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.      

洞庭湖氮磷时空分布与水体营养状态特征

为揭示通江湖泊洞庭湖水体、沉积物营养盐的时空分布特征,分别于2012年1月和6月在入湖河道、湖区和出湖口共采集了13个具有代表性的水样和沉积物样品,分析了样品中氮、磷的含量及洞庭湖的营养水平. 结果表明,洞庭湖水体中ρ(TN)、ρ(TP)、ρ(NH₄+-N)和ρ(NO₃--N)全湖平均值分别为2.34、0.06、0.27和0.54mg/L,沉积物中w(TN)、w(TP)、w(NH₄+-N)、w(NO₃--N)全湖平均值分别为1220.47、678.97、28.94、4.41mg/kg. 氮、磷含量总体表现为入湖河口大于湖体和出湖口,并且入湖河流中以湘江支流较高,湖体以东洞庭湖区较高. 不同季节间的对比表明,水和沉积物样品中氮、磷含量均表现为6月高于1月,尤其水体中ρ(TN),6月显著高于1月(P<0.01). 洞庭湖全湖TLI(∑)(综合营养状态指数)平均值为45.93,分布规律与ρ(TN)、ρ(TP)一致. 与其他富营养化湖泊相比,洞庭湖ρ(TN)、ρ(TP)较高,但没有发生大面积水华,主要是因为其换水周期短、流速较大所致.      

城陵矶综合枢纽工程建设对洞庭湖水动力影响模拟研究

受流域降雨量偏枯以及三峡工程蓄水运行等综合影响,洞庭湖季节性干旱问题近年来日益突出.为缓解洞庭湖旱情,湖南省和湖北省政府提出了建设城陵矶综合枢纽工程.枢纽工程的建设,将改变洞庭湖水动力特征,影响湖区生态环境.该研究基于MIKE 21模型构建了洞庭湖二维水动力模型,模拟预测了枢纽工程建设前后洞庭湖湖体水位、流速等水动力参数变化特征.验证结果显示:水动力模拟结果与实测值吻合较好,模型计算结果有效可靠.模拟结果显示:城陵矶综合枢纽调度运行后,能够有效抬升全湖水位0.78~1.06 m,增加湖泊面积5.96%~10.84%,增加湖容31.18%~39.69%.枢纽工程对缓解洞庭湖秋季旱情、春季旱情作用明显,能够在一定程度上解决洞庭湖枯水期提前、枯水期延长、枯季水位偏低等问题.随着水位的抬升,湖体流速有不同程度的减小,退水期、枯水期平均流速由0.30 m·s-1和0.23 m·s-1降至0.28m·s-1和0.19 m·s-1,分别降低了6.67%、17.39%.城陵矶综合枢纽运行后,水流速度减缓、水体滞留时间延长,将加大湖体富营养化风险.     

洞庭湖水环境演变特征及关键影响因素识别

为了更有效地保护洞庭湖水环境,本研究基于1991—2015年流域社会经济发展、水文情势变化与湖泊水环境监测数据,从水质和藻类水华两方面探讨了洞庭湖水环境演变特征,采用主成分分析法筛选确定了主要驱动因素,并通过多元回归分析识别了不同阶段洞庭湖水环境演变的关键影响因素.结果表明:1991—2015年,洞庭湖水环境质量总体呈下降趋势;其中,1991—2002年洞庭湖水质下降较为缓慢,藻类水华程度总体稳定,影响水环境演变的关键影响因素为流域污染负荷输入,其中农业面源贡献相对较大;2003—2015年洞庭湖水质呈加速下降趋势,藻类水华程度也明显加重,局部水域已出现明显藻类水华现象,该阶段水环境演变主要受流域污染负荷输入和水文情势变化共同影响.因此,今后洞庭湖水环境保护不仅要继续加强流域污染控制,有效削减入湖污染负荷,也要密切关注水文情势变化对洞庭湖水环境的不利影响,采取针对性的措施,科学恢复或调整江湖关系,把不利影响降到最低.     

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.     

洞庭湖水生态风险防控技术体系研究

为保障洞庭湖水生态系统健康安全,急需回答洞庭湖水生态风险和富营养化演变与流域人类活动及不同水文节律驱动间的响应机制这一科学问题,解决确定洞庭湖适宜生态水位和防治富营养化两个技术难点.本研究拟运用数理统计法、遥感定量反演和定量解译法及层次分析法等方法,确定洞庭湖水生态风险的内涵,提出洞庭湖水生态风险防控技术路线,开展水情驱动条件下洞庭湖生态效应定量评估技术集成与适宜生态水位、水环境演变与藻类水华风险控制技术集成、水生态风险及其防控集成技术构建和水体富营养化防治技术集成与示范等四个方面的研究,建立洞庭湖水生态风险防控技术体系,支撑洞庭湖流域可持续发展.     

长江经济带建设背景下“两湖”生态环境保护的问题与对策

长江经济带建设背景下大型通江湖泊的生态环境保护至关重要。本研究以洞庭湖和鄱阳湖两湖(以下简称"两湖")为研究对象,着眼于通江湖泊"江湖—河湖—人湖"关系的扰动、失衡和调控,从水沙情势、水环境、湿地生态等层面剖析了两湖生态环境保护的3类9项问题,以此为基础提出了强化两湖水资源调控,保障生态流量;强化两湖流域水污染综合治理,保护水环境质量;强化两湖湿地生态保护等对策和建议。考虑到湖泊生态系统演替具有复杂及不确定性,研究结论可为长江经济带相关工作提供参考。     

江苏省西部湖泊水环境演变过程与成因分析

根据江苏西部主要湖泊水环境质量实测数据,采用综合营养状态指数〔TLI(Σ)〕法对其富营养化程度进行综合评价,结果表明,目前江苏西部大部分湖泊处于富营养化状态.其中,白马湖富营养程度最低〔TLI(Σ)为45.16〕,处于中营养;玄武湖营养程度最高(61.93),属于中度富营养.洪泽湖和邵伯湖的水质为劣Ⅴ类,其他湖泊除白马湖外水质均处于Ⅳ～Ⅴ类之间.从近年江苏西部湖泊的水质变化看,只有骆马湖和玄武湖水质呈现转好的趋势,ρ(TN)和ρ(TP)有所下降.大部分西部湖泊水质呈恶化趋势,洪泽湖、高邮湖和固城湖ρ(TN)不断上升,邵伯湖和石臼湖ρ(TP)也不断上升.不同湖泊水环境变化的成因有所不同,洪泽湖水质受上游河流污染以及农业面源污染影响较大.由于江苏西部湖泊的地理、水文和环境条件的差异,不同湖泊存在不同的营养盐基准.相对于非过水性湖泊,洪泽湖等过水性湖泊的氮磷营养物基准相对较高.      

三峡工程的运行对洞庭湖水环境容量的影响

以COD、TN、TP为例,讨论了三峡工程运行前后洞庭湖水环境容量的变化,并对其产生原因进行了分析,结果表明,三峡工程的运行增加了洞庭湖枯水期的水环境容量,而在丰水期有小范围的降低。总体来看,在全年的大部分月份中三峡工程的运行在一定程度上提高了洞庭湖的水环境容量,对洞庭湖水体状况的改善起到了积极的促进作用     

三峡工程截流后洞庭湖水体污染及风险分析

通过对2003-2009年的监测数据进行分析,得出:洞庭湖TN、TP污染较严重,TN在东洞庭湖污染最严重,西洞庭湖较轻,南洞庭湖最轻;TP在东洞庭湖污染较严重,南洞庭湖和西洞庭湖较轻。2009年Cu、Zn、Pb、Cd、As、Cr各重金属都达到了国家地面水环境质量Ⅰ类标准。三峡工程截流前后污染物浓度值变化情况显示,应增加城镇污水处理厂脱氮除磷的工艺,降低TN和TP给湖区带来的富营养化风险,同时还必须加强污染严重河段的底泥清淤。通过污染风险分析可知,TP仍是对洞庭湖污染风险贡献率最大的污染物,其次是Cu,其他各污染物的风险值均比较小。各监测点都属于轻微的生态危害。西洞庭湖污染风险最大,东洞庭湖、南洞庭湖相对较小。     

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.     

基于环境一号卫星CCD数据的洞庭湖夏季富营养状态评价

利用环境一号卫星数据,系统地分析洞庭湖富营养状态的年际时空变化特征.通过星地同步地面实验,建立起洞庭湖水体的叶绿素a浓度遥感反演模型、富营养状态评价模型.利用2009到2013年8月的多期环境一号卫星CCD数据,对洞庭湖富营养状态进行动态监测和分析.结果表明:1洞庭湖区主要以中营养为主.2009到2013年富营养化水体占全湖的面积分别为48.57%、63.84%、51.10%、35.27%、52.10%.2010年富营养化水体占全湖面积比最大,其次是2013年.2洞庭湖富营养水体主要集中在大小西湖、东洞庭湖西部及内湖地区.2009年到2013年大通湖和南湖这两个典型内湖重度富营养水体占全湖的面积比都在逐年下降,水质有好转的趋势.     

内蒙古乌梁素海“黄苔”暴发初探及防治对策

内蒙古乌梁素海分别于2008年5月和2009年5月连续2年暴发了"黄苔"事件,已不断丧失湖泊固有的养殖、灌溉、旅游等功能,严重制约着区域经济的可持续发展。乌梁素海水体富营养化程度的加剧已引起国务院领导和各界学者的关注。根据乌梁素海试验站实际监测的数据,对"黄苔"暴发期前后的水质、水文、气象等因素进行分析,以揭示影响"黄苔"暴发的环境、营养盐、水动力等条件。研究结果表明:乌梁素海"黄苔"的暴发主要是水体长期处于富营养化状态和适宜"黄苔"生长的各种条件共同作用的结果。系统科学地研究"黄苔"暴发的原因能够为乌梁素海"黄苔"暴发的预警、防治提供一定的依据。     

长江三角洲湖泊富营养化演变趋势及其调控对策

随着经济的发展，长江三角洲地区的富营养化，如蓝藻，水葫芦爆发等问题日趋严重。给该区的可持续发展带来了严重的后果。本文结合太湖，淀山湖，阳澄湖的多年环境监测资料，探讨了长江三角洲湖泊富营养化的现状和发展趋势；湖泊氮磷和耗氧性有机污染物含量逐年上升，每十年水质下降一个级别；局部水域富营养化严重。近15年上升了一个营养级别；富营养化持续加重加剧。继而分析了形成湖泊富营养化的主要污染物源，并在此基础上提出了相应的调控对策和措施。     

“十二五”太湖富营养化控制与治理研究思路及重点

在总结“十一五”太湖富营养化治理成效、存在问题的基础上,提出“十二五”期间水体污染控制与治理科技重大专项太湖富营养化控制与治理项目的总体设计思路. 项目以综合示范区水质改善为目标,重点研发园区化乡镇企业工业废水中难降解含氮、磷有机物的深度削减技术,农田种植业和农村分散式生活污水的控源减排技术,“湖荡湿地-入湖河流-湖滨缓冲带”为一体的生态拦截与修复技术;以湖泊水生态安全保障为目标,研发湖泛与水华灾害应急处置技术及建立水资源优化调度决策平台. 选择太湖流域重污染型竺山湾小流域、面源污染主控型苕溪小流域和城市化型太湖新城三大典型综合示范区,通过控源减排和生态修复关键技术的研发、集成和综合实施,实现综合示范区污染负荷得到有效控制、示范区水环境质量得到改善和规模化蓝藻水华发生得到有效控制的目标.      

滆湖富营养化进程中沉水植被的演替及重建设想

沉水植被是浅水草型湖泊的生态基础,具有固定和移除氮磷营养盐、净化水质的强大功能,在滆湖富营养化进程中沉水植被逐步消亡,滆湖从草型湖向藻型湖衰退,水质急剧下降,生态功能退化。通过对滆湖近20a来水质监测及沉水植被观测成果的汇总分析．并通过滆湖大洪港沉水植被对水质影响和生物多样性维护的监测试验结果,探索滆湖富营养化进程中沉水植被的演替规律及对湖体水质影响的驱动机制。并初步提出沉水植被的重建设想。