洞庭湖水生態風險防控技術體系研究

王圣瑞,張 蕊,過龍根,徐力剛,陳 燦,盧少勇,汪 星(.中國環境科學研究院,環境基準與風險評估國家重點實驗室,北京 000；.中國科學院水生生物研究所,湖北 武漢 007；.中國科學院南京地理與湖泊研究所,江蘇 南京 0008；.湖南省環境保護科學研究院,湖南 長沙 000)

洞庭湖水生態風險防控技術體系研究

王圣瑞1*,張 蕊1,過龍根2,徐力剛3,陳 燦4,盧少勇1,汪 星1(1.中國環境科學研究院,環境基準與風險評估國家重點實驗室,北京 100012；2.中國科學院水生生物研究所,湖北 武漢 430072；3.中國科學院南京地理與湖泊研究所,江蘇 南京 210008；4.湖南省環境保護科學研究院,湖南 長沙 410004)

為保障洞庭湖水生態系統健康安全,急需回答洞庭湖水生態風險和富營養化演變與流域人類活動及不同水文節律驅動間的響應機制這一科學問題,解決確定洞庭湖適宜生態水位和防治富營養化兩個技術難點.本研究擬運用數理統計法、遙感定量反演和定量解譯法及層次分析法等方法,確定洞庭湖水生態風險的內涵,提出洞庭湖水生態風險防控技術路線,開展水情驅動條件下洞庭湖生態效應定量評估技術集成與適宜生態水位、水環境演變與藻類水華風險控制技術集成、水生態風險及其防控集成技術構建和水體富營養化防治技術集成與示范等四個方面的研究,建立洞庭湖水生態風險防控技術體系,支撐洞庭湖流域可持續發展.

洞庭湖；水生態風險；富營養化；防控技術體系

洞庭湖是長江重要調蓄湖泊和國際重要濕地,也是瀕危珍稀物種的主要棲息地,擁有國家一級保護動物13種,每年越冬候鳥逾15萬只,包括珍稀瀕危物種中華鱘、江豚、白鰭豚、白鶴、白頭鶴、東方白鸛、黑鸛等,以及全球種群 70%以上的小白額雁;且其在支撐長江流域生態安全、水安全和國家糧食安全方面發揮著重要作用[1-3].近年來伴隨著流域社會經濟快速發展及受江湖關系、氣候變化和人類活動等影響,洞庭湖水生態風險問題日益突出,水質下降明顯,富營養化形勢嚴峻,部分湖區偶現藍藻水華;漁業資源退化嚴重,不僅捕撈產量下降,江湖洄游魚類比例顯著下降,且魚類小型化、低齡化與低質化趨勢明顯[4-5].

目前國內外學者針對湖泊生態風險的研究,大多集中在評價方面[6-10],但是針對防控方面的研究卻較少,其中針對湖泊水生態風險評估、預警、應急處理及水生態風險管理等方面的研究更是鮮見報道[11-14],且已有研究主要集中在環境事故的風險評估和應急處理等方面[15-20].受水生態退化和社會經濟發展壓力等影響,洞庭湖生態安全水平逐年降低,已從上世紀80年代的非常安全水平下降到 2008年以來的一般安全水平[21].特別是近年來,受水文節律變化和入湖污染負荷增加等影響,洞庭湖出現了水質下降,藻類水華風險增加,漁業資源衰退,富營養化趨勢明顯及流域經濟社會發展與湖泊保護間矛盾突出等水生態風險問題,已成為危及洞庭湖生態安全和制約區域經濟社會發展的重大問題.本研究試圖通過構建洞庭湖水生態風險防控與水體富營養化控制集成技術體系為保障洞庭湖水生態系統健康安全提供技術支撐.

1 數據來源

本研究采用的數據主要有兩部分,一部分數據來自常規監測,由湖南監測站提供;一部分數據通過查閱文獻、年鑒及相關的資料獲得(具體數據來源詳見圖表注釋).

2 結果分析與討論

本文首先是要識別洞庭湖水生態風險,再從三個層次四個方面研究建立洞庭湖水生態風險防控技術體系.即第一層次針對洞庭湖水生態過程的辨析,探討不同水情驅動條件下的洞庭湖生態效應定量評估技術集成與適宜生態水位,開展洞庭湖水環境演變與藻類水華風險控制技術集成;第二層次針對洞庭湖水生態風險與防控集成技術,確定洞庭湖水生態風險表征指標體系,集成洞庭湖水生態風險防控技術,構建洞庭湖水生態風險防控集成技術.第三層次針對洞庭湖水體富營養化風險,保障湖泊水生態安全,評估洞庭湖水體營養狀態,集成適用于洞庭湖的典型水體富營養化防治綜合技術,并開展技術示范.通過確定其研究內容及技術途徑,形成洞庭湖水生態風險防控技術體系研究的技術路線,建立洞庭湖水生態風險防控技術體系.

2.1 洞庭湖水生態風險的內涵

目前洞庭湖面臨氮磷濃度升高,局部水域藻類水華面積和次數增加,富營養化趨勢加重;濕地植被退化,且從高灘向低灘推移,候鳥棲息地生境受威脅;特種魚類減少或基本滅絕,生物多樣性下降等生態環境問題[22-25];以上問題導致洞庭湖生態系統進一步退化的風險較大,其中水質下降、濕地退化與藻類水華風險最受關注.

2.1.1 水質下降風險 洞庭湖水質總體呈下降趨勢(圖1),多數指標能滿足II-III類標準,影響水質的主要指標是總氮和總磷.其中劣于III類的水質比例呈逐年增加,而I-III類水質比例逐年降低,至2006年之后已無I-III類水,2011年之后水質則以V類、劣V類為主.

圖1 洞庭湖歷年水質類別比例變化趨勢Fig.1 The trend of the proportion of water quality category in Dongting Lake over the years

伴隨社會經濟快速發展,流域污染物排放量不斷增加.2006～2011年期間,洞庭湖流域湖南省污水排放量(僅統計工業和生活)平均每年以約0.6×108t的速度遞增,化學需氧量排放量平均每年以約 3.125×104t的速度遞減,氨氮排放量平均每年以約0.625×104t的速度遞減.2011年濱湖區進入洞庭湖的 CODMn、氨氮、總磷和總氮負荷分別為30.01萬t/a、10.50萬t/a、2.62萬t/a和15.34萬t/a,農業源是入湖TN、TP和CODMn的主要來源,分別占CODMn、氨氮、總磷、總氮入湖總量的59.1%、74.8%、68.8%和75.8%(表1).隨湖區經濟社會進一步發展,人口與工業企業增加及城鎮規?；瘮U張等可能導致水質進一步下降是洞庭湖保護面臨的首要問題.

表1 洞庭湖流域污染負荷排放量Table 1 Summary of pollutant emissions from Dongting Lake

2.1.2 濕地退化風險 洞庭湖濕地具有調蓄洪水、調節氣候、污染凈化、貯蓄水源、維持區域生物多樣性與生態平衡等多種生態功能,是我國乃至世界重要的冬候鳥越冬地和遷徙鳥類棲息地.由于過度開發和利用等造成洞庭湖面臨濕地面積持續萎縮、生態功能持續退化、水污染加重等生態環境問題[27-28].目前,洞庭湖天然湖泊面積 2625km2,僅為 1825年(6200km2)的 42.34%,調蓄容積也由 400億 m3減少到167億m3[29].近年來,受三峽工程運行、氣候變化及人為干擾等影響,洞庭湖濕地生態系統發生了較大變化,洄游通道不斷減少或受限(三口斷流、四水修壩),水量減少(三口斷流),生物多樣性下降;特別是在江湖關系持續變化背景下,洞庭湖水情變化較大,連續多年出現枯水期提前、延長,水位較常年同期大幅降低等現象;濕地生態功能減弱,湖區生態環境趨于惡化,已經造成對濕地和候鳥的嚴重不利影響;水生生物明顯減少,水產品供給降低,濕地呈現“局部改善、總體退化”的總體趨勢.

洞庭湖濕地整體變化趨勢為洲灘地面積不斷擴大,水面不斷縮小.洞庭湖濕地景觀呈現破碎化趨勢,濕地呈現斑塊數量與破碎度等指數增加、平均斑塊面積與景觀蔓延度等指數減小.泥灘、草洲、蘆葦斑塊增加、平均斑塊面積減小,1996～2013年泥灘斑塊數量由 307個增加為1245個,平均斑塊面積由 125.82hm2降至28.16hm2,草洲斑塊數量由308個增加至3348個,平均斑塊面積由 244.55hm2降至 16.34hm2,蘆葦斑塊數量由343個增加至1467個,平均斑塊面積由162.80hm2降至48.84hm2(表2).近20年來,洞庭湖珍稀鳥類及其種群呈下降趨勢,一些物種如東方白鸛、白頭鶴、白鶴、白枕鶴、大鴇幾乎完全消失.即洞庭湖濕地面臨退化風險,濕地和水域面積呈現萎縮的趨勢,濕地景觀更為破碎化,候鳥棲息地生境受到威脅.

表2 1996與2013年洞庭湖濕地斑塊類型水平上景觀格局指數Table 2 Landscape pattern index of Dongting Lake wetland patch type in 1996 and 2013

2.1.3 藻類水華風險 近年來,洞庭湖氮磷濃度總體呈上升趨勢,富營養化趨勢明顯,綜合營養指數變化總體可分為三個階段(圖2),其中第一階段為1991年到1996年,湖泊營養水平較低,平均為34.67;第二階段為1997到2002年,湖泊營養水平小幅上升,平均達到 39.67,但仍然維持在較低水平;從2003年開始,洞庭湖營養水平快速上升,尤其是2008～2010年間更是超過了50,已處于輕度富營養,在2008年7月,東洞庭湖保護區水域發生了面積近10km2的藻華,葉綠素a濃度局部高達40mg/m3.產生這一結果一方面是由于湖區社會經濟迅速發展,污染負荷排放量不斷增加;另外,這一時期,洞庭湖來水量較少,換水周期延長等導致入湖氮磷等滯留增加,湖泊氮磷濃度增高,加之湖泊透明度升高,水體光合作用增強,利于藻類生長繁殖[31-33].張維等[34]研究表明, 2008年前洞庭湖無水華爆發,整體處于中營養,而在 2008～2013年,水華爆發程度總體達三級或接近三級水平,即自 2008年后,洞庭湖藻類水華風險明顯增加,水華爆發區域主要集中在東洞庭湖水域.

圖2 洞庭湖歷年富營養水平Fig.2 The rich nutrition level of Dongting Lake over the years

2.2 洞庭湖水生態過程與濕地生態系統變化研究

2.2.1 研究內容與需要解決的重點問題 (1)洞庭湖水位變化過程及其水域面積演變驅動因素分析

采用數理統計、小波理論、隨機水文學、數據融合等理論和方法,分析洞庭湖近20年來水位數據序列,尤其是2003年三峽蓄水后對洞庭湖水文過程影響,研究洞庭湖水位與“四水”入湖徑流量、長江水量交換量以及湖泊水面降水和蒸發等因素的相關性,揭示洞庭湖水位和水量變化過程及其主控因子;分析洞庭湖湖區近20年水域面積的變化過程與季節動態,識別水域面積演變的驅動因素,甄別水文節律變化對洞庭湖水域面積的影響過程.根據景觀生態學原理,借助“3S”技術,結合現場光譜測量和實地調查對比判別,識別出水體、沙灘、蘆葦、苔草等不同斑塊類型,分析其變化趨勢及相互之間的聯系,進而研究洞庭湖湖區近20年水域生態系統不同尺度格局與季節動態.

(2)水文節律驅動條件下的洞庭湖生態效益定量評估集成技術

在全球氣候變暖的大背景下,以三峽水庫蓄水后為節點,綜合考慮湖泊水動力、水文過程和濕地水生態系統對水文過程變化的響應,圍繞不同水文節律對洞庭湖濕地的影響及驅動,探討湖泊水文、地貌要素對關鍵植物生長的影響和對濕地植被群落發育演替的制約機制,在CHAM模型的基礎上實現相應的洲灘淹沒和出露條件下不同水文、水動力模塊的銜接和耦合,集成季節性湖泊水文水動力耦合模型,分析洞庭湖水文與水動力變化過程及其對洲灘濕地面積分布的影響范圍與程度;模擬變化水文節律驅動條件下的濕地植被演替過程和植被變化過程,并在此基礎上開展不同水文節律驅動條件下的洞庭湖水生態效益定量評估和技術集成.

(3)洞庭湖濕地生態格局安全和功能優化的適宜生態水位

運用洞庭湖生態水文耦合模型,基于濕地生態系統的生態水位確定方法,開發適宜于水域生態系統多樣性維持的合理生態水位評價體系,模擬不同水文情勢變化下的洞庭湖濕地植被格局與演化過程及其功能變化,明確洞庭湖生態需水量;綜合考慮主要水生生物及珍惜候鳥生長繁殖的棲息地狀況,分別在汛水期和枯水期,提出針對不同季節維系洞庭湖濕地生態格局安全和功能優化的適宜生態水位區間,為保障洞庭湖水生態系統安全提供技術支撐.

2.2.2 解決的技術途徑 主要采用濕地遙感定量反演與濕地生態水文耦合數值模擬技術,圍繞水情驅動條件下洞庭湖濕地生態效應定量評估技術集成和維持洞庭湖濕地生態系統的適宜水位開展研究.

圖3 水文節律驅動條件下洞庭湖生態效應定量評估技術路線Fig.3 Technical route for quantitative assessment of ecological effects of Dongting Lake under the condition of hydrological rhythm

一方面,選取典型試驗區開展水文氣象定位觀測試驗和地面調查,結合洞庭湖典型區域水位與流量數據、湖區DEM數據和濕地植被分布面積變化數據,通過CHAM模型對洞庭湖水情變化條件下的洲灘淹沒、出露面積變化和濕地植被群落演替進行模擬實驗,揭示洞庭湖水位演變過程及濕地植被群落演替模式,在此基礎上進一步對流域水文過程、洞庭湖出露洲灘水循環過程、洞庭湖水動力過程和洞庭湖濕地植被(以優勢種蘆葦和苔草為對象)演替過程等四個方面耦合模擬,開發并集成生態水文過程耦合模型和生態效應定量評估技術體系(圖3).

圖4 洞庭湖適宜生態水位確定技術路線Fig.4 The technical route for the determination of the suitable ecological water level of Dongting Lake

另一方面,結合濕地遙感定量反演與濕地生態水文耦合數值模擬技術開展洞庭湖適宜生態水位研究.首先,利用洞庭湖典型湖區高分辨率遙感影像(Landsat/TM/SPOT)解譯、現場光譜測量和典型區域實地觀測對比判別,實現對典型區域關鍵參數的定量反演(NDVI=f(LAI);NDVI= f(BIO)),并結合整個湖區中等分辨率遙感數據(MODIS),闡明洞庭湖水域景觀格局演變模式;其次,通過空間插值、非監督分類和目視解譯等“3S”技術手段,分析不同斑塊類型的演替變化趨勢,進一步定量解譯水域生態演變并甄別水情驅動機制;最后,基于水域生態系統演替模式生態水位確定方法,開發適宜于水域生態系統多樣性維持的合理生態水位評價系統,共同確定以保護洞庭湖棲息地功能優化和防控水華風險的為主的適宜生態水位區間(圖4).

2.3 洞庭湖水環境演變及藻類水華風險預測研究

2.3.1 研究內容與需要解決的重點問題

(1)洞庭湖水環境演變與藻類水華發生風險預測

開展洞庭湖水環境調查,結合歷史數據,分析洞庭湖水環境演變過程,甄別洞庭湖水環境演變關鍵驅動因子;開展基于水質指標的水體富營養化評估,揭示洞庭湖不同湖區藻類水華發生與水量調控、漁業資源利用等間的相互作用關系,預測洞庭湖不同湖區藻類水華發生風險.

(2)洞庭湖漁業資源利用模式評估與優化

針對洞庭湖漁業資源利用現狀,開展漁業結構調查,闡明洞庭湖漁業資源現狀的利用特征及存在問題;著重研究洞庭湖漁獲物組成比例以及漁業捕撈方式和漁業管理模式等,基于提升洞庭湖的漁業利用空間和合理性,提出適合洞庭湖水生態可持續發展的漁業資源利用優化模式.

(3)洞庭湖藻類水華發生風險控制技術集成

基于洞庭湖水文節律變化及入湖污染負荷特征,確定不同湖區藻類水華發生風險,集成水位調控、生物調控及水體修復等綜合控制技術,形成洞庭湖藻類水華發生風險控制集成技術.

圖5 洞庭湖水環境演變及藻類水華風險預測研究技術路線Fig.5 Water environment evolution and algal bloom risk prediction Technical route of research of Dongting Lake

2.3.2 解決的技術途徑 首先開展洞庭湖水環境問題識別并甄別影響洞庭湖水環境演變的關鍵因子,通過進一步開展局部水域藻類水華風險分析技術研究和漁業資源利用與結構優化模式研究,為構建洞庭湖典型水域藻類水華發生風險控制技術集成提供支撐(圖5).

2.4 洞庭湖水生態風險及防控技術集成

2.4.1 研究內容與需要解決的重點問題

(1)洞庭湖水生態風險識別及驅動機制研究

通過現場調查與資料收集,結合洞庭湖相關研究及規劃,通過對洞庭湖水質演變特征、水文情勢演變特征、濕地演變特征、湖盆演變特征、流域演變特征的研究,闡明洞庭湖水生態演變過程,剖析診斷洞庭湖水生態主要問題,以水質下降、濕地退化、藻類水華為主要水生態風險,綜合考慮流域社會經濟發展、水土資源利用、流域水污染等壓力,剖析主要風險源與受體要素間相互作用,識別判定面向不同受體的主要風險源/壓力因子.采用數值模型、數理統計、實驗研究等手段,分析風險源特征及影響過程,定量化關鍵作用參數,構建源與受體之間的響應關系模型,研究和預測不同情境下、面向不同受體的水生態風險源驅動機制和響應特征.

(2)洞庭湖水生態風險綜合評估

洞庭湖水生態風險評估:首先以洞庭湖水生態風險狀況為總體目標層,從水質下降風險、藻類水華風險以及濕地退化風險等三個要素層出發,結合文獻資料分析所確定的水生態風險的關鍵因子,選擇洞庭湖水生態風險評價的指標,通過對所選指標的統計學對比分析,篩選出一組適宜于進行洞庭湖水生態風險評價的指標體系.然后選用模糊綜合評估模型、利用層次分析法,確定洞庭湖水生態風險評價指標層相對于目標層的權重值.基于《地表水環境質量標準》、洞庭湖濕地管理保護目標以及各指標在風險評價標準確定中的相關研究成果,根據風險程度確定各評價指標的分級標準.通過評價指標對于各評價等級的隸屬度來劃分風險等級.基于隸屬度函數建立模糊評判矩陣,最終形成洞庭湖水生態風險綜合評價模型.最后基于風險模糊綜合評價模型和風險等級標準,對不同時期的洞庭湖水生態風險進行綜合評價,將評價結果與各時期洞庭湖水生態實際狀況進行對比分析,驗證該評價方法的合理性與準確性,并進行必要的修正與完善.

洞庭湖自然資本的價值風險評估:圍繞洞庭湖水生態系統的關鍵問題,基于自然資本的理念,運用 InVEST模型(The Integrate Valuation of Ecosystem Services and Tradeoffs Tool,生態系統服務功能綜合估價和權衡得失評估模型)中的水質凈化、生境風險評估、產水量三個模型建立洞庭湖自然資本價值風險評估方法模型.應用InVEST模型中的水質凈化模塊,模擬洞庭湖流域產水量和氮磷營養物的負荷,計算得出洞庭湖水源供給及水質凈化功能的價值量,并且根據水質標準劃分了氮磷輸出負荷的風險區域,與指標體系法風險評估相比更加明確的顯現了污染物風險的程度.應用 InVEST模型中的生境風險評估模塊,劃分洞庭湖生境風險等級,并計算得出洞庭湖生境功能價值量.最終利用疊加分析模塊計算洞庭湖總的生態服務功能價值量.

(3)洞庭湖水生態風險防控集成技術體系

在系統研究洞庭湖水生態風險管理需求的基礎上,全面梳理集成本項目研究成果,根據常規監測、自動監測、遙感監測和野外觀測等點面監測結合的水生態安全監控數據,以有效防控大規模藻類水華風險、珍稀經濟水生動物棲息地環境惡化和珍稀物種種群數量急劇下降風險以及湖泊水質下降風險等為重點,研究提出洞庭湖水生態風險管理對策,集成水生態風險管理技術、監測技術、環境影響評估技術以及風險應急處理技術等,構建以水生態風險管理技術和應急處理技術等為核心的洞庭湖水生態風險防控集成技術.

2.4.2 解決的技術途徑 首先,全面認識洞庭湖流域特征,收集洞庭湖時間、空間變化數據,建立數據庫,在此基礎上分析洞庭湖水生態問題及水生態演變過程,識別水生態風險因子及驅動機制.再者,通過對指標體系法風險評估和自然資本價值風險評估兩種方法結果對比分析,識別水生態防控關鍵因素.然后,根據水生態風險管理需求,運用常規處理技術和應急處理技術,集成防控技術體系,最終提出洞庭湖水生態風險防控集成技術與對策方案.

圖6 洞庭湖水生態風險及其防控集成技術構建技術路線Fig.6 Technical route of the Dongting Lake Ecological Risk Prevention and control of the construction of integrated technology

2.5 洞庭湖富營養化防治技術集成

2.5.1 研究內容與需要解決的重點問題

(1)洞庭湖水體富營養化防治技術集成

借鑒國內外水體富營養化防治技術經驗,集成適合洞庭湖的富營養化防治技術,主要包括水量調控、生態攔截、水質凈化、藻類水華綜合控制以及沉水植被的恢復與重建等綜合控制技術,形成適合洞庭湖的富營養化防治技術模式.

圖7 洞庭湖富營養化防治技術集成技術路線Fig.7 Technical route for the integration of eutrophication prevention and control technology in Dongting Lake

圖8 研究技術路線Fig.8 Technical route of research

(2)洞庭湖水體富營養化防治技術示范工程

選擇洞庭湖發生藻類水華的湖汊—岳陽南湖王家河水域開展水體富營養化防治技術示范,示范包括外源污染控制技術、生物控藻技術和水生植被修復技術等內容.實現藻類水華生物量削減20%,水生植物覆蓋面積增加20%,示范區水質得到顯著改善.

2.5.2 解決的技術途徑 在探明洞庭湖水環境風險演變及富營養化風險診斷基礎上,借鑒國內外水體富營養化防治技術經驗,在以往單項技術研發的基礎上,集成外源污染控制,生態攔截,藻類水華綜合防控技術,生態水位調控及水生植被恢復等生態修復技術,創新形成適用于洞庭湖的控藻技術以及局部水域水質強化凈化技術、湖濱帶生物多樣性提升以及群落穩定化集成技術,淺水區大型維管束植物修復條件改善技術,形成適用于洞庭湖特點的以水質凈化、生態修復和水華風險防控為重點的湖泊富營養化防治集成技術模式,并開展技術示范(圖7).

綜上所述,本文從三個層面,即水環境演變過程研究、水生態風險評估及防控和湖泊富營養化控制三個層面構建了洞庭湖水生態風險防控集成技術研究技術路線(圖8),具體包括4個方面的研究內容,即水情驅動條件下洞庭湖生態效應定量評估技術集成與適宜生態水位、水環境演變與藻類水華風險控制技術集成、水生態風險及其防控集成技術構建和水體富營養化防治技術集成與示范等;突破確定洞庭湖適宜生態水位和防治水體富營養化兩個技術難點,最終可支撐洞庭湖水生態風險防控,也可為防控我國其它湖泊水生態風險提供技術、方法和經驗.

3 結論

3.1 受水文節律變化和入湖污染負荷增加等影響,洞庭湖出現了水質下降,藻類水華風險加劇,漁業資源衰退,富營養化趨勢加重及流域經濟社會發展與湖泊保護間矛盾突出等水生態風險問題,且已成為危及洞庭湖生態安全和制約區域經濟社會發展的重大問題.

3.2 保障洞庭湖水生態系統健康安全的前提是防控其水生態退化和湖泊富營養化風險.目前洞庭湖面臨水質下降、濕地退化、藻類水華風險加大等三大主要水生態風險,其中高強度流域人類活動和近年來較大的水文節律變化是導致洞庭湖水生態風險日益嚴峻的重要驅動力.因此必須回答高強度流域人類活動和不同水文節律驅動下的洞庭湖水生態風險和富營養化演變過程與響應機制這一科學問題,解決確定洞庭湖適宜生態水位和防治富營養化這兩個技術難點.基于此,本文從三個層面四個方面提出了洞庭湖水生態風險防控技術路線,即從水環境演變過程研究、水生態風險評估及防控和湖泊富營養化控制三個層面,開展水情驅動條件下洞庭湖生態效應定量評估技術集成與適宜生態水位、水環境演變與藻類水華風險控制技術集成、水生態風險及其防控集成技術構建和水體富營養化防治技術集成與示范等四個方面的研究,擬通過確定洞庭湖適宜生態水位,保障洞庭湖水域生態格局安全,集成洞庭湖富營養化防治技術,形成適用于洞庭湖特點的以水質凈化、生態修復和水華風險防控為重點的湖泊富營養化防治集成技術模式,形成洞庭湖水生態風險防控技術體系,為洞庭湖可持續發展提供技術支撐.

[1] 黃金國.洞庭湖區濕地資源開發中的生態環境問題及對策 [J].水土保持通報, 2003,23(1):73-75.

[2] 孫占東,黃 群,姜加虎.洞庭湖主要生態環境問題變化分析 [J].長江流域資源與環境, 2011,20(9):1108-1113.

[3] 秦建新,尹曉科.洞庭湖區濕地生態環境問題與對策 [J]. 人民長江, 2009,40(19):12-14.

[4] 竇鴻身,姜加虎.洞庭湖 [M]. 合肥:中國科學技術大學出版社, 2000.

[5] 毛德華,李正最,李志龍,等.后三峽時代洞庭湖區水生態安全問題研究 [C]//洞庭湖發展論壇文集,中國會議, 2012.

[6] 張 月,張 飛,王 娟,等.基于 LUCC的艾比湖區域生態風險評價及預測研究 [J]. 中國環境科學, 2016,36(11):3465-3474.

[7] 雷炳莉,黃圣彪,王子健.生態風險評價理論和方法 [J]. 化學進展, 2009,23(3):350–358.

[8] 孔 明,董增林,晁建穎,等.巢湖表層沉積物重金屬生物有效性與生態風險評價 [J]. 中國環境科學, 2015,35(4):1223-1229.

[9] 黃清輝,王子健,王東紅,等.太湖表層沉積物磷的吸附容量及其釋放風險評估 [J]. 湖泊科學, 2004,2(3):97-104.

[10] 盧宏瑋,曾光明,謝更新.洞庭湖流域區域生態風險評價 [J]. 生態學報, 2003,23(12):2520–2530.

[11] Glenn W, Suter I. Ecological Risk Assessment in the United Statas Environmental Protection Agency, A Historical overview Integrated Environmental Assessment and Management, 2000, 4(3):285-289.

[12] 熊建新,彭保發,陳端呂,等.洞庭湖區生態安全評價及預警分析[J]. 中南林業科技大學學報, 2013,33(10):114-119.

[13] 湛忠宇,車婭麗,龔李莉,等.水生態風險評估方法研究.第七屆全國河湖治理與水生態文明論壇論文集, 2015.

[14] 王雪梅,劉靜玲,馬牧源,等.流域水生態風險評價及管理對策[J]. 環境科學學報, 2010,30(2):237-244.

[15] 宋永會,袁 鵬,彭劍峰,等.突發環境事件風險源識別與監控技術創新進展:(I)環境風險源識別技術與應用 [J]. 環境工程技術學報, 2015,5(5):347-352.

[16] 宋永會,韓 璐,溫麗麗,等.突發環境事件風險源識別與監控技術創新進展:(II)環境風險源監控技術與案例 [J]. 環境工程技術學報, 2015,5(5):353-360.

[17] 魏科技,王毅力,宋永會,等.突發性環境污染事故防范與應急研究進展及體系構建 [J]. 安全與環境學報, 2008,8(6):64-70.

[18] 環境保護部.企業突發環境事件風險評估指南(試行) [R]. 北京:環境保護部, 2014.

[19] He G Z, Zhang L, Lu Y L, et al. Managing major chemical accidents in China: towards effective risk information [J]. Journal of Hazardous Materials, 2011,187:171-181.

[20] Zeng W H, Cheng S T. Risk forecasting and evaluating model of environmental pollution accident [J]. Journal of Environmental Sciences, 2005,17(2):263-267.

[21] 鐘振宇.洞庭湖生態健康與安全評價研究 [D]. 中南大學碩士學位論文, 2010.

[22] 王 偉,盧少勇,金相燦,等.洞庭湖沉積物及上覆水體氮的空間分布 [J]. 環境科學與技術, 2010,33(12F):6-10.

[23] 黃 群,姜加虎.近50年來洞庭湖區的內湖變化 [J]. 湖泊科學, 2005,17(3):202-206.

[24] 謝永宏,陳心勝.三峽工程對洞庭湖濕地植被演替的影響 [J].農業現代化研究, 2008,29(6):684-687.

[25] Chang Jiang, Li Jingbao, LU Dianqing, et al. The hydrological effect between Jingjiang River and Dongting Lake during the initial period of Three Gorges Project operation [J]. Journal of Geographical Sciences, 2010,20(5):771-786.

[26] 饒建平,易 敏,符 哲,等.洞庭湖水質變化趨勢的研究 [J]. 岳陽職業技術學院學報, 2011,26(3):53-57.

[27] 鄧 帆,王學雷,厲恩華,等.1993～2010年洞庭湖濕地動態變化[J]. 湖泊科學, 2012,24(4):571-576.

[28] 黃進良.洞庭湖濕地的面積變化與演替 [J]. 地理研究, 1999,18(3):297-303.

[29] 姜加虎,黃 群.洞庭湖區生態環境退化狀況及其原因分析 [J].生態環境, 2004,(2):270-280.

[30] 黃代中,萬 群,李利強,等.洞庭湖近20年水質與富營養化狀態變化 [J]. 環境科學研究, 2013,26(1):27-33.

[31] 韓秀珍,鄭 偉,劉 誠.衛星遙感太湖藍藻水華監測評估及系統建設 [M]. 北京:氣象出版社, 2010.

[32] 王雯雯,王書航,姜 霞,等.洞庭湖沉積物不同形態氮賦存特征及其釋放風險 [J]. 環境科學研究, 2013,26(6):598-605.

[33] 田澤斌,王麗婧,李小寶,等.洞庭湖出入湖污染物通量特征 [J].環境科學研究, 2014,27(9):1008-1015.

[34] 張 維,趙運林,等.基于MODIS數據的2000～2013年洞庭湖水華時空變化研究 [J]. 基金項目學術探討, 2014,1-2:33-35.

Study on the water ecological risk prevention and control technology system of dongting lake.

WANG Sheng-rui1*, ZHANG Rui1, GUO Long-gen2, XU Li-gang3, CHEN Can4, LU Shao-yong1, WANG Xing1(1.State Key Laboratory of Environmental Criteria and Risk Assessment, Chinese Research Academy of Environmental Sciences, Beijing 100012, China；2.Institute of Hydrobiology, Chinese Academy of Sciences, Wuhan 430072, China；3.Nanjing Institute of Geography and Limnology, Chinese Academy of Sciences, Nanjing 210008, China；4.Hunan Research Academy of Environment Sciences, Changsha 410004, China). China Environmental Science, 2017,37(5)：1896～1905

In order to ensure the health and safety of Dongting lake water ecosystem, we must firstly reveal the evolution process and response mechanism of water ecological and eutrophication risk of Dongting lake under the influence of high-intensity human activities and different hydrological rhythm. And then solve two technical difficulties including establishment of the suitable ecological water level and the eutrophication prevention technology of Dongting lake. This study intends to use mathematical statistics, remote sensing quantitative inversion and quantitative interpretation method and analytic hierarchy process method, to determine the connotation of Dongting lake water ecological risk and to establish the roadmap of Dongting lake water ecological risk prevention and control technology. Specifically, four aspects of researches are performed: the integrated technology of ecological effect quantitative assessments and suitable ecological water level under the condition of water drive; the integrated technology of water environment evolution and algae blooms risk control; the integrated technology and demonstration including prevention and control water ecological risk and eutrophication risk. Finally, a rather perfect system of Dongting lake water ecological risk prevention and control technology should be established in order to support the sustainable development of Dongting lake basin.

Dongting Lake；water ecological risk；eutrophication；prevention and control technology system

X524

A

1000-6923(2017)05-1896-10

王圣瑞(1972-),男,內蒙古呼和浩特人,研究員,博士,主要從事湖泊污染過程、富營養化機理與湖泊管理等領域的研究.發表論文150余篇.

2016-10-15

國家科技支撐計劃課題(2014BAC09B02)

* 責任作者, 研究員, wangsr@craes.org.cn