工程运行对洞庭湖水环境及富营养化风险影响评述

洞庭湖的江湖关系受自然因素及人为因素影响,其江湖关系的变化影响洞庭湖水文、水质、水环境容量和营养状态.近年来洞庭湖的富营养化指数不断升高,但水环境变化及富营养化风险变化的原因错综复杂,如何区分三峡工程运行等人类活动和气候变化等自然因素对洞庭湖水环境、富营养化风险的影响是洞庭湖江湖关系研究的难点.根据近年来洞庭湖江湖关系、水环境或富营养化水平的相关研究,对洞庭湖由于三峡工程运行导致的江湖关系变化,以及该变化对洞庭湖水环境、富营养化风险的影响的研究进展进行系统梳理、分析、总结和评述.现阶段研究得出,三峡工程运行导致的江湖关系变化影响洞庭湖不同时段的水环境容量,在一定程度上改善了枯水期和泄水期洞庭湖水质;三峡工程运行后洞庭湖水体中的ρ（TP）有所降低,但洞庭湖湖体ρ（TN）、ρ（TP）仍相对较高,已能够满足藻类生长的需求,水华发生的制约条件是水体透明度和水流流速;江湖关系变化后洞庭湖富营养化风险增大的时段是蓄水期,其他时段富营养化风险减小;流速较低的东洞庭湖湖滩区、蓄水期流速降低明显的南洞庭湖滩区水华发生的风险增大,为水华发生的敏感区域.大型枢纽工程对通江湖泊污染物迁移转化影响的机理分析、对通江湖泊水环境影响的模拟及相关参数研究、对湖泊水环境及富营养化风险的长期影响等方面的研究还有待进一步完善.      

汉江下游河流型水华暴发的多影响要素特征识别

水体富营养化通常发生于湖泊和水库等闭合水域,在大型流动性河流中通常较少发生.然而,随着近年来人类活动的干扰,汉江中下游水华事件频繁暴发,给沿岸居民的饮用水安全带来了严重隐患.科学辨识可能导致汉江下游水华暴发的多要素变化特征,是揭示河流水华成因和优化上游水利工程调度的重要依据.基于收集的汉江流域下游气象、水文、水环境和水生态长序列数据,系统检测了可能导致汉江河流型水华暴发的多要素特征和不同时期的变化差异.结果表明:①汉江中下游降雨量（1961-2015年）下降、气温（1961-2012年）显著上升,汉江流域近50年气候逐渐呈现暖干的变化趋势.②1992-2013年汉江中下游径流变化呈显著下降趋势,在水华严重暴发的2008-2011年,汉江干流中下游主要断面年均流量和水位均处于历史上相对较低的一段时期.③2004-2014年汉江下游主要水环境指标变化趋势不显著,但总体水质状况较差,水华年ρ（COD_Mn）和ρ（TP）明显高于非水华年.④汉江水华暴发季节时间自2008年后有明显前移趋势,每年春季的2月中下旬-3月中旬将是水华暴发的重点防控时段.研究显示,汉江下游藻密度的变化相对于营养盐和水文情势要素更加敏感,在不同水华暴发时期的差异也最为显著,是导致河流型水华暴发的主要驱动因素.      

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.     

洞庭湖近20年水质与富营养化状态变化

利用近20年水质监测资料,系统地分析了洞庭湖水质与营养状态的时空变化特征. 结果表明,受流域社会经济发展等因素的综合影响,洞庭湖水质整体呈下降趋势,水体富营养化日趋严重,东洞庭湖的富营养程度稍高于西洞庭湖和南洞庭湖. 洞庭湖水体主要污染物为TN和TP, ρ(TN)、ρ(TP)年均值分别为1.08~1.93和0.026~0.203 mg/L. 洞庭湖水体中ρ(Chla)与ρ(TN)呈显著正相关;浮游植物数量与ρ(TN)、ρ(TP)呈显著正相关,与最大流量呈显著负相关. 2007年洞庭湖流域造纸企业污染整治后,洞庭湖水体中ρ(COD_Cr)降低,但ρ(TN)、ρ(TP)仍呈上升之势,浮游植物数量显著增加. 洞庭湖水体富营养化治理应以控制面源污染为重点.      

江湖关系演变对洞庭湖水质变化影响研究

利用长江中下游地区监测站点1950~2009年逐日水文监测数据及1995~2010年水质分析资料,结合Spearman相关分析和综合污染指数评价法,分析了长江中下游江湖关系演变对洞庭湖水质变化影响,并面向洞庭湖水环境安全提出一系列调控措施,旨在为洞庭湖地区水质改善提供理论基础与技术支持。     

基于MODIS数据的洞庭湖水体和水华时空变化研究

为明确洞庭湖水华发生规律、水体面积的变化规律及其影响因子,利用MODIS传感器提供的MOD02HKM数据,采用多波段水体指数（MBWI）模型、浮游藻类指数（FAI）方法识别、提取洞庭湖水体、水华范围,并对2001~2015年洞庭湖水体、水华时空分布数据进行分析.结果表明：洞庭湖的水面范围在年内呈现明显的季节变化,在年际成缩减趋势.水域面积由大到小依次是夏季、秋季、春季、冬季,且2001~2015年丰水期水体的平均面积是枯水期的2.2倍;2001~2015年洞庭湖水域面积萎缩速率为-14.574km²/a,其中夏季的萎缩速率最大,达到-38.678km²/a;2001~2015年期间,洞庭湖区域均发生水华,水华主要集中发生在东洞庭湖的西部湖湾区,西洞庭湖和南洞庭湖的水华则沿河岸零星分布;洞庭湖水华存在明显的季节变化和年季变化.每年水华面积基本呈现正态分布,最小值出现在冬季,最大值出现在夏季和秋季,其值达到681.43km²;2001~2015年水华爆发面积最高占全湖面积的18.2%,水华面积年平均变化率为-8.657km²/a,水华爆发面积呈现缩小的趋势.     

洞庭湖水环境污染状况与来源分析

在对洞庭湖水环境污染状况评价与时空变化规律分析的基础上,探讨了洞庭湖的特征污染物及主要来源。结果表明:2008年洞庭湖Ⅴ类及劣V类水质达78.6%,东洞庭湖和洞庭湖出口的营养级别达轻度富营养,总体水质呈现由入湖口水域到湖体水域到出湖口水域,水质逐渐改善的特点;洞庭湖的特征污染物为总磷和总氮;磷污染物主要来源于洞庭湖区、沅江和湘江;氮污染物主要来源于湘江,洞庭湖区氮磷污染主要来源于农业面源和城镇生活污染。     

东洞庭湖表层水体中抗生素及抗性基因的赋存特征与源分析

抗生素抗性基因（ARGs）是一类新兴污染物,广泛存在于多种环境介质中.湖泊水环境由于污染物循环速度低而可以长期储存ARGs.因此,ARGs领域的研究人员非常关注湖泊水环境的研究.然而,以往的研究多集中于湖泊内ARGs的污染水平,污染来源仍不确定.东洞庭湖是国家级自然保护区,在保护生态环境和调节长江洪水径流方面发挥着重要作用.为了探究东洞庭湖表层水体中抗生素及ARGs的赋存特征、分析ARGs与环境参数（如抗生素）之间的相关性以及了解陆地污染源对湖内ARGs的贡献,于2019年11月采集东洞庭湖表层水和陆地污染源（水产养殖区和污水处理厂）样品,利用超高效液相色谱串联质谱仪和荧光定量PCR技术分别检测抗生素和ARGs,同时测定水质参数并进行冗余分析.结果表明:①东洞庭湖表层水体中抗生素浓度水平处于ND（未检出）~486.59 ng/L,氧氟沙星浓度最高,且抗生素的浓度水平与周边污染源密切相关.②ARGs检出率均为100%,基因sul2的浓度高于其他基因,平均浓度为1.3×103 copies/mL,ARGs污染水平受到沿湖污染源的影响.③污水处理厂对ARGs具有一定的去除效果,然而,它们不能完全去除ARGs,甚至可能会增加ARGs传播的可能性,且污水处理厂出水ARGs对湖内ARGs的贡献远高于水产养殖区.④ARGs与抗生素的冗余分析结果符合ARGs在其对应抗生素选择性压力下的特征,对ARGs丰度影响最重要的4个水质参数分别为总磷（贡献率为28.9%）、电导率（贡献率为15.4%）、硝酸盐氮（贡献率为13.3%）和温度（贡献率为12.7%）.研究显示,氧氟沙星和罗红霉素是主要抗生素,磺胺类和四环素类抗性基因浓度水平较高,ARGs的丰度不仅与其对应抗生素的选择性压力有关,还与一些环境因素的压力密切相关.      

三峡前置库汉丰湖试运行年水文水质变化特征

汉丰湖是为解决三峡蓄水在重庆市开县(今开州区,下同)境内形成的38 km2消落带修建的前置库,因独特的"库中库"调控模式,季节性大范围消落区湿地、生活污染和农业面源污染源、城市和人口承载,具有特殊的水文特征及生态环境特征.2015年汉丰湖试运行期间,汉丰湖受三峡水位调控影响,兼具湖泊、河流、回水河湾等形态特征,结合水文形态变化特征和水质指标时间聚类分析,结果表明:(1)试运行年水文水质有4个特征变化时期:5~8月为T1(河流形态期),1月、3月和11~12月为T2(湖泊形态期),2月、4月和9月为T3(水位变动期),10月为T4(水华敏感期).(2)通过主成分分析和逐步回归分析发现汉丰湖水体富营养化在不同时期受不同主导成分影响,主成分累积贡献率在上述时期分别为82.93%、77.61%、78.32%、88.40%.T1时期主要水质影响指标为DP、TP、SD、pH;T2时期主要水质影响指标为TN、DN、DP、TP、NO_3~--N;T3时期主要水质影响指标为SD、NH_4~+-N、DN、T;T4时期主要水质影响指标为TN、DN、DO、NH_4~+-N、pH、高锰酸盐指数、H、NO_3~--N.(3)用主成分分析简化水质指标之间的相关性,以因子得分(score values)为自变量用于多元线性回归分析,结果发现各时期Chl-a与因子分值明显相关,T1时期Chl-a主要受水体氮含量影响,主要影响成分为PC2;T2时期Chl-a主要受水体氮、磷营养盐状态影响,主要影响成分为PC1;T3时期Chl-a主要受水深变化影响,主要影响成分为PC3;T4时期Chl-a主要受水动力影响,主要影响成分为PC3.综上所述,汉丰湖试运行期间频繁且大幅度的水位变动是其水文水质变化的重要影响因素.