通江湖泊水安全评价及其对水情变化的响应研究——以鄱阳湖为例

来源 :北京师范大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:hai_john
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随着气候变化和人类活动影响的加剧,全球水安全问题日益凸显,并成为国内外学者、研究机构和政府部门关注的热点。长江中游通江湖泊作为中下游地区防洪、水资源供给、水环境生态维持的关键一环,近十几年来面临着低枯水位持续性下降,洪涝灾害频发、水环境质量恶化等一系列湖泊水安全问题。然而目前针对通江湖泊的水安全状况罕有代表性的综合定量表征指标和方法,此外,通江湖泊水安全变化受到包含流域来水、长江干流来水、人类活动等多重因素的影响。本文以通江湖泊鄱阳湖为例,旨在充分考虑通江湖泊特殊性的基础上,分析其目前面临的主要湖泊水安全问题,构建相应的湖泊水安全评价指标体系并划定其安全等级范围,对湖泊水安全现状进行定量的表征。在此基础上,采用多元统计、二维物理过程模型等途径,通过情景模拟的方式研究水情条件变化对湖泊防洪、水资源、水环境,乃至湖泊总体水安全的影响,并分析其影响机制。论文的主要成果总结如下:  (1)通过分析鄱阳湖目前防洪形势依然严峻、水资源供给安全受到威胁、水环境问题日益凸显等主要的湖泊水安全问题,针对性的构建了包含年10日最高平均水位、年10日平均最低水位、三峡蓄水期10日平均最低水位、以及包含总氮、总磷、高锰酸盐指数和氨氮的水环境安全指数等代表性指标的鄱阳湖水安全评价指标体系,并采用统计学累积概率分布断点的方法确定了指标的安全等级范围。在此基础上对鄱阳湖2009-2014年水安全现状进行了评价,结果显示2012年鄱阳湖水安全程度最高,而2011和2013年水安全程度最低,2009-2014年鄱阳湖水安全状况由好及差的顺序为:2012>2010>2014>2009>2011>2013。  (2)湖泊水环境安全指数与水位呈现出显著的相关性,丰水期湖泊水环境安全指数较低,水环境安全状况较好,统计分析结果也表明鄱阳湖丰水期时水质优良的概率相对枯水期较大。采用二维的MIKE21水动力水质模型,基于2010年鄱阳湖实测湖盆地形对计算网格进行了剖分,将流域五大子流域的日径流过程以及流域未控区间径流的合成流量,以8个点源入流的方式作为水动力模型的上游边界,将鄱阳湖出湖口-湖口的实测水位过程线作为水动力模型下游边界,同时将入湖口月尺度的污染物负荷数据作为水质模型的上游边界,下游边界采用污染物自由出入的Neumann边界。采用湖泊多站点的实测水位、水环境参数以及湖口流量来验证模型,其模拟效果基本令人满意,其中水位与湖口流量模拟R2在0.96以上,表明本文构建的鄱阳湖水动力水质模型能够较好的再现不同流域来水条件下的湖泊水文水动力过程,以及湖泊污染物在水动力条件下的迁移降解过程。  (3)在不同典型水文年/条件下,五河来水变化、长江来水变化和拟建鄱阳湖水利枢纽工程三种水情变化对湖泊水安全影响的模拟结果显示:(i)在长江干流来水一定的前提下,流域来水的增加或减少将导致湖泊水位一定程度的抬升或下降,该影响集中体现在1-5月与11-12月;此外,在入湖污染物通量一致的前提下,流域来水的增加对湖泊污染物具有明显的稀释作用,反之亦然。对湖泊丰水、平水和枯水条件下湖泊水安全状况进行模拟评价结果表明在长江干流来流与入湖污染物通量一致时,湖泊水安全由好及差的顺序为:丰水条件>平水条件>枯水条件。(ii)就长江干流来水变化的影响而言,模拟结果表明长江干流来水变化对鄱阳湖水位的影响主要集中在丰水期和退水期,其中三峡蓄水期平均水位降低幅度为1.3m-1.83m。此外,长江干流来水变化也导致鄱阳湖水环境安全一定程度的恶化,2003年以后典型丰、平、枯水文年的湖泊水安全程度均有不同程度的降低,其中长江干流来水变化对典型枯水年的影响最大,而对典型丰水年的影响最小。(iii)就拟建鄱阳湖水利枢纽工程对鄱阳湖水安全的影响而言,水利枢纽工程的建设会导致湖泊污染物降解速率大幅降低,导致湖泊水环境安全程度降低,也因此将导致典型丰水年湖泊水安全程度降低。然而水利枢纽工程的运行能够较好的改善平水年和枯水年湖泊枯水期和三峡蓄水期的水资源安全问题,进而改善湖泊水安全程度,尤其是对于枯水年而言,枢纽工程的运行对典型枯水年9-12月的水位平均抬升达2.89m。  (4)影响鄱阳湖水安全状况的主要因素是流域来水变化、长江干流来水变化、流域入湖污染物通量和湖区人类活动。其中鄱阳湖流域气候循环变异引起的流域来水相对减少,长江上游气候循环变异和三峡工程蓄水运行引起的长江水位季节性变化,流域入湖污染物量逐年递增,以及湖区频繁的采砂活动是引起鄱阳湖近年来湖泊水安全问题的主要原因。  本文的结论对于丰富通江湖泊水安全评价理论具有重要意义,有助于深入认识通江湖泊水安全的主要影响因素和影响机制,对于制定科学的流域-湖泊-长江水资源管理和调控措施,具有重要现实意义。
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