水文与水动力交互作用对浅水湖泊营养盐循环及富营养化的影响

In Yangtze River and Huaihe River Basins, most of the lakes were directly related to the Yangtze River and the Huaihe River interlinked with an open hydrologic and hydrodynamic conditions, showing good ecological status before the 1950s. In the past 50 years, the original hydrology and morphology of lake basins were severely damaged due to projects such as reclaiming the land, dam construction and so on. Furthermore, the rapid economic development in these basins lead to water quality deterioration as well as frequent cyanobacteria blooms in many lakes. Accordingly, this project is focused on the connectivity of rivers and lakes, interactions of hydrology and hydrodynamic in Yangtze River and Huaihe River Basins. Studies of lake morphology, spatial heterogeneity of hydrology and hydrodynamics, connectivity of lakes and rivers, coupled relationship of nutrients input, output and accumulation conditions in lakes will be carried out. The purports of this project are to explore the hydrological process in lake, and effects of flow, waves and other hydrodynamic conditions on transport and transformation processes of nutrients and phytoplankton community succession, and to reveal impact mechanism of hydrological and hydrodynamic interactions on nutrient distribution pattern, the accumulation process and eutrophication in shallow lakes. The results will helpful to provide a theoretical basis for the control of eutrophication and water environment governance in shallow lakes.

我国长江、淮河流域，上世纪50年代前多数湖泊均直接与长江、淮河相通，具有开放的水文、水动力条件，湖泊生态状态良好。在过去50年里，由于围湖造田和建造闸坝等工程，严重破坏了湖泊原始的水文条件和湖盆形态，加之流域经济快速发展，导致湖泊水质恶化,蓝藻水华频发。本研究针对我国长江、淮河流域浅水湖泊目前普遍面临的富营养化问题，从河湖连通性及水文、水动力交互作用的角度，研究长江、淮河流域湖泊形态特征，水文、水动力学条件的空间异质性，河湖连通性及其与湖泊水体中营养盐输入、输出和蓄积的耦联关系，探讨湖泊水文过程及湖流、波浪等水动力学条件对浅水湖泊水体中营养物质迁移转化过程、浮游生物群落演替的影响，揭示水文和水动力交互作用对浅水湖泊中营养盐分布格局、蓄积过程及富营养化的影响机制，旨在为我国浅水湖泊富营养化控制及水环境改善提供理论依据。

我国东部存在的大量浅水湖泊对地区的生态水文环境起着重要的调节作用。但是由于人类活动和气候变化的影响，多数湖泊的水文水动力条件发生了明显的改变，湖泊生态环境严重恶化，富营养化日趋严重。针对浅水湖泊日趋严重的富营养化问题，从河湖连通性及水文、水动力交互作用的角度，研究长江、淮河流域湖泊形态特征，水文、水动力学条件的空间异质性，河湖连通性及其与湖泊水体中营养盐输入、输出和蓄积的耦联关系。探讨湖泊水文过程及湖流、波浪等水动力学条件对浅水湖泊水体中营养物质迁移转化过程、浮游生物群落演替的影响，揭示水文和水动力交互作用对浅水湖泊中营养盐分布格局、蓄积过程及富营养化的影响机制。具体研究内容上：（1）分析了湖盆形态和水文条件对90个典型浅水湖泊富营养化的影响；（2）以我国四个典型浅水湖泊：洞庭湖、鄱阳湖、巢湖和太湖为研究对象，利用大数据统计分析方法检测了这四个大型浅水湖泊营养成分的长期变化趋势，利用长序列统计数据探究水文水动力对其的影响机制；（3）以典型富营养化浅水湖泊太湖为研究对象，利用历史监测数据探究风力作用（风速、风向）对其营养盐及藻类的影响；（4）开展基于相似性原理的实验室物理模型模拟，确定了单一蓝藻存在下水动力扰动和湖底底泥、磷释放及蓝藻生长的相互关系以及两种藻类共存条件下不同强度水动力扰动和相同扰动强度下不同持续扰动时间对营养盐释放及藻类生长的影响；（5）论证并利用改进的Monod 模型来预测不同时间尺度上蓝藻生长的动态过程，研究可为我国浅水湖泊富营养化控制及水环境改善提供理论依据。