我国湖滨带水向辐射带范围划定研究——以太湖为例

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湖滨带是陆地生态系统与湖泊水域生态系统之间的生态过渡带,是湖泊不可分割的一部分。作为陆源污染物进入湖泊水体的最后一道保护屏障,湖滨带在削减污染负荷中发挥了极为重要的作用,因而在维持湖泊生态系统稳定和健康状态中起到极为重要的作用。从横向结构来说,湖滨带由陆向辐射带、水位变幅带、陆向辐射带三部分组成。水向辐射带是湖滨带生态系统的重要组成部分,是大型水生植物浮叶植物和沉水植物主要栖居地,是湖滨带中陆域对水域产生影响和作用的区域,由于其特殊的地理位置具有明显的过渡性和复杂性,目前其尚无明确、具科学依据的定量划定方法。基于前人研究,从风浪角度出发,探索了一套定量划定湖滨带水向辐射带的方法,并于太湖完成划定和验证。在两次全太湖湖滨带水向辐射带内水生植物及生境调查的基础上,采用实地调查和数值模拟相结合的研究方法,分湖区对全太湖湖滨带水向辐射带进行定量划定,深入探究影响其划定结果的主要因素。湖滨带水向辐射带的定量划定结果可以有效地为我国湖泊生态空间管控和生态修复做出明确、科学的支撑。(1)太湖湖滨带水向辐射带水生植物多样性及生境因子分析研究于2021年春季、夏季进行太湖湖滨带水向辐射带内水生植物采样和生境调查。将采集植物根据各层片优势种对其进行群落划分并命名,并采用Alpha多样性指数对水生植物群落多样性进行量化和表达。采用典范对应分析等分析方法,对水生植物群落数据和生境理化因子进行分析。水生植物调查结果表明,两次调查共采集水生植物12种,其中浮叶植物3种,沉水植物9种。典范对应分析结果表明溶解氧(DO)浓度、透明度与水深的比值、水深对水生植物分布解释值最大,10个生境影响因子对太湖水生植物存在及分布的总解释值较低,表明可能存在其他影响因素。(2)水生植物耦合的太湖风浪数值模拟研究建立由定常风驱动的太湖风浪模拟模型,应用莆田公式完成率定验证。考虑到湖滨带水向辐射带中存在大型水生植物分布及其具有的消波缓流特性,结合经验公式和数学表达,完成水生植物耦合的太湖风浪数值模拟。结合样线和样点的布设,计算其有效波高,定量探究水生植物耦合前后对波高衰减的影响。率定验证结果表明,不同风驱动工况下数值模拟结果和莆田公式计算结果间的R.bias和RMSE平均值分别为0.0331和0.0075,表明MIKE21 SW能较为准确地模拟太湖风浪场;波高衰减率计算结果表明,西风驱动工况下样线内样点波高衰减率范围为-0.19%~23.37%,东风驱动工况下样线内样点波高衰减率范围为-0.08%~8.89%,较高的波高衰减率表明在近岸风浪数值模拟过程中考虑水生植物的必要性。(3)太湖湖滨带水向辐射带范围定量划定研究根据水向辐射带定义,水向辐射带边界是陆地生态系统对水域生态系统影响的边界点。类比海岸带结构,以相对波高(有效波高和水深比值,下同)关于岸线距离函数的切线斜率突变点为判定依据,形成一套湖滨带水向辐射带定量划定方法。基于海岸动力学理论,改变可能影响划定结果的全部要素发现风驱动要素、水深、植物要素均对划定结果影响较小。太湖26条样线的划定结果为701~2155m。结合全部样线布设和划定结果,太湖湖滨带水向辐射带宽度为约1~2 km。结合水向辐射带定义,从风浪角度出发,本研究确立了一种切实可行的水向辐射带定量划定方法。
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