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0.4983/Ⅲ+0.5017/Ⅱ，0.7962/Ⅲ+0.2038/Ⅱ。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(Ratio flow deviation)分析了由人类活动和气候变化引起的水文变异，以AAPFD(Amended annual proportional flow deviation)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。

目录

声明

摘要

插图索引

附表索引

第1章 绪论

1．1 研究背景及意义

1．1．1 研究背景

1．1．2 研究意义

1．2 水资源概述

1．2．1 水资源的形成

1．2．2 水资源的特性

1．2．3 中国水资源的时空分布特征

1．3 国内外研究进展

1．3．1 水质评价研究进展

1．3．2 生态需水量研究进展

1．4 课题研究内容与技术路线

1．4．1 课题研究内容

1．4．2 课题研究路线

1．4．3 研究的创新性

第2章 洞庭湖概况

2．1 洞庭湖流域江湖关系概述

2．2 洞庭湖的重要地位

2．2．1 洞庭湖的防洪功能

2．2．2 洞庭湖的生态功能

2．2．3 洞庭湖的经济功能

2．3 洞庭湖的水质变化情况

2．4 洞庭湖的水量变化情况

2．5 小结

第3章 基于三角模糊数的贝叶斯水质评价

3．1 研究目的

3．2 研究材料与方法

3．2．1 数据来源

3．2．2 研究方法

3．3 结果与分析

3．3．1 评价因子浓度的三角模糊化

3．3．2 后验概率的确定

3．3．3 评价结果与分析

3．4 洞庭湖水质污染来源辨析

3．5 小结

第4章 基于水文指数的洞庭湖生态可接受水位

4．1 研究目的

4．2 研究材料与方法

4．2．1 数据来源

4．2．2 研究方法

4．3 结果与分析

4．3．1 洞庭湖水位序列变异分析

4．3．2 洞庭湖水位序列概率分布函数拟合

4．3．3 洞庭湖生态可接受水位的确定

4．4 讨论

4．5 小结

第5章 洞庭湖流域的综合治理研究

5．1 洞庭湖流域面临的主要问题

5．2 洞庭湖流域综合治理措施

5．3 洞庭湖流域综合治理的建议

5．3．1 水质污染治理建议

5．3．2 水量控制建议

5．4 小结

结论

参考文献

致谢

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