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1、洞庭湖水环境调查报告摘要：采用经典的 Mann-Kendall 非参数统计检测方法对洞庭湖湿地 19912009 年的水环境重要参数进行了变化趋势分析。 结果表明，电导率、COD、BOD5、总氮、总磷、悬浮物呈显著上升趋势，色度、大肠杆菌、硝态氮、铵态氮呈不显著上升趋势， 溶解氧呈显著降低趋势，pH、透明度呈不显著降低趋势。可见，洞庭湖湿地水质在逐步下降。突变趋势中，各参数突变时期及 次数存在明显差别。除色度有1突变点位于显著信度线(p=0.05)与极显著信度线(p=0.01)之间，其余参数突变点均位于显著信 度线之间。以色度和悬浮物突变最频繁，总氮和硝态氮变化最为平缓，其余参数居中。从各参数
2、突变发生的时间可知，水质突 变主要发生在 19921998 年。其次，对影响洞庭湖湿地水环境变化的因素进行了分析，得出“四水”流域及洞庭湖区工业污 染、农业污染(化肥污染、农药污染、水产养殖、畜禽粪便) 、生活污染等是导致水环境逐步恶化的主要原因。关键词：洞庭湖湿地；水环境；趋势分析；Mann-Kendall 1 洞庭湖基本信息中国五大淡水湖之一，长江中游重要吞吐湖泊。处于湖南境内，位于湖南省东北部，湖区位于长江中下游下荆江南岸，介里于北纬28 3030 20,东经110 40113 10。湖区面积2、820平方千米，天然湖面4040平方公里，另有内湖1200溝昌J I ( Li殂/V I (
3、 ( I L 华礙-Lj * Jif *廨捧;npT仁、 T 段吧江币昌A*.那睫/、益喂市鮎&岳阳币汨罗市中国第二大淡水湖。由东、西、南洞庭湖和大通湖四个较大的湖泊组成。在湖北省南部、湖南省北部、长江南岸。北有松 滋、太平、藕池、调弦 4 口(1958 年堵塞调弦口) 引江水来汇，南和西面有湘江、资水、沅江、澧水注入。湖水经城陵矶排入长 江。通常年分 4 口与 4 水入湖洪峰彼此错开。因而有容纳四水、吞吐长江的调节作用，减轻了长江中游的洪水压力。若 出现江湖并涨，就易泛滥成灾。由于 4 水和 4 口携带大量泥沙，每年约有 1.28 亿吨泥沙淤积湖底。 1825 年时湖水面积约 6,000 平
4、方公里， 1890 年为 5,400 平方公里， 1932 年为 4,700 平方公里， 1960 年已减为 3,141 平方公里。现在以湖面高程 34.5 公尺 计，湖水面积为 2,820 平方公里。昔日号称八百里洞庭，今已分割为许多大小湖泊。水位变幅达 13.6 公尺，有霜落洞庭 乾之称。 1952 年兴建荆江分洪工程和蓄洪垦殖区，使部分洪水泄入分洪区，并整修了湖区堤垸水道，减轻了洪水对洞庭湖区 的威胁。洞庭湖湖滨平原地势平坦，土地肥美，气候温和，雨水充沛，盛产稻米、棉花。湖内水产丰富，航运便利。 洞庭 湖现是长江流域最重要的集水、蓄洪湖盆。洞庭湖因泥沙淤积严重，现已分割为东洞庭湖、南洞庭
5、湖、西洞庭湖三个部分。洞庭湖区习惯上是指洞庭湖、湘、资、沅、澧四水尾闾、长江入湖口洪道以及受堤垸保护的区域，地跨湘、鄂两省，总面积为18, 780平方公里，其中湖南省境内15,200平方公里，占总面积的80.9%。湖区范围内，水域包括天然 湖泊、垸内湖泊、洪道等，陆地主要为耕地。洞庭湖天然湖泊仅占湖南省境内湖区总面积的17.7%，而全盛时期的洞庭湖（天然湖泊面积为6000平方公里）可占湖区总面积的39.5%，由此可见洞庭湖正在急剧萎缩。其间，洞庭湖经历了一个由小变大、然后又由大变小的演变过程。洞庭湖区在中生代的燕山运动中形成大小不一的盆地，西北部接受海陆交替沉降，东南部则长期隆起，喜马拉雅运动
6、使第三纪岩层发生断裂、拗陷，盆地扩大。此时，湘江、资、沅、澧四水形成，流注湖盆，形成湖泊群。湖盆的 扩大在早更新世至中更新世，湖盆区域的地壳运动以下降为主，湖盆扩大，但湖水不深，属断陷式浅水型湖泊。公元 450 - 524年，荆江太平、调弦两口溃决，长江水进入洞庭湖平原，开始干扰洞庭湖水系，迫使洞庭湖与青草湖相连， 湖泊扩大到五百里。唐宋时期，随着荆江北岸“云梦泽”的消亡，洞庭湖继续扩大，南连青草湖后，又西吞赤沙湖（今南县附近），横亘七八百里，成为汪洋浩渺的八百里洞庭。1852年起，随着藕池、松滋两口的出现，荆江四口分流局面形成。约占荆江45%的泥沙，经由四口排入洞庭湖，加速了洞庭湖的淤积。洲
7、土发育快，人工围垦日盛，湖盆开 始逐渐萎缩。经过100年时间的演变，洞庭湖由全盛时期的6000平方公里缩至今日的2625平方公里。洞庭湖水域具有生活饮用、航运、渔业养殖、工业、农田灌溉、旅游、调节气候等多种用途和功能。它作为长江中下游重要的“江河吞吐器”，除了调蓄、滞洪外，每年还接纳来自沿湖和三口四水上游的大量工业废水和生活污 水。此外，还要接纳从各入湖河道输入的成千上万吨污染物。湖区是我国重要的商品渔业基地，除了几百个内湖渔业、水产养殖场外，洞庭湖还是天然的淡水渔业养殖场。根据工农业生产及城乡人民生活的需要，目前湖区已建成大小水 库4409座，塘坝43.89万座。由于泥沙淤积和人为因素的影响
8、，致使洞庭湖水位变幅不一，形成了特殊的“洪水一 大片，枯水几条线”的湖泊自然景观。洞庭湖湿地（2844一 2935 N, 1115311305 E）是我国第二大淡水湖泊，位于湖南省东北部，长江中游 荆江段南岸，承纳湘、资、沅、澧四水，吞吐长江，是兼具蓄泄功能的过水性洪道型湖泊1。洞庭湖湿地河道、渔网密布，水 情复杂，独特的水文等自然条件形成了丰富的动植物资源。据调查统计，湖区原生性陆生维管植物有133科517属1101种， 鸟类有16目41科305种，鱼类有12目23科114种。其中，东洞庭湖于1992年，南洞庭湖和西洞庭湖于2002年分别被 联合国教科文组织列入国际重要湿地名录生态保护具有国
9、际意义2-3。水是湿地生态系统形成与演替最为关键的生态环境因子，其质量的好坏不仅对物种的演替与湿地生态系统结构的稳定具 有重要作用，而且在一定程度上决定着湿地功能的发挥。在结构上，沉水植物通常远离水体浊度低的区域，鱼类喜欢栖息于水 体溶解氧高的生境4-5；在功能上，水质的下降将抑制湿地降解污染、固碳释氧、调节气候的发挥6-10。湿地水体质量已成 为评价湿地健康与否的重要标志。近几十年，在全球气候变化、人口快速增长、城市化进程加速、泥沙淤积、围湖筑垸、污染 物排入等自然与人为等多种因素的共同影响下，洞庭湖湿地的水环境在发生重大变化，如水体透明度的降低、氮磷含量的增加、 富营养化的加重等等。在湿地
10、水质的变化过程中，开展长期定点的监测能反应水环境的变化趋势，对科学分析水环境变化成因 具有重要意义，可为洞庭湖湿地生态系统的研究与管理提供参考。2数据来源与分析方法2.1数据来源本文整理了19912008 年湖南省洞庭湖环境保护监测站及其他文献资料的水质监测数据。结合实地监测的2009 年水环境 数据，以pH、透明度、电导率、溶解氧、色度、大肠杆菌、COD、BOD5、总氮、硝态氮、铵态氮、总磷、悬浮物13个指标作为 水环境重要参数进行分析。考虑到洞庭湖湿地面积广的特点，各参数至少3 次重复，且基本以定点监测数据为主，取其平均值。2.2 分析方法Mann-Kendall 法是一种非参数统计检测方
11、法，变量不需要遵从一定分布，也不受少数异常值的干扰，因此适用于水文变量 的趋势分析11-14。该方法的基本原理如下15-16：设水文要素序列Xr，r=l, 2, 3, n, mi为第i个样本大于其后面样本的累积次数，做如下定义山=y Wti1=1若原水文序列满足该方法要求的随机独立且同概率分布条件，则有：均值E(dk) = k(k-1) / 4标准差S*山)=J片伏一7? (2W直理町标准化S(dk)得UFk = (dk-E( dk ) / S( dk )UFk为标准正态分布，是按时间序列x计算出的统计量序列，给定0.05显著性水平及0.01极显著水平，即Ua (0.05) = 1.96， U
12、a (0.01) = 2.58。若2.58UFk，则表明序列呈极显著的上升趋势；1.96UFk2.58,则呈显著的上 升趋势；0UFk1.96，则呈不显著的上升趋势；-1.96UFk0,则呈不显著的下降趋势；-2.58UFk-1.96，则呈显著的下降趋 势；UFk曲寻率Xjiach/J214.2624.U2 341E豁駢沖gL巧-1.莎也度惯15.21249Q.B7大肠扑鬧远“8 B10.74l L96.21.15应a畑玳4.44.034.WnX&ODJ njg-L41.0fe0.283.32*y(mE L J1.25=0.114S试刑悬亂曲虫号口:)O.SltD.ll0.520.25rf.0
13、71.150.4)70.043. if*14L0S3L43.31*UF0表示呈上升趋势，UF0表示呈下降趋势；显著水平为0.05,极显著水平为0.01; *表示呈显著变化趋势，*表示呈极 显著变化趋势采用显著水平（a =0.05，临界值为1.96）与极显著水平（a =0.01，临界值为土2.58）对水环境参数进行Mann-Kendall法 突变检测，清晰地反应了突变发生的时间及突变的显著性（图1）。结果表明，除色度有1突变点位于显著信度线（P=0.05）与极 显著信度线（P=0.01）之间，其余参数突变点均位于显著信度线之间。从图1可见参数各时间段的变化趋势，以pH为例， 19911998年，UF0,处于上升趋势；20022009年，UF0,处于降低趋势。再以电 导率为例，19911993年，UF0,处于上升趋势。其余各参数的变化趋势见图1。依据各参数突变的次数进行归类与分析，以色度和悬浮物波动性最强，在区间内有5 次相交，即存在5 次突变，其中色度 为 1992 年、1996 年、1997 年、1998 年、1999 年，悬浮物为 1992 年、
