湖泊富营养化驱动机制的反演和模拟研究

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1、第一课题报告湖泊富营养化驱动机制的反演和模拟研究中国科学院南京地理与湖泊研究所中国环境科学研究院2003－09－23国家973项目《湖泊富营养化过程与蓝藻水华暴发机理研究》根据项目整体要求，本课题设计目标为反演历史时期典型湖泊营养水平的自然演化过程（地湖所）研究人类经济活动对水环境的影响及反馈机制（地湖所）在实验条件下研究湖泊富营养化过程中的关键驱动因子（环科院）建立阐释富营养演化过程和趋势的模型（环科院）课题研究工作进展2003年下半年研究工作计划一、反演历史时期典型湖泊营养水平的自然演化过程长江中下游典型

2、湖泊（太湖、龙感湖、洪湖）和10~15个面上湖泊野外调查，建立湖泊水体和沉积营养本底、钻孔分析资料数据系统，确定指标体系定量研究人类经济活动对湖泊富营养化的影响；建立100年来湖泊富营养化自然与人为影响下的变化序列初步完成相关湖泊（约45个不同营养类型湖泊）湖泊水样、沉积物及部分植物样品的采集；完成太湖、巢湖、龙感湖同位素样品系统采集（配合中国科学院长江项目）。目前共计采集水样230个、沉积物表层样70个、植物样20个。室内工作已完成所采样品的预处理工作；获得2003年夏季、秋季水化学资料；硅藻、δ18O、δ13C

3、及δ15N正在进行中。面上湖泊调查研究－湖泊营养水平和沉积物代用指标关系典型湖泊沉积物钻取及分析野外钻取了太湖、洪湖不同污染部位，沉积物短柱岩芯，获得了沉积物样品沉积物样品已经分送有关实验室测试（包括沉积物定年、各类元素、重金属富集形态、Pb同位素比值等等）二、人类经济活动对水环境的影响及反馈机制在太湖西苕溪流域，使用英国Bartington磁化率仪进行野外磁化率实地测试，共获取390个野外数据，对野外不同地质对象的磁化率背景值，重金属污染的分布范围、污染程度等，均有一定的初步认识。下半年将进一步采集土壤、湖泊沉积

4、物、植物等标本，用于实验室进一步地球物理、地球化学等指标的分析。收集流域各种社会经济资料；研究流域人类活动－污染元素迁移－湖泊沉积物营养环境代用指标之间的定量转换关系。历史资料收集整理系统收集了1950年以来长江中游洪湖地区人类活动、水文、水系变迁、植被变化、地形地貌及湖泊水质等统计资料和不同时期卫星影像图；收集了太湖流域的有关文献资料；下半年继续收集资料，并开展流域历史资料和湖泊沉积钻孔分析结果的比较，运用各种统计方法，判定驱动湖泊营养环境变化的主控因子。流域气候－水文－营养盐耦合系统模拟模拟不同时段人与自然影响

5、下湖泊营养环境变化和百年来典型湖泊水环境变化空间特征，诊断主控因子以及变化规律搜集了太湖流域有关水文、植被、土壤、营养盐状况等基础地理信息。根据太湖流域实际情况进行了水文－营养盐模型的调试工作。进行了高精度、非静力平衡的区域气候模式的调试工作，现已能进行较长时间的稳定运算。下阶段数值模拟将进行的工作：进行水文－营养盐模型的调试，并用有关观测资料对模型中有关参数进行率定，以提高对研究流域水文、营养盐状况的模拟。补充搜集研究流域的地理信息状况，尤其是近100年来有关地理信息状况的变化情况，以作为流域营养化状况演变的驱动

6、因子。利用全球气候模式模拟的近100年气候状况及观测的下垫面变化状况来驱动区域气候模式，得到高精度的研究流域气候变化状况，并以此驱动流域水文－营养盐模型来研究流域富营养化演变的机理。湖泊营养状态重建及主控因子分析沉积学地球生物硅藻营养盐指标氮、磷、叶绿素重金属Pb、Cd、As、Zn、Cu、Ni、Co、Cr、V、Pb、Hg、Bi磁学磁性矿物,磁化率,剩磁多指标综合分析湖泊富营养化100年变化序列及主控因子数据库沉积营养盐C、N、P同位素δ13C、δ15N、δ18O文献资料地球化学社会经济状况资料区域气候-水文-营养盐

7、数值模拟及营养驱动机制研究全球气候模式区域气候模式流域气候要素观测的现代气候、水文、营养物状况资料集时间连续的分布式水文-营养盐模型高分辨率的流域地形、地貌、土壤、土地利用等信息DEM、土地利用、土壤分类等数字化格点模型确定流域范围及物理/化学参数、子流域、水文响应单元、水流向、河湖网、水库、源排放及水文/气象站位置点源排放量、化肥、农药、杀虫剂使用量及其他污染物释放量计算N、P等营养物的产生、转化、输移计算地表/地下径流、侧流、蒸散发、汇流流域营养状况流域水文状况典型流域营养演化的动力机制及驱动因子Downsca

8、ling参数率定GIS转换InputSetLoad三、湖泊富营养化进程的模拟研究通过人工控制环境条件，如营养盐浓度N、P等，模拟湖泊典型的营养阶段及其发展过程，并分析湖泊在由贫-中-富营养状态发展过程中藻类优势种的演替，确定湖泊富营养化进程中的关键因子。三.典型浅水湖泊富营养化进程及蓝藻水华发的模拟通过人工控制环境条件，如营养盐浓度N、P等，在实验室内模拟湖