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浅水湖泊中通常具有两种典型状态,即以沉水植物为主的清水稳态及以浮游藻类为主的浊水稳态,而营养盐负荷增加则会导致湖泊结构和功能发生改变,促使湖泊由清水稳态向浊水稳态转换,引起湖泊水质退化。本文从稳态转换角度出发,以寒旱区典型的浅水湖泊乌梁素海为研究区,基于水文、气象、水质等监测数据,利用IPH-ECO模型,模拟水体中TP、TN、Chla等富营养化参数的动态变化过程,分析营养物质增减对湖泊生态系统的影响,判定稳态转换阈值并深入探讨其影响因素,研究结果可为湖泊保护提供预警参考。主要结论如下:(1)IPH-ECO模型几何文件的建立。基于乌梁素海2013-2014年的水文、气象、水质数据及遥感影像,为IPH-ECO模型的构建提供初始条件、边界条件和外部环境条件,继而借助ArcGIS及IDRISI软件,提取了乌梁素海的物理特征,创建了 Mask、Bathymetry、Roughness、Wetland 和 Wind Stress Reduction栅格图,完成了 IPH-ECO模型中几何文件的建立。(2)IPH-ECO模型参数敏感性分析。IPH-ECO模型参数众多,先采用参数扩增法粗选敏感性参数,继而利用全局敏感性参数分析方法Morris法筛选出对TP、TN、Chla结果有影响的25个参数,进而采用EFAST法验证Morris法筛选出的21个敏感性参数的有效性,最终遴选出对TP、TN、Chla结果共同敏感的9个参数进行率定,确定出参数变动范围。这些参数多与藻类的生长、代谢相关,主要包括:无机物沉降速率(cVSetIM)、生物扰动作用(cTurbDifNut)、绿藻的最大生长速率(cMumaxGren)、硅藻的最大生长速率(cMumaxDiat)、绿藻的呼吸速率(kDRespGren)、硅藻的呼吸速率(kDRespDiat)、蓝藻磷吸附量(cAffPUptBlue)、浮游动物的滤除率(hFilt)、浮游动物的最大滤除率(cFiltMax)等。(3)乌梁素海TP、TN、Chla浓度时空动态变化研究。通过参数率定,构建适用于乌梁素海的IPH-ECO模型,选取2013年7月、8月、10月、2014年1月TP、TN、Chla实测数据进行校准,模拟结果较好,误差均小于20%,但冬季的水质浓度模拟结果误差较大;选取2014年6-8月实验数据进行验证,验证期平均相对误差亦均小于20%。从时间上来看,TP、TN浓度在6月份达到峰值,7、8月份下降,而Chla浓度变化与之相反;空间上来看,表现为北部污染重于南部,入湖口污染重于湖中心及出口的趋势。(4)不同入湖营养盐浓度情景下TP、TN、Chla浓度变化趋势分析。当入湖营养盐浓度减半时,TP、TN、Chla浓度平均值分别下降28.63%、22.02%、14.88%;当入湖营养盐浓度翻倍时,TP、TN、Chla平均浓度则分别增加89.03%、85.51%、83.15%,入湖营养盐浓度翻倍对水体中营养盐浓度的影响程度远远高于入湖营养盐浓度减半的影响程度,可见外源性营养负荷输入控制对于湖泊水质保护的重要作用。(5)乌梁素海稳态转换阈值及其影响因素。由2013-2014年水质数据综合分析结果可知,所有监测点中处于浊水状态的约占10%。通过计算乌梁素海由清水稳态向浊水稳态转换的磷负荷阈值约为4.41mg/(m2·d),恢复到清水稳态时则需将磷负荷降低到2.09mg/(m2.d)以下,气候、水文、鱼类及水生植物均会对乌梁素海的稳态转换产生影响。