2002-2018年滇池蓝藻水华时空演变趋势及引水工程生态环境效果评估

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滇池古称滇南泽,又名昆明湖,是云南省面积最大的高原淡水湖,有着“高原明珠”的美称,对昆明市社会经济可持续发展起着至关重要的作用。近年来,由于人类活动的加剧,滇池外源污染负荷增加,水质恶化,加之滇池独特的地理特性和气候条件有助于藻类的生长繁殖,使得蓝藻水华事件频发,给滇池水生态系统带来严重危害。为有效防控蓝藻水华,必须对水华及其环境因子进行长期连续监测,掌握蓝藻水华时空分布特征,并识别驱动水华暴发的因子,构建三维水动力生态模型,对水华进行不同时间尺度上的预测。因缺乏滇池入湖河道的逐日流量数据,故基于一维水动力模型(DYRESM)和课题组开发的水量补偿法,对滇池2007—2020年入湖水量进行了估算。基于卫星遥感影像,分析了滇池2002—2018年的蓝藻水华时空分布特征,识别了驱动水华暴发的单因子和联合因子。利用三维水动力生态模型(AEM3D),模拟了滇中引水工程对滇池水质水华的可能影响。主要结论如下:(1)2007—2020年,逐日模拟水位与逐日实测水位间均方根误差(RMSE)为0.0072 m,相关系数(r)为0.99(n=5114),年总入湖水量与年总降水量拟合相关系数(r)为0.62(n=14)。利用2012年1月—2014年12月外海逐月表层水温(WT)、溶解氧(DO)、叶绿素a(Chl-a)、总氮(TN)、氨氮(NH3-N)和总磷(TP)监测数据,对构建的滇池AEM3D模型进行了参数率定,并用2015年1—12月的实测水质数据进行了校验,率定期和验证期间,模型均能很好地反映滇池外海表层(0.5 m)WT、NH3-N和TP的变化规律,这些指标的模拟值和实测值r均在0.6以上。(2)基于2002—2018年卫星遥感影像反演的水华信息,分析发现滇池外海年平均水华面积比例呈下降趋势,水华严重程度(水华面积与区域面积比值)由北向南逐渐减轻。在外海北部,东部水华较西部更为严重,而在中部和南部,东西各区域中水华严重程度呈现相反的分布模式。通过线性(斯皮尔曼相关分析法和多元逐步线性回归法)和非线性统计模型(随机森林和冗余分析法),对影响蓝藻水华暴发的驱动因子进行了识别,结果表明气象因子(风速、日照时长)为滇池外海蓝藻水华暴发的主要影响因素,其中风速的贡献率最大,水质(水温)因子次之。在外海“北中南”三个区域,水力滞留时间(WRT)与水华面积均呈显著正相关,WRT在空间上由北向南逐渐增大,风速和风向是影响蓝藻水华空间分布规律和严重程度的主要因素。(3)利用AEM3D模型,对“滇中引水”工程进行了环境效果评估,三种引水情景下(丰、平、枯水平年,年总引水量分别为2.98、4.45和2.23亿m3),丰、平、枯三种引水情景较基准情景(未引水),全湖表层TN改善率分别为3.03%、3.44%、0.71%,TP改善率分别为9.37%、9.89%、5.10%,外海三个区域的水质水华改善效果呈“平>丰>枯”的特征。
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