湖泊水质模型研究进展

湖泊是最重要的淡水资源之一，对社会和经济的发展起着不可估量的作用。保护和改善湖泊水环境问题已成为当前世界关注的一个焦点。湖泊水质模型是一种利用数学语言来描述湖泊污染过程中的物理、化学、生物化学及生物生态各方面之内在规律和相互联系的手段。作为湖泊水环境污染治理、规划决策分析中的一个重要工具，它可以为湖泊的综合整治和科学管理提供科学的依据，在环境保护领域中发挥着举足轻重的作用。分别介绍了湖泊水质模型国内外研究动态、类型、常用软件（WASP、EFDC、CE QUAL W2、CE QUAL R1、CE QUAL ICM、MIKE、SMS等）和应用实例，并综观湖泊水质模型的研究历史和应用前景，系统分析了湖泊水质模型研究的发展趋势。     

湖北省湖泊资源特点及开发利用

通过对湖北省境内主要湖泊（面积大于１０ｋｍ＾２）的调查与分析，阐述了湖泊资源的几个特点，探讨了湖泊资源利用中存在的问题，并就湖泊资源的合理开发利用途径提出了建议。     

江汉平原湖域拆围监测及其生态环境效益估算研究 ——以洪湖为例

围网及网箱养殖是江汉平原湖泊水体环境污染的重要原因。湖北省湖库拆围大行动实施之后,湖泊围网拆除的成效及其生态环境效益值得关注和探讨。故以湖北省第一大湖洪湖为为例,首先基于改进的归一化差异水体指数（MNDWIn）、纹理分析等方法实现对湖泊拆围效果的快速监测;在提取拆围信息的基础上,根据洪湖水产养殖类型分担率及产排污系数法,对拆围的环境效益进行估算。结果表明：（1）洪湖拆围行动使湖内围网全部被拆除,共拆除湖内围网养殖区面积117.81 km2,自然水面面积增加110.49 km2;洪湖沿岸景观得到了明显改观,其中西部和北部地区拆围效果最为显著,而洪湖南部和北部的湖泊沿岸还存在部分待清理的非水体异质物。（2）洪湖拆围行动使排放到湖泊水体中的污染物减少1 265 284.38 kg,其中植物营养物总氮和总磷的浓度分别减少0.848、0.185 mg/L,这两项指标将由拆围前的Ⅲ类水质提升为Ⅱ类水质,湖泊水体富营养化问题得到较大改善;研究可为区域湖泊管理及流域生态环境保护提供快速监测技术支持和应用参考。     

基于贝叶斯公式的湖泊富营养化随机评价方法及其验证

为了准确评价湖泊所处的营养状态,进而为湖泊富营养化的防治提供科学依据,提出了基于贝叶斯公式的湖泊富营养化随机评价方法。该法通过计算单个水质指标属于某个评价级别的概率,由最大似然分类原则确定单个水质指标的评价级别,并采用加权平均法推求湖泊富营养化多个水质指标的综合评价级别,具有方法简单、计算工作量小的特点。经全国30个湖泊实测水质资料的验证,随机评价方法与模糊评价方法和灰色评价方法相比较,有29个湖泊评价结果的差异小于等于一个级别,其比例为96.6％,说明这三种富营养化评价方法的计算精度相当。根据各项评价指标与叶绿素的相关系数,计算各项水质指标在富营养化评价中所占权重的方法,适用于浮游植物型湖泊,如果采取等权重方法,则适用于任何类型的湖泊。确定湖泊富营养化评价的水质指标个数和种类的选择具有不确定性,确定湖泊富营养化的评价级别和各个级别对应的水质标准浓度也具有不确定性,因此湖泊富营养化的评价方法具有不确定性。应采用多种途径对湖泊富营养化的评价方法进行研究,并取长补短,使评价结果更趋合理。     

湖北省湖库洪水调蓄能力及其空间分异特征

湖泊是抵御湖区水系洪水灾害的天然屏障，而水库是现代防洪工程体系的重要组成部分，两者共同肩负着防洪减灾的重任。为探明湖北省湖库洪水调蓄能力，选取湖泊可调蓄水量、水库防洪库容作为评估指标，通过构建湖库洪水调蓄能力评估模型，分析全省湖库洪水调蓄能力及空间分异特征。结论如下：（1）湖北省湖泊、水库综合洪水调蓄量为416.02×108m3，其中湖泊可调蓄水量为79.69×108m3，水库防洪库容为336.33×108m3，分别占湖库洪水调蓄功能总量的19.16%和80.84%;（2）湖泊可调蓄水量较大的地区包括武汉、荆州、鄂州、黄石等地市以及鄂东丘陵、江汉平原，而单位面积湖泊调蓄洪水能力较强的地区为鄂州、黄石、咸宁、黄冈，其值分别为405.99×104、400.31×104、392.32×104和391.22×104m3/km2;（3）水库防洪库容较大的地区主要为鄂西山地的宜昌和十堰，分别为119.18×108m3和 103.03×108m3，占全省防洪库容总量的66.06%，而鄂州、天门和神农架水库防洪库容极小，不足全省水库总防洪库容的1%;（4）湖库综合调蓄能力空间分布特征与水库洪水调蓄能力空间分布相一致；从湖泊、水库洪水调蓄能力的构成来看，以湖泊防洪为主和以水库防洪为主的地市不相上下，水库在湖北省防洪体系中占绝对主体地位，同时湖泊也发挥着不可或缺的作用。针对湖泊萎缩、水库险病等突出问题，可以通过退田还湖、除险加固等工作提高湖库综合调洪能力。本研究可为湖北省湖库防洪建设提供科学指导。 关键词： 湖泊；水库；洪水调蓄功能；空间分异；湖北省     

太湖水质参数中小尺度空间结构特征

经济的发展和人们生活水平的提高，造成了太湖的富营养化和生态环境的严重破坏。太湖的水质污染目前已严重影响了整个流域的可持续发展，并对人们的身体健康造成潜在的危害。治理太湖、保护太湖已成为人们刻不容缓的任务。了解湖泊水质参数空间结构特征是进行太湖环境评价的重要前提，也是合理治理太湖的重要基础。地统计学的出现为精确描述湖泊水质参数空间结构提供了有效的工具。应用地统计学技术对太湖3种水质参数进行了空间结构分析，结果显示，污染物集中在湖岸线附近不易向湖中央扩散，各水质参数空间分布差异性较大，且空间结构特征极为相似，不同尺度之间有差异性。同时，由于采样密度和范围的限制，更细微和更大尺度的空间结构特征尚不能得以表述。最后，还讨论了太湖水质参数的空间结构变异性。     

基于GF-1号遥感影像的武汉市及周边湖泊综合营养状态指数反演

湖泊水体富营养化的监测评价是湖泊水资源管理和水环境保护的基础性工作。基于GF-1号WFV遥感影像和综合营养状态指数法,通过82个站点实测数据建立多元线性回归和RBF神经网络模型,对武汉市及其周边地区主要湖泊综合营养状态指数进行了反演。反演的结果显示,武汉市及周边大部分湖泊水域处于轻度富营养和中营养状态,局部湖区为中度富营养状态。验证结果表明:GF-1号WFV多光谱数据用于监测大面积湖群水质变化是可行的;两种模型都可以建立实测数据与遥感信息的函数关系,根据函数可以反演湖泊水质综合营养状态指数,进而实现大面积湖泊水质动态监测;而RBF神经网络模型预测的R2为0.742 3,均方根误差为3.72,其反演精度更高,更适合于监测内陆湖泊水质变化。     

以底栖动物为指示物种对长江流域水生态进行评价

采用底栖动物作为指示物种对长江流域的水生态进行了调查研究和生态评价。在长江上游支流、中下游干流及沿江湖泊上选取36个代表性样点进行生态考察和底栖动物采样、鉴定和分析。采用Hilsenhoff生物指数和水化学分析对样点水质进行评价，对比分析了各样点底栖动物的结构组成及多样性。上游支流大部分样点水质清洁；中游干流及沿江湖泊水质受到轻度到中度污染；下游干流水质污染加重。底栖动物多样性在上游支流中最高，中游湖泊较高，干流中下游较低。总结得出了4种河床演变条件下的底栖动物群谱。上游支流河床稳定的河流底栖动物密度较大，物种丰富，多样性高；侵蚀下切的河流底栖动物密度、物种数和多样性较低；淤积抬升的河流底栖动物密度、物种数和多样性更低一些；河势散乱且河床运动剧烈的支流物种丰度和密度均很低甚至为零，生态条件差。     

太湖西北部湖区入湖河流氮磷水质标准修正方案研究

氮磷污染一直是太湖流域的首要污染问题,有效遏制氮磷入湖量的增加是治理太湖的重要任务。然而由于我国现行的地表水环境质量标准(GB3838-2002)中河流和湖泊氮、磷水质标准存在差异,即河流无总氮控制指标、河湖总磷标准不一致的问题,往往造成通过控制入湖河流污染来改善太湖湖泊水质时,湖泊污染物浓度往往达不到治理目标。以太湖西北部湖区及其入湖河流为例,利用BATHTUB模型模拟入湖河流与湖泊TN、TP的关系,推算太湖在满足现行湖泊水质标准中TN和TP各类别目标值的情形下的环境容量并以此环境容量决定入湖河流的水质,进而提出相应的方案进行比选,从而提出太湖入湖河流氮磷水质标准修正方案。结果表明:(1)当太湖入湖河流执行现行河流水质TP标准时,对应湖泊的水质TP超标,并不能达到保护湖泊的目标;(2)当太湖西北部湖区入湖河流TN、TP执行现行湖泊水质标准,对应湖区水质均能达标并且优于目标限值,然而该方案对于污染较为严重的太湖区域的实际参考意义不足;(3)以现行湖泊水质标准TN、TP各类别为目标值反推计算入湖河流水质指标,既能保证湖泊水质达标,又不会使河流水质标准过于严格,因此其结果可作为入湖河流水质标准修正的参考,从而提出太湖入湖河流TN、TP水质标准建议方案。     

基于MIKE21和灰色模式识别模型的洪湖水质模拟与评价

认识自然和人为因素驱动下湖泊水环境质量的响应和变化规律，有利于更精确地进行湖泊水质模拟和评价。运用二维水质模型和灰色模式识别模型评价了不同污染源削减方案对洪湖水质的影响。基于2012年实测地形、水文、气象、水质和污染源定量输入，建立了洪湖二维水动力和水质耦合模型。模拟结果显示：水位率定和验证的均方根误差分别为0.10和0.08 m，总氮、总磷、铵态氮和高锰酸盐指数的率定误差分别为0.171、0.009、0.110和0.627 mg/L，验证误差分别为0.191、0.020、0.079和0.689 mg/L，水动力模型和水质模型的模拟结果满足精度要求。不同管理措施方案下洪湖水质的恢复效果比较显示，洪湖蓝田和下新河入水口各污染物指标浓度减少50%方案下，水质的恢复效果最好，全湖总氮、总磷、铵态氮和高锰酸盐指数均值减少率分别为37.2%、35.1%、37.3%和21.3%，全湖Ⅴ类水质水域基本不存在，全湖90%的区域水体水质综合等级达到Ⅲ类。影响洪湖水质恶化的驱动因子中，关键因素是径流入湖所携带的四湖流域上游地区的非点源污染物。应大力控制上游地区的非点源污染，积极开展洪湖东北部和西北部的湿地水生植被生态修复工程，恢复水体的截污和自净能力。     

四湖地区湖泊水域萎缩及其洪涝灾害研究

采用遥感方法分析了四湖地区的湖泊水域的动态变化,分析结果表明：该地区５０年代至８０年代初由于大规模围湖造田,致使湖泊水域萎缩相当严重。８０年代以后,湖泊水面急剧减少的趋势得到遏制,而９０年代以后,湖泊水面基本处于无显著变化状态。由于四湖地区湖泊萎缩,湖泊的调蓄功能受到严重破坏,致使洪涝灾害频繁发生。恶化了生态环境。因此我们应该全面规划,综合利用湖泊资源,坚决禁止围湖造田,有些地区还应退田还湖。加强     

富营养浅水湖泊的退化与生态恢复

初步讨论了富营养浅水湖泊的退化现象的造成退化的主要原因，对湖泊生态恢复的目标和对策等问题也作了探讨，以武汉东湖为例，提出以水源保护地为主要功能的富营养浅水胡泊的恢复和整体优化对策，即恢复沉水植被、建立控制面源污染的半自然的人工湿地生态系统，优化水产养殖结构和恢复湖泊生物多样性等。对生物操纵在长江中下游富营养浅水湖泊恢复中的作用也进行了讨论。     

以底栖动物为指示物种对长江流域水生态进行评价

采用底栖动物作为指示物种对长江流域的水生态进行了调查研究和生态评价。在长江上游支流、中下游干流及沿江湖泊上选取36个代表性样点进行生态考察和底栖动物采样、鉴定和分析。采用Hilsenhoff生物指数和水化学分析对样点水质进行评价,对比分析了各样点底栖动物的结构组成及多样性。上游支流大部分样点水质清洁;中游干流及沿江湖泊水质受到轻度到中度污染;下游干流水质污染加重。底栖动物多样性在上游支流中最高,中游湖泊较高,干流中下游较低。总结得出了4种河床演变条件下的底栖动物群谱。上游支流河床稳定的河流底栖动物密度较大,物种丰富,多样性高;侵蚀下切的河流底栖动物密度、物种数和多样性较低;淤积抬升的河流底栖动物密度、物种数和多样性更低一些;河势散乱且河床运动剧烈的支流物种丰度和密度均很低甚至为零,生态条件差。     

长江中下游湖区浮游植物初级生产力估算

长江中下游是我国淡水湖泊最集中的区域,也是富营养化较为严重的地区。作为湖泊系统初级生产力的主要影响因子氮、磷等营养元素增加,会显著影响湖泊系统的初级生产力。近几十年来越来越多的学者运用模型来模拟湖泊等水体的初级生产力。而VGPM模型和Talling模型综合考虑了水温、光合有效辐射、湖泊叶绿素浓度和真光层深度等因素,能较准确地模拟水柱初级生产力。1987~1991年、2001～2005年长江中下游湖区湖水中TP浓度分别为0059～0105和0070~0167 mg/L,湖泊TP浓度升高,导致湖泊藻类初级生产力增大。15 a间湖区的初级生产力由0139～0381 gC/(m2〖DK〗·d)上升到0128～0504 gC/(m2〖DK〗·d)。在VGPM模型1987～1991年、2001～2005年湖区固碳量由3 32125 tC/d上升到3 76502 tC/d,增加1336%;在Talling模型中湖区固碳量由2 39964 tC/d上升到3 27242 tC/d,增加3637%     

墨水湖上覆水与沉积物间隙水中重金属的分布特征

武汉市墨水湖重金属污染严重，在我国内陆城市受污染湖泊中具代表性。应用 ICP MS对墨水湖上覆水和沉积物间隙水中的主要重金属元素进行了定量测试，并分析了其空间分布特征和变化规律。在此基础上，结合微量重金属界面扩散通量的计算，定量评估了其对上覆湖水水质的影响，以期为浅水湖泊的重金属污染防治提供科学依据。研究结果表明，墨水湖沉积物间隙水中重金属的浓度由高到低依次为：Mn>Fe>Zn>Cu>Cr>Pb；上覆水和沉积物间隙水中微量重金属浓度剖面均表现出明显相似的峰形分布特征，指示了湖泊沉积物中普遍存在微量重金属的沉积后再迁移现象；Fe和Mn在间隙水中的浓度远大于它们在上覆水中的浓度，其剖面分布特征主要是参与氧化还原反应的结果，Cu、Cr、Pb和Zn等的浓度也因受氧化还原过程及矿物平衡作用的影响而波动；微量重金属元素按照浓度梯度经孔隙水从沉积物向上覆水中扩散，并最终影响上覆水.     

洞庭湖、鄱阳湖白鱀豚和长江江豚的生态学研究

１９９７年至１９９９年对洞庭湖和鄱阳湖的湖区及其支流的白豚和长江江豚的分布、数量和活动规律进行了系统的调查。调查结果表明,白豚已在洞庭湖和鄱阳湖绝迹。长江江豚随着水位的变化,其分布范围、数量和活动规律也随之而变化。长江江豚在洞庭湖的分布范围主要集中在从城陵矾到鲶鱼口一带,其种群数量大致力１００～１５０头。洞庭湖各支流中已看不到江豚的踪迹。在鄱阳湖主要分布在湖口至龙口一带,老爷庙至小矶山是其集中分布区。赣江南北支、抚河下游及康山河在涨水季节也有少量江豚活动。洞庭湖和鄱阳湖大规模的围湖造田,湖区的迅速淤积变浅,大桥的修建,有害渔具渔法的大量使用,船舶数量的大量增加是长江江豚迅速减少的重要原因,两大湖泊中的长江江豚急待保护。     

人类活动对安庆沿江湖泊湿地影响的初步研究

湖泊湿地不仅具有丰富的资源,还有着强大的环境功能和生态效益。人类大规模的开发利用湖泊湿地资源,在获取大量生产、生活资料的同时,也给湖泊湿地生态系统带来了负面影响,如湖面减少,水质下降,生态环境退化等。安庆沿江湖泊湿地为省级自然保护区,相对长江中下游大湖普遍退化而言,该湿地有着良好的自然性,正吸引着有关专家和研究组织的重视和关注。对安庆沿江湖泊湿地资源和功能展开分析,并从水利建设、围湖垦殖、森林砍伐和水土流失、农业污染、公路建设及渔业开发等方面探讨了人类活动对湿地的影响。提出了保护安庆沿江湖泊湿地资源和环境的建议和对策,以促进湿地资源与环境的可持续发展。     

梁子湖水体和底泥中微量元素及重金属的空间分布格局及污染评价

利用多元统计方法研究了湖北梁子湖水体及底泥中12种微量元素和重金属(As,Ba,Co,Cr,Cu,Hg,Mn,Ni,Pb,Sb,Sr和Zn)的含量及空间格局,并通过饮用水及地表水质量标准及地质累积指数评价梁子湖水质及底泥状况。结果表明:梁子湖的水体质量较好,仅Cu是潜在污染物质;对湖泊底质而言,As是主要污染物质,Cu、Pb和Zn处在轻微的污染状态。空间格局显示:受人类活动的影响,湖泊水体中的重金属分布有较强的区域性,最大值出现在人类活动相对集中的梁子岛附近;在湖泊底泥中由于地质背景一致性而差别不大。相关分析表明,较之湖泊水体,湖泊底泥中的重金属元素的关系更密切,强相关性说明它们可能有共同的来源。未来研究应结合湖泊中大型水生植物及鱼类的重金属含量更全面考虑生态学效应,为恢复湖泊生态环境的管理提供重要参考。