鄱阳湖流域大型湖库水生生态环境变化及驱动力分析——以柘林湖为例

鄱阳湖流域内湖库资源众多,柘林湖作为鄱阳湖最大的入湖湖库,是鄱阳湖流域内最大的调节湖库,对鄱阳湖入湖径流有一定的影响,在鄱阳湖的入湖流量中占重要地位.本文以鄱阳湖流域内纳入水质良好湖泊的柘林湖为例,通过对柘林湖的形成及湖泊水系生态环境演变进行探讨,分析近30年来该湖水生生态环境的变化及其关键驱动力因子.综合研究表明:柘林湖水生生物多样性有下降趋势,水质有先变差后改善的趋势,其变化的驱动力主要是流域内人口数量增加、城镇化工业化进程加快、入湖污染负荷逐年增长、滨湖区生态安全屏障受人为破坏以及资源开发不合理等.只有处理好"人湖"和谐、"三次飞跃"和"四大转变",并采取科学合理的措施进行集成研究和综合治理,才能行之有效地改善柘林湖水生生态环境,并发挥其应有的生态效应,从而保障鄱阳湖入湖"一湖清水".     

基于系统动力学的巢湖流域水资源承载力动态预测与调控

湖泊流域水资源承载能力动态预测与调控是维护湖泊生态安全、保障社会经济健康持续发展的重要基础和手段.本文以巢湖流域为研究对象,提出基于系统动力学的湖泊流域水资源承载力动态预测技术和试验优化调控方法.首先以县(市)为基本单元构建水资源承载力系统动力学模拟与动态预测模型;再从空间上将各县(市)耦合为流域系统整体模型,并通过敏感性分析筛选量质要素调控指标;最后采用正交试验设计确定流域水资源承载力优化调控方案.结果表明:由于流域内产业规模的扩大以及城镇化率的提升,20172050年巢湖流域水资源承载状态值整体呈恶化趋势,并于2030年以后将长期处于超载状态,通过对影响要素针对性优化调控后,20172050年流域水资源承载状态均达到临界或可载.研究表明本文提出的方法对于促进区域社会经济环境协调发展和改善流域水资源承载力具有较好的实际应用价值.     

中国东南丘陵山区水质良好水库现状与天目湖保护实践

东南丘陵山区是我国水库分布最为集中的区域之一,这些水库在保障区域供水安全方面具有极其重要的作用,应该优先保护.然而,水库水环境保护正面临丘陵山区开发强度持续增加,开发方式和空间布局不合理,氮、磷污染及富营养化趋势严峻,缺乏完善监测和管理体系等众多问题.本文以2000年以来天目湖水库保护实践过程为例,从库体水环境治理、流域污染物削减和综合管理3个方面介绍天目湖沙河水库保护的措施和成效,在此基础上提出良好湖库优先保护的建议:建立具有部门协调能力的水库管理机构,实行基于湖库水生态目标的水质目标管理,治理丘陵山区茶果园的面源污染,注重流域生态系统整体的恢复,禁止上游水源涵养区和临湖地带的开发,划定生态保护红线,明确禁止和限制的开发类型与规模,加强湖库及流域的监测和预警,开展必要的水库水体治理工程,并针对性地制定湖库管理条例.天目湖十几年的保护实践中有效地解决了流域开发与水库水质保护之间的矛盾,使天目湖水质由快速恶化转为稳步好转,为东南丘陵山区经济发展过程中水库的环境保护探索了一条道路.     

湖库温跃层溶解氧最小值的形成原因、衍生的生态风险及控制研究进展

溶解氧（DO）对湖库的生物地球化学循环、生态系统结构和功能起着至关重要的作用,也是评价水生态系统的敏感性指标.DO浓度的降低对水生态有着重要影响.结果显示,多数湖库在夏秋季热分层期间,由于温跃层较高的密度梯度、藻类衰亡和有机质的降解以及微生物的呼吸作用会消耗大量的DO,从而形成温跃层溶解氧最小值（MOM）,甚至在该区域诱发厌氧状态.MOM可驱动浮游动物日夜垂向迁移,影响无脊椎动物和鱼类分布迁移模式及种群结构,破坏水体生态分布,致使生物非正常死亡,危害水体生态安全;此外,MOM也可诱发温跃层温室气体（CH₄和CO₂）大量形成,影响水源地水质,成为湖库生态安全隐患.目前对MOM所导致的生态风险和水质问题以及最终的控制方法已有较多研究成果,但缺乏综述性的研究.本文从MOM研究历史、研究方法、形成原因、生态风险及控制方法等方面进行论述,并展望今后研究热点,旨在推进MOM的相关研究进展,保障湖库生态平衡和供水水质安全.     

基于长期水文变化的苏北高邮湖生态水位及保障程度

湖泊生态水位是维持湖泊生态系统结构和功能完整性、维持生物多样性的最低水位,研究湖泊生态水位过程对湖区动、植物栖息地保护和湖泊水资源管理具有重要意义.利用高邮湖1953-2013年日水位资料进行生态水位计算分析,采用M-K法和滑动T法对1953-2013年年均水位进行突变检验,分析高邮湖1953-1992年来水文变化规律,结合年保证率法和年内展布法得到高邮湖逐月最低生态水位过程,并计算出高、低水位发生时间及历时,在此基础上对其1993-2013年生态水位保障程度进行研究.主要结论有:(1)高邮湖年均水位过程突变发生在1997年;(2)高邮湖高水位时期(7-10月)的最低生态水位为5.8 m,水位高于5.9 m的天数要达到111 d左右;低水位时期(12-次年3月)的最低生态水位为5.1 m,水位低于5.3 m的天数要达到96 d左右;其余月份最低生态水位为5.2 m;(3)高邮湖生态水位年内保障程度最低发生在7月,为60.83%,年际保障程度1994年和2001年最低,分别为49.59%和50.41%,低水位天数得不到保障.     

基于模拟优化与正交试验的库塘联合灌溉系统水资源调控

依托灌溉试验站田间降水-作物耗水-土壤水相互转化的长序列试验成果,构建灌区田间尺度水量蓄-耗-灌-排全过程的水资源模拟模块,结合系统仿真方法,建立库塘联合灌溉系统水量分配仿真模拟模型,以保障灌区基本需水(包括农村生活需水与生态环境需水)供水安全前提下的经济效益最大化为目标,运用正交试验选优原理,构建了库塘联合灌溉系统水资源优化调控模型,形成了基于仿真模拟与正交试验优化的库塘联合灌溉系统水资源优化调控技术体系,并应用于巢湖流域大官塘水库灌区,明确了灌区合理的工程布局规格与规模,确定了适宜的节水灌溉技术模式与灌溉制度,制定了塘坝和水库科学的调度规则,提出了具有可操作性的作物种植结构调整规则,提高了灌区径流拦蓄利用率,提升了塘坝和水库年际调蓄供水能力,增强了抗旱减灾能力,为巢湖流域水库灌区综合治理、库塘联合灌区水量分配方案、水库和塘坝调度规则及作物灌溉制度等地制定提供理论依据.     

气候变化对湖库水环境的潜在影响研究进展

本文着重归纳气候变化对湖库热力特性、冰期、溶解氧、营养盐、浮游植物和水生植物等方面的影响规律,探讨气候变化对湖库水环境潜在影响的区域差异,讨论现有研究方法的优缺点和发展前景.研究表明,气候变暖对湖库物理过程的影响最为显著;热带草原气候和温带海洋性气候对于气候变暖和降雨变化的响应较其他气候类型突出;气候变化对湖库水环境的影响效果具有两面性.通过分析各气候类型中气候变暖对磷水平的潜在影响差异表明,亚热带季风气候的湖库更可能受气候变暖的影响趋于富营养状态.在今后研究中,建议深入开展各气候类型中区域性气候变化对湖库水环境影响的实例研究.     

确定太湖流域湖库总磷参照浓度的改进MEI模型

太湖流域湖泊污染严重,非常有必要建立相应的水质基准以便于湖泊水体的保护与修复.根据太湖流域12个受人类影响较小的湖库及太湖早期的总磷、总碱度、平均水深等数据建立了MEI(morphoedaphic index)模型,通过对模型中总磷与总碱度、平均水深因子的相关关系进行分析,并结合太湖流域湖库水深较浅的特征,提出了确定太湖流域湖库水体中总磷参照浓度的改进MEI模型.将该模型应用于太湖,得到太湖总磷参照浓度为0.025 mg/L.研究结果旨在丰富我国水体营养物基准的确定方法,并为太湖流域水体富营养化的控制提供理论依据,同时为长江中下游类似湖库水质基准的建立提供技术支撑.     

有色可溶性有机物(CDOM)吸收作为湖库化学需氧量监测替代指标的探讨

化学需氧量是衡量水体中有机物量及污染程度的综合性指标,也是我国《地表水环境质量标准(GB 3838—2002)》的重要评价指标.然而,由于测定过程缓慢和使用了有毒有害试剂易于形成二次污染,现行标准的高锰酸钾和重铬酸钾化学需氧量测定方法无法做到环境友好,也不能反映当前快速和实时监测的技术需求.因此,迫切需要发展操作简便、快速高效、灵敏可靠、环境友好和环保绿色的化学需氧量替代检测方法.本文首先从文献计量学视角比较我国与世界上发达国家化学需氧量研究主题论文发文量,剖析了我国发展化学需氧量替代检测方法的迫切性.基于全国大范围65个湖库706个样本有色可溶性有机物吸收系数、化学需氧量和其他水质参数同步调查数据,构建广覆盖范围的有色可溶性有机物特征波长吸收系数和化学需氧量间高精度线性关系模型,确定了地表水环境质量评价的吸收系数阈值,模型可以广泛应用于不同类型(深水、浅水、大型、中型、小型)和不同营养状态(贫、中、富营养)湖库水体有机物浓度的定量表征,具有一定普适性.通过对比有色可溶性有机物吸收系数和传统的高锰酸钾、重铬酸钾法优势和不足,明确了有色可溶性有机物吸收系数替代化学需氧量用于湖库水体开展有...     

顾及生态安全格局的流域生态保护红线划定及管控研究——以云南杞麓湖流域为例

生态保护红线划定是保障国土空间生态安全的重要举措,对保持生态系统的完整性,实现可持续发展具有重要意义.本文基于生态系统服务功能和生态敏感性对杞麓湖流域进行生态安全格局体系的构建,并开展精细化的生态保护红线划定研究,并进一步结合无人机航拍影像及实地调研成果,构建管控路径.得到结论:(1)水源涵养、水土保持、生物多样性、洪水调蓄重要性评价中的极重要区域叠加得到生态系统服务功能极重要区.者湾河、长沙河、大沙河及沟谷密度较大的山区敏感性最高,坝区整体生态敏感性较高.(2)一级生态保护红线范围包括生态极重要区域、生态极敏感区域及湖泊岸线、水库.二级生态保护红线范围包括环湖生态缓冲区、山区林地生态缓冲区及以河流为主的生态廊道.三级生态保护红线范围为生态协调区,土地覆盖以农田为主.(3)一级生态保护红线范围内的生态极敏感区应采取相关生态修复技术进行生态功能的保护.二级生态保护红线范围以生态保护为重点,保持该区域的生态环境质量.三级生态保护红线范围通过生态修复进行整体优化,提高生态环境承载能力.     

我国城市水源水库水质风险成因及对策

我国城市水源中约40%为湖泊或水库,且大部分为水库,因此水源水库的水质状况对我国城市安全极其关键。本文综述了我国水源水库水质问题研究进展,分析了22个代表性水源水库的周年水质状况。结果发现,当前我国城市水源水库水质风险类型主要是异味问题、藻类水华、铁锰超标、有机质偏高、营养盐超标等。引发水源水库水质问题的主要原因包括流域开发强度过大、库底淤积及内源释放、生态系统结构失衡、气候与水文异常变化等。针对上述主要问题,提出了构建在线水质监测预警体系、控制流域土地开发强度、构建面源拦截及流域净化系统、疏浚底泥、优化生态系统结构、实施应急曝气与控藻工程、完善流域生态保护法律法规等多种水源水库水质安全保障技术措施。鉴于水源水库水质及水生态对暴雨、高温热浪等极端气象响应敏感而复杂,在当前极端天气事件频发、强度不断增加的气候背景下,还应加强水库生态学基础研究,以深入理解水源水库水质对气候变化的响应机制,提高水库水安全保障科技支撑能力,满足我国城市高质量发展的水资源需求。     

水质较好湖泊环境保护的理论基础及中国实践

目前,我国湖泊富营养化及蓝藻水华问题十分突出,国家高度重视湖泊的生态环境保护.自“九五”以来,国家就投入太湖、巢湖、滇池“老三湖”等重污染湖泊的治理,但成本巨大,且历经近30年才初见成效.按照湖泊污染程度,湖泊治理与保护可分为“污染治理型”“防治结合型”“生态保育型”3大类.“老三湖”的治理是典型的“先污染、后治理”的模式,水质较好湖泊主要属于生态保育型湖泊,因此,“老三湖”治理模式不适用于水质较好湖泊的保护.本文系统总结了我国水质较好湖泊优先保护理念的形成和水质较好湖泊专项实施的历程.根据水质较好湖泊的特点,及其生态系统退化与修复的一般过程,提出了水质较好湖泊保护的基本思路.从热力学角度,阐明了氮磷营养盐输入湖泊生态系统中是熵增过程,也是湖泊生态系统退化的根本原因,湖泊氮磷污染负荷源头控制是关键.湖泊流域生态安全格局是确保湖泊生态系统健康的基础,从景观生态学角度,阐明了优化湖泊流域水土资源利用、优化发展模式是减轻湖泊环境压力的重要途径.在浅水湖泊生态系统,以沉水植物占优势的“清水态”和以浮游植物占优势的“浊水态”转换过程不是沿着同一条途径,存在上临界阈值和下临界阈值,水生态修复过程表现出一种迟滞的现象.从湖泊水生态系统稳态转换理论角度,阐明了湖泊生态修复工程应在湖泊生态系统发生退化转变之前实施,才能获得较高的环境效益.通过国家财政专项对81个水质较好湖泊的支持,既能促进湖泊流域经济社会发展,又能确保湖泊水环境质量变好,湖泊水生态系统逐步改善.建议加强不同类型湖泊保护模式的总结,深入对水质较好湖泊生态系统演替理论和保护技术研究,支撑国家系统开展水质较好湖泊保护.     

Assessing ecological security at the watershed scale based on RS/GIS: a case study from the Hanjiang River Basin

The purpose of this study is to develop an assessment framework of ecological security at the watershed scale to meet the need of watershed management, and to assess ecological security using this framework in the middle and lower reaches of Hanjiang River Basin (in Hubei Province, China). The states and their changes of ecological security in the study region are investigated with the support of ERDAS and ARC/INFO platform. The results show that the ecological security index (P) values in 1995 and 2000 were 0.685 and 0.699 respectively in the study region. While in 2005 and 2010, the P values were decreased to 0.657 and 0.624. In 1995, there were 5 counties with degree II state (the poor state) of ecological security, and 14 counties with degree III state (the common state). By 2000, the amount of counties with degree II decreased to 4 counties. And the number of counties with degree II is the same as 2000 in 2005. The result of 2010 shows there were 12 countries with degree III state as well as 7 counties with degree II state. The results of our case study of the Hanjiang River Basin reflect that the ES situation is very grim in the study area. The degree of ecological security developed in this study can be used as a useful tool for watershed managers and decision-makers.     

湖、库水体N2O排放研究进展

湖、库水体是重要的N₂O排放源,在全球氮素循环及全球气候变化中具有重要作用.本文综述了目前有关湖、库水体N₂O排放研究进展,重点介绍湖、库水体N₂O产生和排放的过程、不同时空尺度的排放特征、N₂O排放的影响因子框架及监测方法.湖、库水体N₂O不仅源于内部微生物硝化作用、反硝化作用、硝化-反硝化耦合作用、脱氮作用以及极少数底栖无脊椎动物代谢过程,同时流域上游河流汇入、地表径流输入、污水排放以及地下水排泄等构成湖、库水体N₂O的重要外源,但目前对内源/外源的相对贡献的定量化研究不足;湖、库水体N₂O排放方式包括扩散、植物传输及少量气泡排放,对水库而言,大坝下游水电涡轮机形成的脱气作用可能是N₂O排放的潜在途径.对文献综合分析表明,湖、库水体N₂O排放通常呈现明显的季节变化（夏季>冬季）和日变化,同时在全球（一般低纬度>高纬度）、区域及水体内部等不同尺度上表现出显著的空间变异性;这种时空变异特征主要受到湖、库自身理化因子（温度、营养盐、溶解氧、C/N、水文）、生物因子（水生植物、藻华）以及陆域人类活动（污水排放、农业活动以及城市化等）的影响;湖、库N₂O排放不同监测方法的差异也是潜在的影响因素,传统的漂浮箱法和薄边界层法均可能低估水体N₂O排放通量,未来需将传统的监测方法与新型的涡度相关法相结合,减小监测方法的不确定性.结合当前湖、库水体N₂O排放的研究不足,建议未来可以从湖、库N₂O产生的微生物机制,区域尺度上人类活动与湖、库群N₂O排放的耦合关系,水陆交错带的产、排过程,变化环境下的湖、库N₂O排放以及监测方法等方面深入研究.     

江西省浅水湖泊大型底栖无脊椎动物多样性特征和影响因素

2019年春、秋两季,对江西省76个湖泊的底栖动物进行了调查,在分析其群落结构和多样性的基础上,探讨了多样性与环境因子间的关系,旨在确定影响大型底栖无脊椎动物多样性的重要环境因子,以期为江西省湖泊的精准化管理提供科学依据和技术支持。两次调查共检出140个分类单元,以水生昆虫和软体动物为主,摇蚊类物种数占水生昆虫物种数的53.62%。富营养指示种(长足摇蚊属一种和摇蚊属一种)为春、秋两季的优势分类单元,湖沼典型种(长足摇蚊属一种、摇蚊属一种、石田螺属一种、苏氏尾鳃蚓和霍甫水丝蚓)的丰度变化导致了群落结构的季节变化。大型底栖无脊椎动物α多样性水平较低,基于PLSR和PLS-SEM的分析结果表明,影响大型底栖无脊椎动物多样性指标的环境因子既与藻类种群动态密切相关,也与水质状态有关。大型底栖无脊椎动物多样性与藻类种群状态存在稳定的联系,不受季节因素的影响,过高的藻类丰度不利于大型底栖无脊椎动物多样性的提高,而较好的水质状况有利于大型底栖无脊椎动物多样性的提高。为保护江西省湖泊大型底栖无脊椎动物资源,应在具有渔业养殖功能的湖泊和城镇湖泊中进行水生植物的修复工作,使藻型湖泊向草型湖泊方向演化;对一...     

耦合营养负荷的查干湖全季节适宜生态水位阈值研究

适宜生态水位作为反应湖泊水文情势的重要指标,是维持湖泊生态系统稳定的关键要素。已有研究大多集中于水文过程对生态系统影响,缺乏耦合考虑湖泊营养负荷的全季节生态水位阈值研究。本研究在刻画恢复天然水位情势的基础上,综合考虑了人类活动导致湖泊营养负荷的季节性波动以及冰封期的最小生态水位,构建了适用于季节性冰封湖泊全季节的适宜生态水位阈值获取的综合框架,确定了年内不同时期适宜生态水位阈值。结果表明,查干湖入湖口非冰封期的总氮(TN)浓度与平均水位均呈上升趋势,总磷(TP)浓度呈下降趋势;6月湖内TN和TP滞留量最高,分别达到1044.36和23.61 t;确定了查干湖全季节不同时期的适宜生态水位,冰封期(11月—次年4月)为129m,汛期(6—9月)为130.15～130.86 m,非汛期(5和10月)为130.08～130.57 m。研究结果可为季节性冰封湖泊的适宜生态水位研究提供方法支撑,也可为湖泊的水环境管理提供理论支撑。