洞庭湖水生态风险防控技术体系研究

中国环境科学2017,37(5)：1896~1905ChinaEnvironmentalScience洞庭湖水生态风险防控技术体系研究王圣瑞1*,张蕊1,过龙根2,徐力刚3,陈灿4,卢少勇1,汪星1(1.中国环境科学研究院,环境基准与风险评估国家重点实验室,北京100012；2.中国科学院水生生物研究所,湖北武汉430072；3.中国科学院南京地理与湖泊研究所,江苏南京210008；4.湖南省环境保护科学研究院,湖南长沙410004)摘要：为保障洞庭湖水生态系统健康安全,急需回答洞庭湖水生态风险和富营养化演变与流域人类活动及不同水文节律驱动间的响应机制这一科学问题,解决确定洞庭湖适宜生态水位和防治富营养化两个技术难点.本研究拟运用数理统计法、遥感定量反演和定量解译法及层次分析法等方法,确定洞庭湖水生态风险的内涵,提出洞庭湖水生态风险防控技术路线,开展水情驱动条件下洞庭湖生态效应定量评估技术集成与适宜生态水位、水环境演变与藻类水华风险控制技术集成、水生态风险及其防控集成技术构建和水体富营养化防治技术集成与示范等四个方面的研究,建立洞庭湖水生态风险防控技术体系,支撑洞庭湖流域可持续发展.关键词：洞庭湖；水生态风险；富营养化；防控技术体系中图分类号：X524文献标识码：A文章编号：1000-6923(2017)05-1896-10Studyonthewaterecologicalriskpreventionandcontroltechnologysystemofdongtinglake.WANGSheng-rui1*,ZHANGRui1,GUOLong-gen2,XULi-gang3,CHENCan4,LUShao-yong1,WANGXing1(1.StateKeyLaboratoryofEnvironmentalCriteriaandRiskAssessment,ChineseResearchAcademyofEnvironmentalSciences,Beijing100012,China；2.InstituteofHydrobiology,ChineseAcademyofSciences,Wuhan430072,China；3.NanjingInstituteofGeographyandLimnology,ChineseAcademyofSciences,Nanjing210008,China；4.HunanResearchAcademyofEnvironmentSciences,Changsha410004,China).ChinaEnvironmentalScience,2017,37(5)：1896~1905Abstract：InordertoensurethehealthandsafetyofDongtinglakewaterecosystem,wemustfirstlyrevealtheevolutionprocessandresponsemechanismofwaterecologicalandeutrophicationriskofDongtinglakeundertheinfluenceofhigh-intensityhumanactivitiesanddifferenthydrologicalrhythm.AndthensolvetwotechnicaldifficultiesincludingestablishmentofthesuitableecologicalwaterlevelandtheeutrophicationpreventiontechnologyofDongtinglake.Thisstudyintendstousemathematicalstatistics,remotesensingquantitativeinversionandquantitativeinterpretationmethodandanalytichierarchyprocessmethod,todeterminetheconnotationofDongtinglakewaterecologicalriskandtoestablishtheroadmapofDongtinglakewaterecologicalriskpreventionandcontroltechnology.Specifically,fouraspectsofresearchesareperformed:theintegratedtechnologyofecologicaleffectquantitativeassessmentsandsuitableecologicalwaterlevelundertheconditionofwaterdrive;theintegratedtechnologyofwaterenvironmentevolutionandalgaebloomsriskcontrol;theintegratedtechnologyanddemonstrationincludingpreventionandcontrolwaterecologicalriskandeutrophicationrisk.Finally,aratherperfectsystemofDongtinglakewaterecologicalriskpreventionandcontroltechnologyshouldbeestablishedinordertosupportthesustainabledevelopmentofDongtinglakebasin.Keywords：DongtingLake；waterecologicalrisk；eutrophication；preventionandcontroltechnologysystem洞庭湖是长江重要调蓄湖泊和国际重要湿地,也是濒危珍稀物种的主要栖息地,拥有国家一级保护动物13种,每年越冬候鸟逾15万只,包括珍稀濒危物种中华鲟、江豚、白鳍豚、白鹤、白头鹤、东方白鹳、黑鹳等,以及全球种群70%以上的小白额雁;且其在支撑长江流域生态安全、水安全和国家粮食安全方面发挥着重要作用[1-3].近年来伴随着流域社会经济快速发展及受江湖关系、气候变化和人类活动等影响,洞庭湖水生态风险问题日益突出,水质下降明显,富营养化形势严峻,部分湖区偶现蓝藻水华;渔业资源退化严收稿日期：2016-10-15基金项目：国家科技支撑计划课题(2014BAC09B02)*责任作者,研究员,[e-mail]5期王圣瑞等：洞庭湖水生态风险防控技术体系研究1897重,不仅捕捞产量下降,江湖洄游鱼类比例显著下降,且鱼类小型化、低龄化与低质化趋势明显[4-5].目前国内外学者针对湖泊生态风险的研究,大多集中在评价方面[6-10],但是针对防控方面的研究却较少,其中针对湖泊水生态风险评估、预警、应急处理及水生态风险管理等方面的研究更是鲜见报道[11-14],且已有研究主要集中在环境事故的风险评估和应急处理等方面[15-20].受水生态退化和社会经济发展压力等影响,洞庭湖生态安全水平逐年降低,已从上世纪80年代的非常安全水平下降到2008年以来的一般安全水平[21].特别是近年来,受水文节律变化和入湖污染负荷增加等影响,洞庭湖出现了水质下降,藻类水华风险增加,渔业资源衰退,富营养化趋势明显及流域经济社会发展与湖泊保护间矛盾突出等水生态风险问题,已成为危及洞庭湖生态安全和制约区域经济社会发展的重大问题.本研究试图通过构建洞庭湖水生态风险防控与水体富营养化控制集成技术体系为保障洞庭湖水生态系统健康安全提供技术支撑.1数据来源本研究采用的数据主要有两部分,一部分数据来自常规监测,由湖南监测站提供;一部分数据通过查阅文献、年鉴及相关的资料获得(具体数据来源详见图表注释).2结果分析与讨论本文首先是要识别洞庭湖水生态风险,再从三个层次四个方面研究建立洞庭湖水生态风险防控技术体系.即第一层次针对洞庭湖水生态过程的辨析,探讨不同水情驱动条件下的洞庭湖生态效应定量评估技术集成与适宜生态水位,开展洞庭湖水环境演变与藻类水华风险控制技术集成;第二层次针对洞庭湖水生态风险与防控集成技术,确定洞庭湖水生态风险表征指标体系,集成洞庭湖水生态风险防控技术,构建洞庭湖水生态风险防控集成技术.第三层次针对洞庭湖水体富营养化风险,保障湖泊水生态安全,评估洞庭湖水体营养状态,集成适用于洞庭湖的典型水体富营养化防治综合技术,并开展技术示范.通过确定其研究内容及技术途径,形成洞庭湖水生态风险防控技术体系研究的技术路线,建立洞庭湖水生态风险防控技术体系.2.1洞庭湖水生态风险的内涵目前洞庭湖面临氮磷浓度升高,局部水域藻类水华面积和次数增加,富营养化趋势加重;湿地植被退化,且从高滩向低滩推移,候鸟栖息地生境受威胁;特种鱼类减少或基本灭绝,生物多样性下降等生态环境问题[22-25];以上问题导致洞庭湖生态系统进一步退化的风险较大,其中水质下降、湿地退化与藻类水华风险最受关注.2.1.1水质下降风险洞庭湖水质总体呈下降趋势(图1),多数指标能满足II-III类标准,影响水质的主要指标是总氮和总磷.其中劣于III类的水质比例呈逐年增加,而I-III类水质比例逐年降低,至2006年之后已无I-III类水,2011年之后水质则以V类、劣V类为主.01020304050607080901001101998199920002001200320042005200620072008200920102011201220132014年份百分比(%)I-III类IV类V类劣V类图1洞庭湖历年水质类别比例变化趋势Fig.1ThetrendoftheproportionofwaterqualitycategoryinDongtingLakeovertheyears1998~2010年数据来源于文献[26],2011~2014年数据来源于湖南省监测站伴随社会经济快速发展,流域污染物排放量不断增加.2006~2011年期间,洞庭湖流域湖南省污水排放量(仅统计工业和生活)平均每年以约0.6×108t的速度递增,化学需氧量排放量平均每年以约3.125×104t的速度递减,氨氮排放量平均每年以约0.625×104t的速度递减.2011年滨湖区1898中国环境科学37卷进入洞庭湖的CODMn、氨氮、总磷和总氮负荷分别为30.01万t/a、10.50万t/a、2.62万t/a和15.34万t/a,农业源是入湖TN、TP和CODMn的主要来源,分别占CODMn、氨氮、总磷、总氮入湖总量的59.1%、74.8%、68.8%和75.8%(表1).随湖区经济社会进一步发展,人口与工业企业增加及城镇规模化扩张等可能导致水质进一步下降是洞庭湖保护面临的首要问题.表1洞庭湖流域污染负荷排放量Table1SummaryofpollutantemissionsfromDongtingLake污染物排放量污染源TN(t)TN(%)TP(t)TP(%)工业污染26283.67.91752.23.1城镇生活44581.516.04127.98.7农村生活25731.85.01617.41.9畜禽养殖75985.59.91211.30.9农田径流297800.332.953017.038.2网箱养殖48184.628.313767.047.3合计518567.2100.075492.8100.0注:数据来源于《城陵矶综合枢纽对洞庭湖水质的影响及对策研究》.2.1.2湿地退化风险洞庭湖湿地具有调蓄洪水、调节气候、污染净化、贮蓄水源、维持区域生物多样性与生态平衡等多种生态功能,是我国乃至世界重要的冬候鸟越冬地和迁徙鸟类栖息地.由于过度开发和利用等造成洞庭湖面临湿地面积持续萎缩、生态功能持续退化、水污染加重等生态环境问题[27-28].目前,洞庭湖天然湖泊面积2625km2,仅为1825年(6200km2)的42.34%,调蓄