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良好的生态环境是区域可持续发展的关键因素,已成为社会经济协调发展的基本要求。近五十年来,太湖流域人类活动剧烈,湖泊生态环境问题突出,尤其是湖泊水域面积急剧减少,水质明显恶化。湖泊环境变化的研究对于深入了解湖泊环境的演变过程、湖泊生态环境的治理和保护以及区域经济的可持续发展具有十分重要的意义。
本研究选取湖泊沉积资料、湖泊开发的历史文献资料、区域社会经济统计数据、地形图、卫星影像等多种资料,在总结国内外相关研究的基础上,综合运用自然地理学、地图学、遥感与地理信息系统、湿地生态学、可持续发展理论等多学科知识,采用定性与定量相结合的方法,研究太湖流域主要湖泊的环境变化。采用历史文献资料和沉积资料对不同历史时期的湖泊开发利用及其影响和变化进行定性研究;利用遥感与地理信息系统技术,结合野外调查,对近50年来的主要湖泊水域面积和岸线变化进行定量研究,阐明了太湖流域土地利用、城市化、工业化、人口增长及人类活动强烈干扰下湖泊数量、湖泊面积和湖泊岸线的变化过程,剖析了湖泊环境演化的驱动因子,并提出区域经济发展和湖泊环境保护协调、湖泊资源合理利用的可持续发展对策。
论文的主要结论如下:
1.近五十年来,流域主要湖泊生态环境的急剧变化与流域内强烈的人类活动具有直接关系。流域湖泊的生态环境问题日益突出,主要表现为水域面积急剧减少,水质明显下降、底质污染严重、湖泊生态系统与生物资源破坏、洪涝灾害加剧。造成湖泊生态环境问题的自然因素,主要有平缓的流域地势、亚热带季风气候、湖泊淤积等;其人为因素,诸如围湖利用、污水排放、过量使用农药化肥、滥捕水产品等加剧了湖泊生态环境问题。环保意识落后、治理能力不足、管理体制不合理是太湖流域湖泊目前生态环境恶化的根本原因。通过研究表明,1956-2003年期间,由于围湖利用,湖荡水域面积比建国初期的面积减少了530.91km2,年均湖荡水域面积减少11.06km2,其中主要湖泊的水域面积减少了381.12km2,尤其是20世纪50年代至70年代,湖泊面积急剧减少,变化显著。近五十年来太湖水体的水质大约每10~15年下降一个级别,尤其是20世纪80年代以来,太湖水体的生态环境发生了明显变化,2000年太湖IV类水体占85%,83.5%的水域呈富营养化水平。
2.常规的环境监测技术难以获取整体湖泊的环境变化信息。遥感(RS)和地理信息系统(GIS)技术的发展,为揭示湖泊环境的变化及其影响创造了条件,特别是随着高空间分辨率和时间分辨率遥感数据的出现,使得RS和GIS技术从整体上研究湖泊环境变化成为现实。通过对太湖湖区典型地物的TM影像多光谱波段值的对比分析表明,水体的光谱值总体上随着波段序号的增加呈下降趋势;采用谱间关系法所提取的湖泊等水体的轮廓与目视判读的一致,并且提取的水体较为准确,具有较大的优势。
3.利用太湖的水位高程数据及其水域面积数据,经过统计分析,建立了水位高程-水域面积之间的数学模型S=156.1H3-1332.9H2+3861.3H-1484.5(0.5<=H<=3.0m),其相关系数为0.9951。在TM影像上提取水体的水域面积值,并对该数学模型进行验证,两者的差值与数学模型计算值的百分比小于1.0%,为利用遥感技术监控太湖的水情空间动态变化提供了可行的方法和手段。
4.对流域主要湖泊分布的分形维数的研究表明,两个时期太湖流域湖泊分布的分形特征均不明显;对主要湖泊岸线形态变化的研究表明,岸线计盒维数(SBD)比湖泊形态系数(KT)和岸线发育系数(DL)描述湖泊岸线形态变化更加有效,太湖流域主要湖泊的岸线具有自相似性;对四个时期主要湖泊岸线计盒维数的研究表明,近五十年来太湖流域湖泊岸线的几何形状趋于简单,岸线的形状复杂程度已下降;从两个时期基于湖泊周长对数与面积对数的关系中得出的分形维数也表明,太湖流域主要湖泊的岸线稳定程度已降低,反映出近五十年来人类经济活动对流域湖泊岸线的干扰程度加大。