三峡工程蓄水对洞庭湖水环境质量特征的影响

地理研究GEOGRAPHICALRESEARCH第32卷第11期2013年11月Vol.32,No.11Nov.,2013收稿日期：2013-03-06;修订日期：2013-07-15基金项目：国家自然科学基金项目（41271294，40971170）；教育部新世纪人才资助项目（NCET-09-330）和湖南省自然科学基金项目（11JJ3041）作者简介：李忠武（1972-），男，湖南望城人，博士，教授，主要从事环境信息系统研究。E-mail:lizw@hnu.edu.cn2021-2030页三峡工程蓄水对洞庭湖水环境质量特征的影响李忠武1,2，赵新娜1,2，谢更新3，袁敏1,2，姜燕松1,2（1.湖南大学环境科学与工程学院，长沙410082；2.湖南大学环境生物与控制教育部重点实验室，长沙410082；3.重庆大学资源与环境学院，重庆400044）摘要：三峡工程的运行给洞庭湖水环境质量造成了直接或间接的影响。本研究运用主成分分析法筛选了水质污染指标，采用基于超标权重的综合水质标识指数法对洞庭湖水质进行了评价，并重点分析了三峡工程蓄水后洞庭湖水环境质量变化特征。主成分分析结果表明，影响洞庭湖水环境质量的主要污染指标为总氮和总磷；典型断面综合水质标识指数评价结果表明，三峡工程的运行对洞庭湖水环境质量变化有一定影响，各典型断面多年综合污染指数高于三峡工程建设前，表现为2003年前水质多以Ⅲ类为主，2003年后以Ⅳ类为主；ArcGIS支持下的洞庭湖水环境质量时空分析表明，三峡工程运行后，洞庭湖水环境污染格局发生变化，表现为局部污染区域发生转移，东洞庭湖及洞庭湖出口污染最重。关键词：三峡工程；水环境质量；主成分分析法；水质标识指数法；洞庭湖DOI:10.11821/dlyj2013110051引言三峡工程是目前世界上的重大水利工程之一。其于2003年6月开始蓄水运行，到2010年10月成功蓄水到175米，在防洪和发电方面发挥了非常重要的作用。洞庭湖作为长江中下游重要的“江河吞吐器”和国际重要的湿地保护区，在维系区域生态平衡中具有决定性的作用。因此，三峡工程建设对洞庭湖生态环境的影响成为当前洞庭湖研究的重点[1-3]，且从三峡工程立项之初就一直是学术界关注的热点问题[4-6]。目前相关的研究主要集中在三峡工程对洞庭湖湿地生态、水文、泥沙变化、防洪作用等方面。其中谢永弘等[7]研究了三峡工程运行对洞庭湖湿地植被演替的影响，认为今后应加强湿地植被生态过程及功能、湿地植被演替的调控机理研究，同时应重视洞庭湖自身的地质演化；顾庆福等[8]采用大湖演算模型对洞庭湖区3种不同来水组合的典型洪水进行了分析研究，认为三峡工程建成后还不能完全解除洞庭湖区的洪水威胁；姜加虎等[9]利用河流动力学SaintVenant模型预测了三峡工程对长江城陵矶站水位影响，结果表明，在枯水期三峡水库增加下泄流量的调度运行可抬高城陵矶的水位，在丰水期减少下泄流量的调度运行，可缓解汛期防洪的紧张状况。然而，针对三峡工程建成前后洞庭湖水环境质量特征变化的研究涉及不多，目前只有万群等[10]开展了初步研究。鉴于三峡工程运行所带来的各种生态环境效应逐渐凸显，全面、深入探索三峡工程蓄水前后洞庭湖水环境污染时空变异规律等研究工作亟待开展。32卷地理研究水环境质量评价是环境质量评价的主要内容，其为水资源合理开发利用和水体污染综合防治提供了科学依据。目前常用的方法包括单因子评价法[11]，灰色系统理论法[12]，人工神经网络法[13]，模糊数学法[14]，主成分分析法[15]，综合水质标识指数法[16]等，其中综合水质标识指数法不仅可以完整地表明水质评价指标标准的类别，还可以较好地体现水功能区目标等信息，已经在水环境质量评价中得到了广泛应用。本研究采用主成分分析法和基于超标权重的综合水质标识指数评价方法，针对三峡工程蓄水前后洞庭湖水环境质量的变化，开展三峡工程建设对洞庭湖水环境质量特征影响的研究。研究结果对于深入认识三峡工程建设对洞庭湖生态环境的影响，进而采取合理的治理措施具有重要意义。2研究区概况及数据处理2.1研究区概况洞庭湖（28°30′-30°20′N，110°40′-113°10′E）位于湖南省北部，长江荆江河段以南，是中国第二大淡水湖（图1）。天然湖泊面积为2625km2，湖区内湖泊、河道纵横,洲滩广泛发育,水草广布,具有典型的湿地特征[17]。洞庭湖南接湘、资、沅、澧四水，北连长江，通过松滋、太平、藕池“三口”吞纳长江洪水，是过水性吞吐型湖泊。由于泥沙淤积严重与历史上围湖遗垸的原因，洞庭湖已分割为东洞庭湖、南洞庭湖与西洞庭湖三部分。2.3数据来源本研究中的水质数据由洞庭湖环境监测站提供。各项水质指标按照地表水环境质量标准(GB3838—2002)中的基本项目分析方法进行测定。