洞庭湖不确定性水质评价及生态水位研究

【摘要】洞庭湖为中国第二大淡水湖，是长江中游重要吞吐湖泊，也是中国著名的旅游风景名胜区。湖区水产丰富，航运便利，土质肥沃，自然资源丰富。洞庭湖作为长江出三峡进入中下游平原后的第一个通江大湖，发挥着重要的防洪功能，与洞庭湖区的生态和经济密切相关。沿湖工农业的快速发展导致湖区水质日益恶化、富营养程度逐步加剧，水资源短缺矛盾突出，生态用水被挤占；泥沙淤积和围湖垦殖活动致使河床抬高、湖泊萎缩。因此，在水资源短缺的情况下开展洞庭湖水质评价工作并研究洞庭湖的生态水位是十分必要的，可以为洞庭湖的水环境管理工作提供充分的依据。首先，本文概述了洞庭湖流域复杂的江湖关系，从洞庭湖的防洪、生态和经济三个方面阐述了洞庭湖的重要地位，并对洞庭湖水质和水量变化情况作了简要介绍。之后，考虑到水环境中的不确定性，将贝叶斯理论和模糊集理论引入水质评价领域，分别描述了水质评价过程中模型结构和参数的不确定性，建立了基于三角模糊数的贝叶斯水质评价模型，并对洞庭湖的污染来源进行了辨析。洞庭湖水不仅可以作为渔业用水，也是湖区居民重要的饮用水源之一。为反映源水水质对人体健康的影响，本文对东洞庭湖展开了健康风险分析，以此作为水质评价结果的补充。结果表明，2010年，仅有南嘴水质未达到水域II类执行标准，万子湖和洞庭湖出口水质均高于III类执行标准，东洞庭湖和扁山水质评价结果分别为0.4983III0.5017II，0.7962III0.2038II。与传统贝叶斯模型、三角模糊数模型和均值模型相比，基于三角模糊数的贝叶斯水质评价模型更全面、合理地反映了水质污染程度的真实情况，进一步解决了水质评价过程中存在的不确定性问题。洞庭湖As的致癌风险超标，非致癌风险可控，为确保饮用水安全，建议对As追根溯源并进行重点监控。通过对洞庭湖水质污染来源进行辨析，确定洞庭湖的主要污染来源为农业污染、工业污染和生活污染，农业污染主要是化肥污染、农药污染和禽畜粪便污染；工业污染主要是有机污染和重金属污染；生活污染主要是氮、磷污染。其次，本文从洞庭湖的水文条件出发，建立了基于水文指数的生态可接受水位模型。湖泊生态系统对外界干扰具有一定的抵抗和恢复能力，能适应一定的水位波动。因此，湖泊生态系统的生态可接受水位不是一个确定的值，而是一个不确定的水位耐受范围。该方法通过引入RFD（Ratioflowdeviation）分析了由人类活动和气候变化引起的水文变异，以AAPFD（Amendedannualproportionalflowdeviation）为生态系统健康状况指标，确定了水文变异条件下的生态可接受水位。结果表明，北景港、南嘴和城陵矶汛期的生态可接受水位范围分别为28.78m~38.16m、25.19m~38.45m和24.48m~30.96m；非汛期的生态可接受水位范围分别为18.33m~27.79m、17.68m~29.19m和15.59m~22.07m。汛期最高生态水位的确定为不破坏洞庭湖湿地生态平衡的前提下发挥最大的洪水调蓄能力提供了参考依据；非汛期最低生态水位可在保证湿地生态系统健康发展的前提下最大可能的满足其他类型用水的需要，缓解用水矛盾。对于水利部门来说，该方法合理配置生态水的可操作性较强，是一种计算生态需水量较好的方法。最后，本文概述了洞庭湖流域面临的主要问题、已采取的治理措施，以《洞庭湖生态经济区规划》为基础，结合本文对洞庭湖水质和水量的探讨，提出了针对性的水质污染治理和水量控制建议，以期洞庭湖的水环境管理工作取得更加长远的发展。
【作者】余勋；
【导师】梁婕；曾光明；
【作者基本信息】湖南大学，环境科学与工程，2014，硕士
【关键词】洞庭湖；水质评价；生态水位；污染来源；三角模糊数；贝叶斯理论；水文指数；

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