三峡工程运行前后洞庭湖水质变化分析

为了解三峡工程运行前后洞庭湖水质变化,基于1996 2013年洞庭湖水质监测数据,采用内梅罗污染指数(IP)法对三峡工程运行前后洞庭湖水质进行评价,并对洞庭湖水质与主要污染物的时空变化特征进行分析.结果表明,1996 2013年洞庭湖IP值在1.10~2.20之间,平均值为1.63,水质属轻污染~污染,总体变化平稳,但从2010年起,洞庭湖IP值连续低于其多年平均值,总体水质趋好;主要污染物为总磷和总氮,总磷浓度变化平稳,总氮浓度则呈显著上升趋势.与三峡工程运行前相比,三峡工程运行后洞庭湖全年和汛期总氮浓度以及南洞庭湖IP值和总氮浓度显著升高,南洞庭湖水质显著恶化.洞庭湖IP值和总磷浓度的水期分布格局均由三峡工程运行前的汛期非汛期变化为三峡工程运行后的非汛期汛期,其空间分布格局均由三峡工程运行前的西洞庭湖东洞庭湖南洞庭湖变化为三峡工程运行后的西洞庭湖南洞庭湖东洞庭湖;从2010年起,洞庭湖IP值的空间分布格局发生新的变化,其大小顺序变化为东洞庭湖南洞庭湖西洞庭湖.三峡工程运行前后洞庭湖IP值与总磷浓度的时空变化与其水沙条件变化有关,总氮浓度的空间分布受三峡工程运行影响较小,主要受湘江、资水等"四水"流域氮污染的影响.     

洞庭湖流域气候变化特征(1961-2003年)

以22个气象站1961-2003年的气象观测数据为基础,对洞庭湖流域的气温、降水和参照蒸散量进行趋势与突变分析．从1970年开始,洞庭湖流域经历了一个缓慢而稳定的增温过程,1990s发生突变进入快速增温时期;尤其是是在春、冬季节,这种突变式的增温特征非常显著;秋季持续而稳定增温,而夏季气温并无明显变化．进入1990s,洞庭湖流域降水有明显增多,尤其是夏季降水突变式增加;与此同时,夏季暴雨频率也突变式增大,但是暴雨强度并无明显变化．1900s迄今,参照蒸散量持续而稳定的减少,夏季减少量尤为显著．全球变暖的区域响应,驱动洞庭湖流域水循环速度加快,夏季降水增多,而蒸发能力减弱,这是1990s洞庭湖流域洪水频发的主要气候因子．     

贵阳市百花湖近10年(2009-2018年)的水质时空变化

百花湖是贵阳市重要的城市饮用水源地,并且近年来经常发生水质异常现象.本文利用2009-2018年百花湖长时间序列的监测数据,采用综合营养状态指数法和Pearson相关性分析,研究了百花湖10年间的水质变化特征和影响因素.结果表明：1）库区叶绿素a（Chl.a）、总磷（TP）、总氮（TN）、高锰酸盐指数（COD_Mn）和透明度（SD）的浓度范围分别是3.43~39.72 mg/m³、0.034~0.115 mg/L、1.200~2.759 mg/L、1.41~5.51 mg/L和0.75~2.07 m,且高氮磷比（12~63）表明百花湖是磷限制型.2）在空间上,TP、TN、氨氮、COD_Mn和Chl.a浓度沿水体流向逐渐降低,SD呈相反变化趋势.3）10年来,百花湖水质由Ⅳ类转变为Ⅲ类,综合营养状态由轻度富营养化状态转变为中营养状态,水质整体向好.4）入库支流是影响百花湖库区水质的主要因素,长期以来,东门桥河、南门河水质TP和TN等超标严重,给库区水质稳定达标带来威胁.5）百花湖Chl.a浓度与气温、水位、风速和TP等指标显著相关,是受水文、气象及营养盐因素的综合控制.未来在百花湖水环境保护治理过程中,应加大对东门桥河、南门河等重点支流的污染治理,加强对水动力学、气候变化等水文气象因素影响库区水质（藻类水华）的机制研究.     

近30年来洞庭湖水质营养状况演变特征分析

根据1986-2015年30年的水质监测数据,利用湖泊水质单因子评价和综合营养状态指数(TLI)对洞庭湖水质营养状况变化趋势进行评价分析.1986-2015年全湖Ⅰ~Ⅲ类水质百分比呈现极显著下降趋势,近5年来稳定在Ⅳ类水平,影响水质的污染物为总氮(TN)和总磷(TP),全湖TN浓度、TP浓度和TLI在过去30年里呈显著或极显著上升趋势,TN和TP等是洞庭湖水质类别的主要影响因子.在空间分布上,TLI、TN浓度、TP浓度和Chl.a浓度高低顺序均表现为东洞庭湖南洞庭湖西洞庭湖,且东洞庭湖TN浓度和Chl.a浓度与其它湖区差异显著.1986-2002年洞庭湖水质营养状态呈现波动上升趋势,主要与面源污染有关;2003-2007年富营养化趋势有所减缓,可能与期间工业污染下降和水环境容量扩大有关;但2008-2015年又开始明显加剧,可能是流域内工业与农业污染增加、内源污染释放与水环境容量减小造成的.30年来洞庭湖各湖区基本均处于中营养状态,但接近轻度富营养且2008-2010年和2015年东洞庭湖等部分湖区达到轻度富营养水平.洞庭湖近年来蓝藻门所占比例明显上升,部分湖区已经暴发蓝藻水华.     

洞庭湖冲淤变化分析(1956-1995年)

根据１９５６－１９９５年洞庭湖水文泥沙原型观测和地形测绘等翔实资料,运用输沙量法和地形法对洞庭湖冲瘀变化进行了认真的统计分析,分析结果表明,洞庭湖来水量以四水为主,占５７．８％,来沙量以四口为主,多年平均沉积率为７４．０％,出湖仅占２６．０％;淤积量及湖水沙量随着四分流分沙比的减少而减少。     

三峡工程调节作用对洞庭湖水面面积(2000-2010年)的影响

以洞庭湖为研究对象,以11年(2000-2010年)Terra/MODIS 16 d最大值合成的植被指数数据产品集MOD13Q1和同期城陵矶水文监测站的水位数据为主要数据源,通过对NDVI和NIR分别设定阈值的方法,实现了洞庭湖水面面积的综合提取,分析了三峡工程建设背景下,洞庭湖水面面积的年际变化特征和年内变化规律,再结合城陵矶水位数据,对水位与水面面积之间的定量关系进行了深入分析.研究结果表明:三峡工程的运行,很大程度上控制着洞庭湖的入湖水量,对洞庭湖防汛工作有利;在气候变化、三峡水库的共同影响下,洞庭湖区水面面积整体上呈减少趋势;水面面积与水位的拟合结果显示两者具有良好的相关性,其中2000-2003年两者的确定性系数达到0.975.     

近百余年(1900—2020年)洞庭湖湿地演化驱动因素分析

自20世纪以来,在自然以及人类活动共同作用下,洞庭湖湿地面积与格局发生显著变化。本文在综合大量历史资料、相关文献以及数据的基础上,采用分段线性回归方法将近百余年(1900—2020年)洞庭湖湿地面积与格局变化划分为4个阶段,并重点分析了各阶段影响湿地演化的驱动因子及相互作用关系。1900年以来,洞庭湖湿地面积变化可分为1900—1949年的明显下降期、1950—1978年的快速萎缩期、1979—1998年的稳定期以及1999年至今的略微回升期,湿地景观格局变化经历了新中国成立前的相对稳定阶段、1950s—1990s的水域向洲滩转化阶段以及21世纪以来的洲滩向水域转化阶段。不同时期,由于社会经济与生产力水平的差异,湿地演变的驱动因素存在差异,导致湿地演变的速率与方向有所不同。围湖垦殖与退田还湖是导致湿地面积发生改变的主要因素,气象波动、水库建设、湖区采砂以及河道整治等则通过改变入湖水文泥沙情势影响湿地格局变化,并影响围湖垦殖与退田还湖等活动。为满足经济发展要求,政府在湿地演变中的参与度逐渐增加,对围湖垦殖的态度发生了“鼓励—参与—禁止—还湖”的转变,为近百余年洞庭湖湿地演化的核心驱动要素...     

洞庭湖南荻(Triarrhena lutarioriparia)腐解对水质的影响

洞庭湖区南荻下游产业造纸行业于2019年整体退出,使得大量南荻无法被刈割利用而滞留于湖区腐解.为评估未刈割南荻残体腐解对洞庭湖水环境影响,本研究探究了沉积物湖水模拟体系内不同生物量南荻腐解过程水质变化特征.实验结果表明:在90 d腐解过程中,不同南荻生物量下(0～2 g/L)腐解体系上覆水COD、氨氮(NH3-N)、总氮(TN)、总磷(TP)水质指标浓度均呈现"急速上升快速下降缓慢恢复"趋势,其中,COD和TP浓度均在腐解第5天时急速上升至最高值.腐解体系内南荻生物量对水质影响显著,相同腐解时间下,随着南荻投加量增加,上覆水溶解氧(DO)浓度越低,NH3-N、TN、TP、COD水质指标浓度越高.当南荻投加量为2 g/L时,上覆水COD、NH3-N、TN和TP水质指标浓度可分别高达46.00、4.11、6.84和1.14 mg/L,分别是空白组的2.60、1.58、1.42和8.14倍.当腐解时间为90 d时,南荻投加量为0～1 g/L条件下,腐解系统上覆水水质基本恢复至未腐解时水平;当南荻投加量增加至2 g/L,上覆水NH3-N、TN和TP浓度仍分别为未腐解时的0.59、0.35和2倍,DO仅为初始浓度的16.6%.总体上,南荻腐解可造成短期内营养盐及有机组分浓度显著上升,且其腐解对水质的影响程度随着其生物量的增加而显著增强,以上结果可为造纸业退出后洞庭湖南荻管控提供科学依据.     

邛海入湖河流水质及其湖区响应特征(2011—2021年)

邛海是云贵高原水域面积>25 km²的11个天然湖泊之一。基于邛海入湖河流与湖区水质监测数据,揭示入湖河流水质特征,并探究其湖区响应。结果表明:2021年,邛海入湖河流水质空间异质性显著,且分为自然型、农业型和城镇型3种类型河流。官坝河等3条自然型河流水质优良,而高仓河等8条城镇型和农业型河流(R4～R11)水质较差,污染物浓度超标严重。2011—2021年,邛海主要入湖河流(官坝河、鹅掌河、小青河)的营养盐浓度呈下降或先增加后下降趋势,水质逐渐改善。流域土地利用变化是导致邛海入湖河流水质空间异质性的主要因素,同时也是河流水质在2011—2021年改善的原因之一。受湖泊水文环境与入湖河流污染类型影响,2017—2021年邛海湖区水环境及其与河流水质响应关系差异性明显:高枧湾水域(L5)水深浅、水环境容量小,主要受纳城镇污水,因而湖区营养盐与叶绿素a浓度高,在2021年达富营养状态;官坝河、鹅掌河与小青河入湖影响区(L1～L3)与小渔村(L4)水域湖水深、水环境容量大,污染物浓度与营养状态指数低,但因汇入的河流污染类型不同,湖区营养水平与河流水质响应存在季节性...     

1993-2010年洞庭湖湿地动态变化

利用不同时相遥感影像,结合实地调查,采用决策树分类方法提取洞庭湖湿地信息,完成洞庭湖四期湿地类型分布图;同时分析洞庭湖湿地植被群落动态变化特征、驱动因素以及湿地变化的影响.结果表明,17 a来洞庭湖滩地植被分布和面积发生了明显变化,林滩地面积净增367.88 km2,变化比例为1127.51%,分布范围向洲滩主体扩展,成为主要滩地类型;芦苇滩地面积减少44.09 km2,草滩地面积增加2.99 km2,变化比例分别为-5.80%和0.40%.洞庭湖湿地的变化一方面受洞庭湖泥沙淤积和滩地植被演替的影响,另一方面也受到人类活动干扰的影响.天然湿地植被的破坏,特别是人工种植芦苇和滩地造林在一定程度上改变了洞庭湖湿地生态系统原有的结构和功能.为有效保护洞庭湖湿地,要合理开发洲滩资源,保护天然湿地植被,合理规划和控制滩地造林.     

洞庭湖大型底栖动物群落结构和水质评价

2014年4个季度对洞庭湖大型底栖动物进行调查,共记录底栖动物4门7纲58种,其中寡毛类7种,软体动物28种,水生昆虫19种,线虫1种,蛭类2种,钩虾1种.洞庭湖底栖动物平均密度为187.4 ind./m~2,软体动物是最主要的类群,平均密度为88.7 ind./m~2,占总密度的47.3%,寡毛类和水生昆虫的密度分别为24.1和27.8 ind./m~2,分别占总密度的12.9%和14.9%.河蚬(Corbicula fluminea)、铜锈环棱螺(Bellamya aeruginosa)、苏氏尾鳃蚓(Branchiura sowerbyi)、指突隐摇蚊(Cryptochironomus digitatus)和钩虾(Gammaridae sp.)为洞庭湖的优势种.典范对应分析表明,水温和溶解氧是影响洞庭湖底栖动物分布的关键环境因子.采用Shannon-Wiener多样性指数和BI生物指数对洞庭湖各样点的水质状况进行评价,总体上评价结果分别为轻污染和良好,结果表明二者具有一定的差异,结合洞庭湖各样点的综合营养状态指数可以看出,BI指数的评价更加适合洞庭湖水质评价.     

全新世以来洞庭湖的演变

本文根据全新世沉积物的岩性、岩相特征和文化遗址的时空分布,结合孢粉资料与历史文献记载,揭示了全新世以来洞庭湖演变的六个阶段:(1)晚更新世末至全新世初为河湖切割平原;(2)中全新世早、中期(8000—5000a B.P.)是湖泊扩展时期;(3)中全新世晚期(5000—3000 a B.P.)四水复合三角洲发育,湖沼洼地零星分布;(4)商周至秦汉(3000—1700 a B.P.)四水分流间洼地湖泊和沼泽广布,汛期河湖水体相连;(5)魏晋至19世纪中叶,洞庭湖逐渐发展至鼎盛阶段;(6)19世纪中叶至今,三角洲迅速推进,湖泊逐渐萎缩。研究认为这种发育演化过程与区域性气候变化、人类活动直接相关。     

近200年来黑河下游天鹅湖湖泊沉积记录的环境变迁

根据2002-2004年洞庭湖水质监测数据,参照GB3838-2002中Ⅲ类水质标准,选用内梅罗水污染指数法和黄浦江污染指数对洞庭湖水质现状进行评价,结果表明:(1)洞庭湖水体的主要污染指标是总磷,总氮和粪大肠菌群;(2)黄浦江污染指数平均值为0．27,所以洞庭湖12个断面水质无黑臭现象发生;(3)枯水期西洞庭湖和南洞庭湖水质污染最严重,平水期西洞庭湖水质污染最严重,洞庭湖丰水期的污染程度小于平水期;(4)洞庭湖的大部分水体的水质主要处于轻度污染的状态,局部水体的水质在枯水期达到重污染的状态．     

水位对洞庭湖湿地4种典型沉水植物的影响

近年来,受全球变化及高强度人为干扰的影响,湿地退化严重(洞庭湖湿地枯水期提前、枯水期水位持续降低和浅水洼地减少),导致洞庭湖湿地沉水植物大面积消亡.深入研究洞庭湖低水位对沉水植物的生长影响,对指导沉水植物恢复有重要意义.以我国典型通江湖泊洞庭湖典型沉水植物为研究对象,模拟野外沉水植物主要分布区域浅水洼地水文环境,设置4个水位梯度(25、50、75、100 cm),探讨竹叶眼子菜(Potamogeton malaianus)、黑藻(Hydrilla verticillata)、苦草(Vallisneria natans)和金鱼藻(Ceratophyllum demersum)的生长、生物量和生理活性对水位变化的响应.结果显示:(1)前期底质养分含量为:总氮0.09%、总磷0.09%、总钾3.04%、碱解氮20.87 mg/kg、速效磷10.7 mg/kg、速效钾326.67 mg/kg、硝态氮6.97 mg/kg、氨氮6.59 mg/kg、有机碳1.21%、有机质2.09%,2个月后,不同水位的底质养分含量有差异,100和75 cm水池的养分含量高于50和25 cm,氨氮、有机质和有机碳含量在25 cm水位的水池较高;(2)75 cm水位适合竹叶眼子菜和黑藻生长,100 cm水位适合苦草和金鱼藻生长;(3)100 cm水位有利于竹叶眼子菜的繁殖及生物量积累,75 cm水位有利于黑藻和金鱼藻的繁殖及生物量积累,50 cm水位有利于苦草的繁殖及生物量积累;(4)100 cm水位下的沉水植物酶活性强,75和50 cm水位下的沉水植物次之,25 cm水位下的最弱.以上结果表明,4种沉水植物的生长特征和生物量积累随水位变化,在水域生态恢复中应考虑将水位控制在50~100 cm之间,这样有利于促进种群生物量和水生生态系统的恢复.     

洞庭湖生态水位及其保障研究

湖泊生态水位是维持湖泊生态系统健康的重要因素.基于洞庭湖城陵矶、杨柳潭、南咀3个水文站1959-2016年日平均水位序列进行分析,采用Mann-Kendall法、累积距平法和滑动T检验法综合确定洞庭湖水位变异时间节点,结合生态水位年内展布法以及IHA-RVA法,计算分析湖泊最小和适宜生态水位,并且采用Tennant法进行合理验证,在此基础上对水文变异前、后湖泊生态水位保障度进行研究.研究结果表明:(1)洞庭湖城陵矶和杨柳潭水文站年均水位呈上升趋势,而且城陵矶站水位上升趋势显著,南咀站年均水位呈显著下降趋势.(2)洞庭湖3个典型水文站水位年际变化突变年份为2003年,突变年份基本上与三峡工程蓄水时间相符.(3)城陵矶、南咀和杨柳潭年均最小生态水位分别为21.41、28.95和27.84 m,分别占多年平均水位的86.3%、95.9%和95.7%,城陵矶、南咀和杨柳潭年均适宜生态水位分别为23.29、29.51和28.36 m,分别占多年平均水位的93.9%、97.8%和97.5%,生态水位计算结果考虑了天然湖泊水位年内丰枯变化,满足了湖泊生态目标需求.(4)洞庭湖最低生态水位保障程度较高,基本能达到80%以上,但适宜生态水位保障程度相对较低,其中2003年以后洞庭湖10月和11月生态水位保障程度显著下降,与上游水利工程蓄水有关,建议在此期间采取调度措施适当增加洞庭湖水量,以保障湖泊生态系统的健康与生物多样性.     

太湖水体生态环境历史演变

根据１９５０￣１９９５年期间对太湖水体进行的各次综合性研究结果分析：太湖水质和营养程度大致每１０￣１５年上升一个级别,近期变化尤为明显ＣＯＤＭｎ含量３５年来增加了１３６％,总磷近年来以９．９％速度上升,浮游藻类８０年代以来一直以蓝藻和硅藻占优势,但种群数趋于减少,细胞数据增,局部水域蓝藻水华频发;浮游动物和底栖动物中耐污染类增多,枝角类、桡足类和环节动物、节肢动物数量则降低;鱼类种群数减少,银鱼捕     

近60年洞庭湖水位演变态势研究

辨析洞庭湖历史水位演变态势对保护湖泊生态系统健康运转以及确保长江中下游防洪安全和水资源利用均至关重要。为了定量评估洞庭湖近60年来水位变化特征、程度及规律,基于洞庭湖鹿角、杨柳潭和南咀水文站1961—2020年逐日水位监测数据,应用Mann-Kendall检验法、小波分析法、累积距平法、滑动t检验法等方法对洞庭湖水位变化趋势性、周期性、突变性进行分析,进而采用IHA-RVA法综合评价洞庭湖突变年前后各站点水位改变度和整体水位改变度。研究结果表明:(1) 1961—2020年,鹿角站和杨柳潭站年均水位呈上升趋势,南咀站年均水位呈下降趋势;3个站点水位周期性变化较为明显,呈现4～5个时间尺度的周期变化规律,第一主周期为55～56年;鹿角站水位突变年份为1979、2003年,杨柳潭站水位突变年份为1978、2003年,南咀站水位突变年份为2003年,综合确定2003年为3个站点突变年份。(2)通过分析突变前后3个站点的水位、时间、频率、延时和改变率5组32个水位指标改变度,发现杨柳潭站水位改变度大于鹿角站和南咀站,鹿角、杨柳潭、南咀站的整体水位改变度分别为43%、48%、42%,均属于中度改...