洞庭湖水环境演变规律及水文调控机制

湖泊污染在全球造成许多严重的生态问题,准确掌握湖泊水质时空变化特征及关键驱动因子是湖泊水质管理的关键。然而,当前研究多集中在闭口湖,通江湖泊水文周期性强、水环境复杂,其水质时空动态及影响因子尚不明确,特别是受人类活动影响较大的通江湖泊。本研究以洞庭湖为实验对象,整合1991-2018 年洞庭湖水文水质数据,利用Mann-Kendall方法和自组织神经网络(SOM)对洞庭湖水质进行综合评价及趋势分析。利用灰度分析、冗余分析等方法分析洞庭湖水质时空动态、关键影响因子和三峡运行前后水质差异。结果表明,洞庭湖TN和BOD5 浓度在研究期间显著增加(|Z|≥1.96),TP浓度在三峡运行后逐年降低。TN浓度空间差异显著,东洞庭湖最高,南洞庭湖次之,西洞庭湖最低;总磷则无显著差异。三峡运行后洞庭湖水质参数的突变点数量多于三峡运行前,水质风险增加。SOM将洞庭湖水质分为四类,三峡前洞庭湖水质好于三峡后。研究期间,TN 和TP 均处于Ⅳ-Ⅴ级之间,不符合饮用水Ⅲ级标准。外源养分输入是影响洞庭湖水质的主要因素。“四水”对洞庭湖水体养分的贡献度远大于“三口”,其总氮、总磷输入量分别占入湖总量的 89.94-92.25%和 74.10-75.85%。三峡大坝运行后,“三口”对洞庭湖水质的影响减弱。外源养分输入和水文状况变化是影响洞庭湖水质的主要因素,二者共同调节洞庭湖水质时空变化。控制入湖河流污染物排放,合理调节湖泊水文状况是改善洞庭湖水质的关键因素。