洞庭湖对长江水沙关系的影响及营养盐的补给作用研究

作     者：田盼 

作者单位：三峡大学 

学位级别：硕士

导师姓名：宋林旭;纪道斌;王丽婧

授予年度：2022年

学科分类：08[工学] 0815[工学-水利工程] 

主      题：江湖关系 洞庭湖 长江 水沙关系 营养盐 同位素 

摘      要：目前关于洞庭湖的研究,多聚焦于三峡水库运行下江河对湖的影响,然而河湖的“汇-源关系在不同条件下会相互转换,洞庭湖的水文水质也直接影响着长江水资源战略安全,因此研究洞庭湖对长江的影响,有助于更全面的了解河湖关系,也为洞庭湖和荆江下游的水环境管理提供参考。本文选定洞庭湖区作为研究对象,并以荆江作为对照,分析洞庭湖汇入后荆江下游水文水质的变化特征。通过水位、流量、泥沙等数据,分析洞庭湖出湖对长江水文、水-沙关系的影响;通过环境因子的测定及室内实验,分析营养盐分布特征及其影响因素。另计算营养盐通量并采用同位素示踪法,探究不同时期洞庭湖对长江水量和营养盐的补给作用。主要研究结论如下:(1)通过对水文数据的分析,发现螺山-城陵矶-湘阴水位变化基本一致。枯-涨水期螺山流量主要受城陵矶影响,城陵矶主要受四水的影响;丰-退水期螺山流量主要受荆江影响。洞庭湖的汇入未改变长江干流水位-流量关系,而因丰-退水期长江干流顶托作用增大,城陵矶水位-流量关系紊乱。(2)通过分析水-沙关系,发现(1)城陵矶含沙量在丰水期最低,涨水期最高。枯-涨水期城陵矶含沙量高于荆江,是长江下游主要的泥沙源;丰水期城陵矶含沙量显著低于荆江,对湖口下游泥沙可能起稀释作用,荆江是长江下游主要的泥沙源。(2)荆江流量-含沙量关系中有明显拐点,城陵矶流量-含沙量关系可分为两类(流量10000 m/s),两类含沙量随流量增加而增加的斜率不同,洞庭湖汇入后,湖口下游流量-含沙量关系中无拐点,整体呈线性关系。(3)通过水环境监测和化学分析,发现洞庭湖与长江水体不同时期浊度存在明显差别,电导率小于长江,叶绿素a丰水期对长江起增加作用。长江TP丰-退期枯-涨期,丰水期水质为Ⅴ类,其他时期为Ⅱ～Ⅲ类,四水-城陵矶TP涨水期退-丰水期枯水期,水质处于Ⅱ～Ⅲ类。城陵矶和四水在枯水期整体以TDP为主,其他时期以TPP为主,荆江丰水期以TPP为主,其他时期以TDP为主,受洞庭湖汇入影响,湖口下游各时期均以TPP为主。各水体TN指标水质在Ⅲ～Ⅴ类,COD指标水质为Ⅱ类。TP大小由TPP决定,浊度是影响各水体TP、TPP的主要因子,水库调度、湖区冲刷、采砂活动和长江顶托作用等是影响四水和出湖口浊度的重要因素,自身冲刷和长江上游来沙是影响荆江浊度的主要因素。(4)计算营养盐通量并进行同位素示踪,发现出湖TP、TPP、TN和COD通量均在涨水期最大,枯-涨水期TP出湖通量分别为474g/s和3225.8g/s,分别是监利的1.1和3.6倍,是湖口下游主要贡献源,四水贡献量大于三口;丰-退水期TP出湖通量分别为973.2g/s和977.4g/s,分别是监利的0.11和0.48倍,荆江是湖口下游主要贡献源。上荆江段TDP输移中损耗,而洞庭湖汇入后,监利-螺山段TDP补入(除丰水期外)。TN和COD各时期出湖通量变化范围为8.5×10～25.5×10g/s和34.2×10～67.9×10g/s。同位素示踪表明,出湖口段枯-涨-丰水期氢氧同位素值与四水更接近,退水期与长江更接近,洞庭湖和四水氢氧同位素在各时期均较长江更富集,枯-涨-丰水期出湖水量以湘-资-沅为主,占比约80%,枯-涨水期湘水出湖占比分别占43%和74%,退水期澧水-长江出湖占比约56%,与同位素富集特征较一致。