中国湖泊学研究进展

近30年来我国湖泊沉积研究的进展
韩美;李艳红;张维英;张丽娜
【期刊名称】《山东师范大学学报（自然科学版）》
【年(卷),期】2003(018)003
【摘要】总结了近30年来中国湖泊沉积研究的状况.70～80年代中期,受油田开发的带动湖泊沉积研究得以兴起,且侧重研究地质过程;80年代中期之后,研究的范围不断扩大,方法不断完善,测年手段更趋精确.目前该领域研究的新特点为:云贵高原和青藏高原湖泊又成为新热点,强化短时间尺度研究,注重提取与人类活动相关的环境信息及与其他相关热点研究相结合.今后该领域研究应注意:(1)加强环境指标与环境要素间的定量关系研究;(2)强化研究人类活动对湖泊的影响机制;(3)建立中国第四纪湖泊数据库;(4)涉足极地地区研究.
【总页数】4页(P52-55)
【作者】韩美;李艳红;张维英;张丽娜
【作者单位】山东师范大学人口·资源与环境学院,250014,济南;山东师范大学人口·资源与环境学院,250014,济南;山东师范大学人口·资源与环境学院,250014,济南;山东师范大学人口·资源与环境学院,250014,济南
【正文语种】中文
【中图分类】P931.7
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!Lake'(.(湖泊科学)，2019,31(5)：1191-1218DOI10.18307/2019.0514©2019by Journal of Lake Sciences湖泊沉积物水界面研究进展与展望”范成新(中国科学院南京地理与湖泊研究所湖泊与环境国家重点实验室"南京210008#摘要：湖泊沉积物一水界面是以水层/沉积层物相为基础、具有一定立体尺度的交接面"界面上所发生的由生物积极参与的物理、化学和生物学微小反应和微环境变化"都会对界面附近物质的状态和迁移转化行为产生着复杂影响.本文首先回顾了沉积物一水界面研究100多年来的发展历程及国内外近20年发展.然后系统介绍了国际上对沉积物一水界面的物理尺度与结构的宏观和微观认识;重点综述了沉积物间隙水的取样、物化性质的多维测定与结构表征、过程的静态和动态模拟等湖泊沉积物一水界面研究技术与方法;分析和展示了氮磷等营养物、重金属和持久性有机污染物在湖泊沉积物一水界面迁移转化过程的研究进展;总结和归纳了在沉积物一水界面过程的模型研究、沉积物一水界面物质交换的定量化、界面过程与湖泊生态环境灾害关系等模型与过程效应方面的研究成果.最后对沉积物一水界面信息获取技术的研发方向、界面物质交换定量化研究的关注点"以及加强模型的应用和构建等方面进行了展望.关键词：沉积物一水界面;间隙水取样;营养盐;动态模拟;通量估算;扩散;模型Adva n ces and prospect-sedime n t-water-t erface of lakes：A reviewFAN Chengxin(State Key Laboratory of Lake Sciences and Environment,Nanjing Institute of Geography and Limnology,Chinese Academy of Sciences,Nanjing210008 ,P.R.China#Abstract:The sediment-water interface in freshwater lakes is a three-dimensional interface based on the water/sediment facies.The micro-reactions,which are actively participated by or/anisme,and micre-envi/nmentai changes of physical,chemical and bmiogi-cai reactions on the inte/ace will have a complex irnpact on the state and micrationWransformation behavioe of substances near ee interface.In this paper,the courses of sedirnent-water inte/ace research in the past100yeae,especially the development in the recent20years,both at home and abroad are reviewed from a comprehensive peepective.Fietly,the internationai macre-and mi- cre-understanding of the physical scale and structure of sediment-water inteeace is introduced.The techniques and methods ap­plied in the aquatic sedinient-water inteeace research and practice,which are the sampling of inters tiaal watee,multi-dimensional measurement of physicochemical properties io sedirnente and theie structure characterization,static/dynamic processes simulation and otheo are selected for detailed analysis.Moreovee,the advences on the migration and transformation process of phosphorus and nit/cen and other nutients,heave metals and peoistent oraanie pollutants in aquatic sediment-water inteaace are discussed,espe­cially in respects of modSling study of sediment-water inteeace process,quantification of substance exchange across the sdiment-watee inteaace,and relationships between the interface processes and lake ecc-envi/nmental disasters.Finally,the development trend fCr the future research of information acquisition technology for eediment-water inteiace analysis,the focus of quantitative re-seaech on cneeeaaccaysubseanceexchange,and eheappyccaecon and conseeucecon oamoeeeacccenemodeyseecIaeeaaeoeabyysuggeseedI Keywords:Sediment-water inteiacc；inte/titial watee sampling；nutrient；dynamic siniulation；flux estimation；diiusion；model湖泊是内陆水体相对封闭的一类地貌单元，它收集了来自流域内一切可由水力搬运和大气沉降来的碎屑和颗粒填充物，以及湖体内可能形成的化学沉积和生物沉积物[1-2].受湖盆形态、地貌的支配和对上覆湖水体的承接,沉积物成为湖泊中与水体接触最广泛的一类固相介质.在最大可覆盖整个湖底面积的沉积物国家水体污染控制与治理科技重大专项！2012ZX07103-005#资助.2019-08-15收稿;2019-08-18收修改稿.范成新（1954〜）,男，研究员；E-mae：cxfan@.1192!Lake Sci.(湖泊科学)，2019,31(5)与上覆水体交接区，构成了宏观意义上的沉积物一水界面(sediment-water interface,SWI)［3_4］.据维基百科(Wikipedia)词典,沉积物一水界面是沉积物相与上覆水相之间的边界层.在沉积物一水界面之上是化学性质相对均匀的水层，界面(或近表层沉积物)之下为物理结构相对稳定的沉积层，因此一般将沉积物一水界面定义为具有一定厚度与复杂结构的区层⑸，即两相之间没有明显的分界线.界面附近的沉积物不仅仅是湖泊系统中的固相介质，更重要的是在其形成期，通过吸附、包夹、容纳和着生等作用，会累积湖盆中大部分种类和数量污染物⑹.表层沉积物中的污染物大多呈活性或未完全降解状态，因此极易参加沉积物内部和在沉积物一水界面间的迁移转化和物质交换作用,使得沉积物一水界面成为湖泊中物质迁移转化过程发生的主要场所'.然而在湖泊底部，包括温度、溶解氧、物理扰动和生物种群数量等在内的环境条件往往不断变化,通过热力学和(生化)动力学控制下的氧化一还原、吸附一解析、降解一化合等作用，以极其复杂的方式影响着沉积物一水界面附近物质的迁移转化行为⑻.沉积物一水界面是陆地表层系统最重要的界面之一，在湖泊中，几乎所有环境污染和生态风险问题等都与沉积物一水界面过程或效应有关，因此对界面上物质流过程的研究，被认为是深入和系统了解水生态系统变化、乃至结构与功能响应的切入点之一⑺#1(.为更好地研究沉积物一水界面的基础理论问题，解决当今湖泊中的富营养化和有毒有害风险等实际生态环境问题，本文将通过回顾沉积物一水界面的研究历程,总结当今的研究动态和热点，结合介绍新方法、新技术和理论模型，重点对湖泊沉积物一水界面近20年来主要成果进行系统梳理和总结，为读者提供专业性和涉足阶段的知识储备参考.7沉积物一水界面研究历程及国内外近80年发展自1915年Carruthers在苏格兰中央山谷石炭纪沉积物调查中，提岀沉积物与水可通过面进行相互作用'12(的概念起，直到1941年Mortimer公开发表的湖泊泥水间(between mud and water)可溶性铁磷物质交换研究［⑶这一人类首篇关于湖泊沉积物一水界面研究的科技文献，已整整过去了26年.经过短暂期的泥一水界面(mud-water interface)非专业词语的使用'⑷，195'年美国Goldberg博士成为在公开发表的文献中首个*这一词语的学者［⑸，此后逐步推广并被同行接受为采用了英文“沉积物一水界面(edimentwater interface)专业术语'4,叫据对ScieneDirect文献数据库自1880年来的检索，从首篇文献'⑶岀现的近80年间,关于沉积物一水界面外文岀版的文献数大致呈现岀3个阶段(图1)：1940—1965年为探索期,文献零星岀现，反映研究者们在开拓该领域时可能面临着知识、手段储备不足、缺乏交流等问题，基本是运用化学地理学或地质学知识孤立地进行现象的解释口3&5切；1965—1975年为稳定期，平均每年约产岀4篇文献，并已引入了环境或污染的概念，反映沉积物一水界面的研究已在领域上有了拓展，并初步有了研究群；1976年以来为增长期,文献呈线性快速增加，研究领域逐步扩大，研究方法和手段越来越多样，研究的国家和机构也大量增加.其中1974年11月在法国Lee Aree召开的“The Benthia Boundary Layer*会议为这一阶段成果的增加起到了巨大的推动作用.在这次学术讨论会上，来自美国、英国、加拿大、荷兰和德国等国家的沉积物一水界面领域科学家交流了各自国家和机构在水底沉积物及界面所取得的物理、化学、生物学、地质学和工程学方面的成果，会后组织成立了6个工作组，汇总岀版了专著'⑹.这次学术会议及其系统成果为沉积物一水界面后期研究的多领域发展和成果产岀指明了努力方向.对1976—2018年间的文献统计显示，平均每年发表沉积物一水界面研究的外文文献57.3篇，其中2018年发表的外文文献已达142篇.我国对沉积物一水界面的研究起步较晚,实质性研究大约起自1980e中期.中国科学院地球化学研究所万国江先生根据1983年9月参加在瑞士召开的“湖泊化学过程学术研讨会*,以学术简报的形式介绍了国外学者在“湖泊环境中微粒和水、沉积物和水之间的相互作用*最新研究成果［⑹，并首次采用了湖泊“沉积物一水界面*这一中文术语■1987年厦门大学洪家珍等公开发表了我国迄今最早一篇有关“沉积物一水界面*的研究性文章，关于界面附近硅酸盐、水合氧化物和FeS沉淀对二价％的氧化影响［⑼；紧接着吴德殊等发表了我国第1篇关于湖泊沉积物一水界面的文章，介绍了沉积物一水界面采样装置的研制［型.这两篇文献开创了我国海洋和湖泊沉积物一水界面研究的先河.对阶段的划分发现,我国的沉积物一水界面研究只经历了稳定期和增长期两个阶段(图1).1984—1994年为初创后的稳定期，主要是借鉴国外的研究方法和成果，针对我国自身的水环境问题，探索和开展以物质交换为主的沉积物一水界面的研究；1995年至今为增长阶范成新：湖泊沉积物一水界面研究进展与展望1193 160140120100齧806040201940194519501955196019651970197519801985199019952000200520102015年图1有关“沉积物一水界面*研究正式发表的中外文献数量统计（2019年为1—6月的数据）* Fie.l Quantitative statistics of domestic and foreien literatures on the study of“sedirnent-water inte/acc段，中文发表的文献数与外文的文献数同步上升.实际近10多年来，中国学者每年除发表数十篇中文主题文献外，对外文“edimenhwater interface,SWI*文献的贡献也呈较大幅度地增加.据对2018年发表的143篇SWI文献统计，来自中国学者的贡献数为42篇，约占30%.结合中文文献统计，中国学者2018年发表的总文献数为109篇.这其中有关湖泊学的SWI文章占一大半以上，使得“沉积物一水界面”逐步成为我国湖泊学的重要研究内容和方向.最近《湖泊科学》基于CiteSpace和知网数据库统计后进行专业评估［21］:认为“沉积物一水界面元素迁移转化特征与规律，内源污染对湖泊富营养化的贡献”是自1949年来，我国湖泊科学领域可总结出的6项较为系统和全面的代表性研究成果之一.鉴于界面的重要性,近20年来国内外对包括湖泊在内的沉积物一水界面过程的研究十分重视［22-28］.作为ELOISE项目的一部分，启动于上世纪末的欧洲盐沼模拟计戈朕EUROpean SAll marshes Moddlmg,EUROr SAM）中，设置了水底沉积物动力过程和有机质的产生及通量等多项研究内容［22］.2004—2006年欧洲科学基金！ESF）资助欧洲七国合作开展了一项叫做SEDFLUX计戈匚所列的主题“Sediment fluxes”、"Sedicent *和“Sourcc-to-sink fluxes/c orrelations"都是以沉积物界面为核心［23（.与此同时，欧盟推出了第6次框budgets架一体化计划（FP6-AquaTerr a计划）（2004—2009年），共有11个有关海洋和湖泊等水体的子项目，其中直接与界面有关的子项目就达4项［24］，如BIOGEOCHEM（生物地球化学与界面吸附）、FLUX（沉积物通量确定）等.此外，相关的研究还在其他国家独立展开，如日本学术振兴会（JSPS）基金资助的用于研发“减少沉积物、水的营养物流域管理技术”项目（2005—2009年）和法国设立专项研究计划“O c Microbent-PNEC Pro­gram"用于研究“富营养化环境沉积物一水界面生物地球化学过程”'25（等.我国对沉积物一水界面的研究也十分重视.早在“九五”末期国家启动渤海生态系统动力学的重大基金项目中，就设立了沉积物一水界面与底栖系统耦合等方面的专题［26］.我国“十五”期间，由科学技术部推出的国家重点基础研究发展计划（2002CB4123）和中国科学院推出的知识创新工程重大项目（KZCX1-SW-⑵中,均专门设立了湖泊沉积物一水界面过程的研究课题'27如，此后国家自然科学基金委员会2007年还首次将“湖泊中水土界面微环境变化的过程与机理”纳入重点项目的优先资助领域.由于以上国内外诸多计划的实施和推进，沉积物一水界面研究的学术性交流也越来越受到重视.2006年BioFlow Network第二次研讨会后刊出了“Exchange Progres s at the Sediment-Water InteOace”专辑'29（.2013年美国海洋湖沼学会（ASLO）水科学年会上，针对沉积物一水界面相关的内容就独立地设立了两个分会场“Biogeochemical Reponses to Human Impacts at the Sediment-water tnte/ace”和“Geochemical Consequences of1194!Lake ScC(湖泊科学),2019,31(5)Advection oO Aquatia Sediment".为将国外系统性研究成果介绍到中国，与湖泊沉积物和水底边界层有关的专著《Lakes:Chemistry Geology Physiee》、《The Benthii Boundary Layer—Transport Processee and Biogeochemistry》先后被译成中文'30&2（.与国外学术交流发展相似,20142018年连续5届的“全国沉积物环境与污染控制研讨会”均将“沉积物一水界面”相关内容作为分会场主题,2017年国际环境领域主流刊物+Environmental Pol­lution,依托该学术平台资源，组织出版了专刊“Sediment and Environmental PoOution"，其中近1/2的文章涉及沉积物水界面的研究，反映沉积物一水界面过程和效应仍是国内外生态环境领域的研究热点问题之一.2沉积物一水界面的物理尺度与结构界面（i nteface）是相与相之间的交界面，即两相间的接触表面.沉积物和水体间固液介质的物理接触并非仅由狭义的“界面”一词承接.物理学上，分子界面不是指一个几何分界面，而是指一个薄层.具体到沉积物一水界面而言,其物理尺度不仅涉及到表面（界面），还涉及到“厚度5.沉积物内孔隙占据约60%~90%大部分空间，或几乎均是由水体（间隙水或孔隙水）填充,这就使得沉积物与水之间并非简单以面的方式接触，而是两种介质在垂向尺度上的相互渗透和相互包含［32］.这种广义上的渗透和包含造成“界面”在垂向上拉伸，使界面有了立体尺度.湖泊沉积物一水界面的上部是湖体水动力主导的混合层，早期人们都是从与底部水力运动影响相联系来进行沉积物一水界面垂向结构表征的（图2）.从沉积物一侧,McClain等［33］考虑底部湍流导致切应力水压驱动的达西流（Darcy flow）扩散的影响,并对沉积物表层颗粒作理想多孔排列假设，从而确定沉积物表层存在一布林克曼层（Brinkman layer），它是一个多孔性介质层，其厚度（！）仅约为10Q~10Q cm量级.对于沉积物一水界面以上,加拿大流体物理学家Boudreau B.P.和德国微生物学家j0rgensen B.B.对海洋和深水湖为主要对象的水底边界层（Benthic Boundag Layer,BBL）概念进行了较完整的总结和物理尺度的整合［31］，给出了一些层的大致尺度（图2）.其中确定的对数层（约1m或流动深度）、粘滞亚层（约1cm）和分子扩散边界层（约1mm）的垂向尺度，为人们研究水底边界层给出了相对合理的空间量级范围.Z图2湖泊沉积物一水界面垂直结构和主要过程及影响示意图（左图为深水湖水底边界层划分;右图为水动力和底栖生物扰动的沉积物一水界面）Fig.2Vertical structure and main processes of sedirnent-water interface of lakes and their influence对于沉积物一水界面厚度的估算，不同的学者所得结果差异较大.法国学者Menard P.B.和Martin0.M.认为，海洋一沉积物界面是厚度约为10cm的表层底泥与下层水体多相体系.在生产力较高的营养型湖泊，沉积物一水界面结构远比上述所描述的复杂.湖底是水流、波浪和能量的主要耗散地，沉积物一水界面为热量、溶质和颗粒物的交换和生物的栖息和着生提供场所'34L在浅水湖底，分子扩散层和粘滞亚层的位置并不稳定,Brinkman层也很少能观察到为多孔均匀排列，一旦有超过临界切应力！"）的作用，分子扩散层所依附的界面沉积物就将发生颗粒物再悬浮.已有研究表明'35（波浪作用下的再悬浮泥沙并非全部来自于沉积范成新：湖泊沉积物一水界面研究进展与展望1195物表层，还有一部分来自于沉积物的内部，通过液化渗流向上输运至表层,进而被再悬浮，其贡献量值可达再悬浮总量的50%.孙永福等根据浅地层剖面探测资料识别水下三角洲粉质泥土扰动位置，最大扰动深度为4.2m（水深8m,10级风）•但经公式计算，水深小于8m时，水底摩擦的能量损耗开始影响风浪成长，大于8m时波浪对水底的作用反而减弱，这两种情况风浪对沉积物孔隙水压力累积导致的残余液化作用下降，扰动深度明显变小两.在沉积物一水界面及邻近层位，微生物和底栖动物的种类和数量通常较为丰富'37（,早期成岩作用甚为剧烈网，在一些季节和区域，藻体还会沉降到沉积物表层（图2），影响沉积物一水界面物质行为［39-40］.以太湖藻体和底栖生物为例，越冬休眠的藻体可以藻席（TyT mat）形式覆盖沉积物表层，厚度1cm的藻席约相当于2000个藻细胞层在沉积物表层堆积状覆盖,这还不包括由于扰动造成的表层底泥与藻体的混合影响尺度.另据Teal等［41］对全球主要水域底部由于扰动所产生的物理效应统计，底栖生物的平均扰动强度（1）为19.98士42.64cm2/a（”=454）；扰动深度（L）为5.75士5.67cm（”=791），其中水丝蚓掘穴深度可达到10~12cm'42（.在太湖，河觑（Corbicula fluminea）的密度最高可达820.0ind./m2'43（，霍甫水丝蚓（Limnodrilus h*f meistteri）的最高密度可达30865ind./m2'44〕.这些掘穴生物所产生的大量孔洞和廊道（图2），不仅使沉积物一水界面立体尺度的均一性遭受严重破坏,而且使得界面形态和结构更加复杂'呵.3湖泊沉积物一水界面的研究方法及技术围绕沉积物一水界面研究所取得的一些成果，近些年突出表现在对一些新技术和新手段的应用,使得对界面特性的描述向原位、快速、微观和多维等方向发展.相关技术的发展极大地促进了沉积物一水界面研究水平的提高，反过来,特有的研究需求也一定程度地推动了相关方法和技术的创新以及装备精细化程度的提升⑺，如微量分析技术、材料技术、光电技术、传感器技术、自控仪表技术等.就沉积物一水界面具体的对象和过程研究而言，方法和技术的进展主要集中于沉积物间隙水的被动采样技术'4651（、微界面信息及结构表征'52引和界面过程模拟'55旳3个相对独立的门类.3.1沉积物间隙水取样及信息获取技术间隙水是沉积物和水体之间进行物质交换的主要媒介,对沉积物间隙水的获取是否精细、有效和是否形成新技术，一定程度上决定着沉积物一水界面的理论研究和测定水平，甚至关系到开拓研究领域新的方向.对间隙水的获取分为主动和被动两类.采用离心或抽吸（如Rhizon）等方法'57（是常见的主动获取间隙水的两种方法，由于过程中氧化还原环境的变化以及产生的向心流而使间隙水的代表性受影响较大,不仅难以获得真实的含量，而且在沉积物一水界面处信息易失真、连续性易受破坏［58］,近些年逐渐被快速发展的一系列被动采样技术所逐步取代.目前发展的原位采样技术主要包括膜渗析平衡技术（Peeper）'59〕、薄膜扩散技术！DET/DGT）'切、半透膜技术等'51（.最早用于沉积物一水界面的被动采样技术来自于1976年Hesiein博士的研究'59（，他根据内外膜渗透平衡原理发明了平衡式间隙水采样技术（pore water equilibrators）.该方法利用渗析膜！dialysis membrane）或多 孔特氟隆（porous Teflon）材料，可使得间隙水中离子通过隔断沉积物，让其中自由离子通过渗析膜进入Peepes采样器各腔室的去离子水体中,最终达到膜两边的离子物质浓度趋于动态平衡,该技术后来被称为膜渗析平衡技术（Peeper）.国外该技术主要用于水深<0.5m的沼泽湿地或季节性河流丽，界面的垂向分辨率为1cm,平衡时间为2周左右'61w52］.为适应湖泊沉积物一水界面的研究，设计了可用于浅水湖泊的Peepes 投放装置'61（，并将经过小型化！HR-Peeper）'切，最小垂向分辨率和平衡时间已可达到2mm和1~2d.基于膜渗透平衡原理，1991年英国Davison博士等研发出了薄膜扩散平衡技术（Diffusive EquilibsaTon in Thin Films,DET）'64（.他研发出了能将水以薄膜方式固定的凝胶膜（一般为聚丙烯酰胺），使得外部溶液中离子可自由扩散到凝胶中，通过测定凝胶中不同位置离子的含量获取间隙水剖面的信息'65（.DET技术的优势是使所需平衡时间缩短！<24h/0.8mm厚），空间分辨率大大提高（mm级）'66切.1994年Davison博士与张昊博士合作发明了一项对取样技术具有革命性和产生深远影响的技术——薄膜扩散梯度技术（Diffusive Gradients in Thin Fills,DGT）'46（.该技术可选择地累计获取包括水土和沉积物一水界面环境中的溶解性物质，只与被采集物质在介质中的移动性质和扩散膜特性有关，因此是一种动力学ke Sci.(湖泊科学)，2019,31(5)采样技术.DGT技术的发展主要是围绕高选择性和大容量被测元素固定膜材料进行研发的,从单一固定膜分类主要有3类，即金属固定膜、氧化型阴离子固定膜和硫固定膜网.金属固定膜主要以Chelex-100为固定剂测定Zn、Cd、Cu、Ni阳离子等金属离子［68-69］.氧化型阴离子固定膜是以水合金属氧化物/氧化物为固定剂（如Fewxide、Mersorb、Zrwxide）,主要测定P、A s等'47,70（；硫固定膜是以AgI（s）为固定剂，用于测定可溶性硫化物S（"）［71-72］.DGT方法发展20年来，已经广泛应用于环境热点问题的研究，涉及金属阳离子、阴离子、有机质及纳米颗粒等信息获取，同时结合有效的数学模型可以研究各种物质在环境介质中的物理化学行为及生物有效性［73］.近10多年来，为同时测定界面附近同一深度位置两种及两种以上目标物质，研发出复合固定膜，如以沉淀型Fewxine和AgI为固定剂的FeO-WgI膜测定溶解态P、As和S（II）［74］，以Fewxine 和Chelex-100为固定剂的FeO-Whelex膜,可以测定无机As和Cd、Cu、Pb和Zn重金属［75］，以及以Zrwxide和AgI为固定剂的ZrO-WgI膜测定溶解态P和S（I）［76］等等.采用半透膜采样装置（Semi-Wermeable Membrane Device，SPMD）对沉积物一水界面有机污染物信息被动采集,近些年来也得到了迅速发展'77&2（，并且由于对持久性有机污染物类！POPs）的适用性较强而被作为一种优势被动采样技术.所采用的半透膜主要有含脂、类脂和不含脂3种类型.Tao等采用三油酸甘油酯-乙酸纤维素复合半透膜（TECAM）结合高效液相色谱一原子荧光，研究多环芳桂在湖泊沉积物中的含量分布及老化效应［78］，并进一步研发出用含湖泊原生水生植物脂的亚油酸包埋醋酸纤维素膜（LAECAM）进行复合的半透膜，采集沉积物一水界面的多环芳桂旳.Bao等'呵在考虑蠕虫降解或对颗粒吞食情景下设计了一种半透膜采样器,可对疏水性有机化合物（HOCs）原位沉积物一水界面进行被动采样.另外，采用不含脂的低密度聚乙烯膜（LDPE）被动采样技术可测定沉积物一水界面一些特殊的溶解态POPs（如DDT和多漠联苯l）'81W2（,甚至计算得到界面通量.近年来在开发DGT采集有机物方面也取得较大进展,COe等［83］研发出一种以辛基硅烷！C8）做吸附层的DGT,对污染区沉积物孔隙水中5种有机锡含量和DGT通量进行了研究，回收率在58%±10%-123%±20%之间.集成几种方法的优点开发出新产品是被动式采样器探索的新方向.最近有人研发的一种叫做一体化孔隙水注射（Integrated Pore w ater Injection,IPI）采样技术，它吸收了Rhizon、Peeper 和流动注射仪3者优点，将一组中空纤维膜管平躺在渍水土壤或沉积物中，对管周围的孔隙水进行被动和每20h一次的连续取样，空间分辨率可达到2mm水平［84］.以上沉积物一水界面各种采样技术和分析方法的发展也不断提升该领域的基础理论研究水平"5］.3.2沉积物一水微界面性质的测定和表征方法沉积物一水界面过程的发生大都是以微尺度体现的各种物理、化学和生物效应，如底栖动物活动可将沉积物表层从一种简单的层状结构变成一个随时间变化的复杂几何聚集体［31］.因此对界面微环境、界面微结构（甚至三维）进行精细甚至是原位的表征，是近20年来沉积物一水界面技术研究的重要发展方向之一'呵.就湖泊沉积物一水界面而言，这些技术和方法的进展主要集中在微电极测量、断层扫描等技术领域.当将用于生理学观察的微电极法应用于沉积物后，人们在沉积物一水微界面异质性方面的视野得到极大的开拓，改变了人们对沉积物水平（或斑块性）差异的模糊认识［31］.最新的针式微电极可使氧含量测定的响应时间"1s,且探针直径已细到完全可忽略其对界面的影响程度'*32（.目前应用于沉积物一水界面的微电极主要是测定沉积物一水界面的氧化还原状态（Eh）以及O2、H2、H2S、NO等气体含量［54,58］.Gundersen和argensen'切用分辨率达0.025mm的O?微电极对沉积物的扩散亚层（即有效扩散边界层厚度!&）进行高精度测量，同时他们还用O2微电极对覆有微生物垫、且复杂“陡峭”的沉积物表面成功进行了微地形三维测量'*32（.可用于沉积物一水界面信息获取的另一项新技术是平面光电极技术！Planar Optode,PO），也是发展较为迅速的一种可原位实时监测的二维技术.PO技术基于荧光分析原理，在特定激发光源作用下,PO传感膜可释放出独特的荧光信号，并利用数字成像技术可对其二维光谱特征进行实时记录，最终通过数据处理测量出目标物质的二维空间动态分布信息附呵.该技术可对复杂的沉积物一水界面pH、O2、T、H2S、NH：等微 环境信息具有极高灵敏度和选择性.另外,DET和DGT技术结合切片和提取或直接显色、薄膜探针和光学扫描技术等，也可较好地用于沉积物间隙水的信息二维表征'"吨.Bennett等用DET技术原位比色测量了沉积物间隙水中铁（I）的二维分布［91］,Cesbron'切用薄膜探针结合高光谱分析孔隙水中磷和铁，以及Gao 等'93（用薄膜探针和光学扫描技术分析缺氧沉积物中溶解硫化物和金属的关系，都较精细地给出了二维图。

湖泊水动力模型研究进展湖泊是地球上重要的水域资源，对于人类生存和经济发展起着至关重要的作用。

而湖泊水动力学模型的研究正是为了更好地理解湖泊的水文环境特征、水体运动规律及其对生态环境的影响，从而为湖泊环境管理、生态保护和资源利用提供有效的科学依据和技术支持。

近年来，湖泊水动力学模型研究取得了不少进展，本文将从湖泊水动力学模型的基本原理、现有研究方法和技术进展等方面进行综述，以期为相关研究和应用提供一定的参考和借鉴。

一、湖泊水动力学模型的基本原理湖泊水动力学模型的研究基于流体运动的基本原理和湖泊水文环境的复杂特征，主要包括湖泊水文环境特征的描述、水体运动的数学描述和模拟、湖泊环境变化的预测和评估等内容。

具体来说，湖泊水动力学模型通过对湖泊水文环境的参数化和建模，描述和分析水体的运动、混合和输运过程，从而揭示湖泊水体的运动规律、水质变化规律及其与环境因素的相互作用关系。

在湖泊水动力学模型研究中，常用的基本原理和方法包括：①连续介质力学原理，即将湖泊水体视为连续的物质介质，描述其运动和变形的力学规律。

②流体动力学理论，即应用非定常流体动力学方程描述湖泊水体的运动和混合过程，如连续方程、动量方程、能量方程等。

③湖泊动力学模型的数学表示，即通过建立数学方程和模型对湖泊水体的运动、输运和变化进行描述和分析。

这些基本原理和方法构成了湖泊水动力学模型研究的基础，在实际研究和应用中具有重要的理论和方法价值。

二、湖泊水动力模型的研究方法与技术进展1. 观测与实验技术的进步湖泊水动力学模型的研究离不开对湖泊水文环境参数的观测和获取，而随着观测与实验技术的不断进步，湖泊水文环境参数的探测、监测与实验测量手段也得到了较大的提高。

传统的湖泊水文环境参数观测手段包括水文测站观测、水文航空遥感、传统浮标观测等，这些手段可以获取湖泊水文环境参数的基本信息。

而近年来，随着遥感技术、水生态监测与生物传感技术的进步，越来越多的新观测与实验技术被应用于湖泊水动力学模型研究中，如多波段遥感影像获取湖泊水体温度、叶绿素含量等信息、水声技术获取水体反射率、声速等参数、生物传感技术获取湖泊水生态系统信息等。

中国湖泊水体富营养化生态治理技术研究进展中国是世界上湖泊数量最多的国家之一，但受到工业和农业污染的影响，许多湖泊存在水体富营养化问题。

水体富营养化是指湖泊中营养物质过量积累，导致藻类大量繁殖，使湖泊水质恶化，生态系统遭到破坏的现象。

为了解决水体富营养化问题，中国科学家和工程师进行了大量的研究和实践。

本文总结了近年来中国湖泊水体富营养化生态治理技术的研究进展。

1. 水质净化技术水质净化技术是湖泊水体富营养化治理的关键技术之一。

传统的水质净化技术包括植物修复、生物控制和化学混凝沉淀等方法。

近年来，中国科学家进行了一系列创新研究，提出了一些新的水质净化技术。

利用生态加速器（即利用植物根系和微生物的生物排泄作用）来降低湖泊中的氮和磷含量，从而减少水体富营养化。

生物床滤池等技术也被广泛应用于湖泊水体富营养化治理中，有效去除水中的营养物质和悬浮物。

2. 藻类控制技术藻类是湖泊富营养化的主要原因之一，控制藻类的生长是湖泊水体富营养化治理的关键环节。

中国科学家采取了多种控制藻类的技术。

利用特定的细菌来控制蓝藻的生长。

这些细菌具有抑制藻类和促进湖泊水体氮和磷循环的作用。

人工添加氧气、利用超声波技术等也被用于控制藻类生长。

3. 生态修复技术湖泊富营养化导致湖泊生态系统的破坏，生态修复也是湖泊水体富营养化治理的重要手段。

中国科学家开展了一系列湖泊生态修复的研究。

利用人工湿地进行湖泊富营养化的修复，在湖泊周边建立人工湿地，利用湿地植物吸收和降解水中的污染物质，减缓湖泊富营养化的进程。

人工鱼礁和生物堆肥等技术也被应用于湖泊生态修复中。

4. 综合管理技术湖泊富营养化治理需要综合考虑湖泊的生态环境特点、行业排放和湖泊流域的管理等因素。

中国科学家提出了一系列综合管理技术。

建立湖泊富营养化监测体系，对湖泊水质进行定期监测和评估，及时发现和解决问题。

制定湖泊富营养化治理规划，并实施相应的管理措施，如减少农业和工业废水排放，加强湖泊流域的生态修复等。

湖泊水动力模型研究进展湖泊是地球上重要的水体之一，它们在生态系统中扮演着重要的角色。

湖泊水动力模型的研究对于湖泊水资源的管理和保护具有重要意义。

随着科学技术的进步，湖泊水动力模型的研究不断取得新的进展。

本文将介绍湖泊水动力模型研究的现状和进展，以及未来可能的发展方向。

湖泊水动力模型是用来描述湖泊中水流运动、水体混合和污染物传输等过程的数学模型。

它可以帮助我们更好地了解湖泊的水动力特性，指导湖泊的环境保护和资源管理工作。

湖泊水动力模型的研究涉及到流体力学、水文学、环境科学等多个领域，近年来取得了一系列重要的进展。

在湖泊水动力模型的研究中，数值模拟技术的发展为模型的建立和求解提供了有效的工具。

通过数值模拟，可以模拟湖泊水体运动的复杂过程，得到湖泊水动力的详细分布和变化规律。

这对于湖泊水资源的管理和保护具有重要意义。

数值模拟技术还可以帮助我们更好地理解湖泊水动力过程中的复杂机理，为进一步改进和优化湖泊水动力模型提供了强大的支持。

多学科交叉研究对于湖泊水动力模型的发展起到了重要作用。

湖泊水动力模型的研究涉及到流体力学、水文学、环境科学等多个学科领域，要深入理解湖泊水动力过程的复杂机理，需要多学科之间的紧密合作和交流。

近年来，不少研究团队在湖泊水动力模型的研究中开展了跨学科合作，取得了一系列重要的成果。

这些成果不仅推动了湖泊水动力模型的研究，也为相关学科领域的发展带来了新的思路和方法。

未来，湖泊水动力模型的研究还面临着一些挑战和机遇。

一方面，需要进一步深入研究湖泊水动力过程的复杂机理，探索更精确、更可靠的湖泊水动力模型建立和求解方法。

需要加强湖泊水动力模型与实际应用的结合，将研究成果更好地应用于湖泊水资源管理、环境监测和灾害预测等方面。

还需要促进跨学科合作，推动湖泊水动力模型研究迈向更加深入和广泛的领域。

中国湖泊水体富营养化生态治理技术研究进展湖泊富营养化是指湖泊中营养盐的浓度过高而导致水质恶化的现象。

随着工业化和城市化的发展，湖泊富营养化问题在中国逐渐加剧，对环境和人类健康造成了严重影响。

湖泊富营养化生态治理技术的研究成为了当前亟待解决的重大问题。

湖泊富营养化主要是由于氮、磷等营养盐的过量输入，导致水体中藻类繁殖过盛。

湖泊富营养化生态治理技术主要包括物理、化学和生物方法。

物理方法主要是利用人工手段调节湖泊水体的营养盐浓度，减少富营养化程度。

常用的物理方法包括水量控制、人工漂浮物清理、湖底泥沉积清理等。

这些方法可以有效地降低湖泊水体中营养盐的浓度，阻断富营养化的发展。

化学方法主要是利用化学物质来调节湖泊水体的营养盐含量。

常用的化学方法包括草鱼放养、溶解性氧化物喷施等。

通过添加草鱼等消耗藻类生长所需的营养盐和浮游生物，可以有效地降低湖泊水体中的营养盐含量。

生物方法主要是通过调节湖泊生态系统结构和功能，降低湖泊水体富营养化程度。

常用的生物方法包括湖泊生态修复、生态调控等。

湖泊生态修复是指通过人工手段恢复湖泊的生态系统，提高湖泊生态功能，减少湖泊富营养化程度。

生态调控是指利用生物相互作用调控湖泊水体中的富营养化现象，常用的生态调控方法包括种植水生植物、鱼虾饲养等。

综合利用上述物理、化学和生物方法，可以取得较好的湖泊富营养化生态治理效果。

目前，中国在湖泊富营养化生态治理技术方面取得了一系列研究进展。

在物理方法方面，研究人员通过人工增加湖泊出流水量，减少湖泊水体中营养盐的积累。

对湖底泥沉积进行清理，降低湖泊富营养化程度。

这些方法在实际应用中取得了较好的效果。

在化学方法方面，研究人员通过溶解性氧化物喷施、草鱼放养等方式，降低湖泊水体中的富营养化程度。

这些方法可以有效地减少湖泊水体中藻类的繁殖，改善水质。

中国在湖泊富营养化生态治理技术研究方面取得了一些进展，但仍然存在一些问题。

湖泊富营养化治理技术的操作和管理仍然需要进一步优化和完善，湖泊富营养化治理的效果需要长期观察和评估。

中国湖泊水体富营养化生态治理技术研究进展中国的湖泊数量众多，占世界总数的六分之一，是人类生活和经济发展的重要资源。

然而，由于过度开发和污染，我国的湖泊水体富营养化现象日益严重，湖泊的水质、生态和景观受到了严重破坏。

为了保护和恢复湖泊生态系统，研究人员积极探索湖泊富营养化生态治理技术，不断取得了一系列进展。

湖泊富营养化是指湖泊富含营养物质，如氮、磷等，导致藻类和水生植物繁殖异常，水质变浑浊，光合作用减弱，水生生物死亡。

富营养化会导致湖泊水质下降，生态环境恶化，影响湖泊景观和人类健康。

因此，治理湖泊富营养化已成为我国湖泊保护和生态修复的重要任务之一。

湖泊富营养化治理技术分为物理、化学和生态三大类。

物理方法主要是通过机械手段，如机械取水、吸泥器、网箱等，清除底泥和富营养物质，达到减轻富营养化的效果。

化学方法则是通过化学药剂，如氯化铜、硫酸铜、过氧化氢等，杀灭藻类和水生植物，清除富营养物质，达到快速治理富营养化的效果。

但这两种方法都存在着一定的副作用，如物理方法会破坏湖泊生态系统的结构和功能，化学方法会导致对水质造成二次污染，对湖泊生态和人类健康会产生长期不利影响。

相对而言，生态方法是一种更为综合和可持续的治理方式，其主要思路是通过生物、物理和化学相互作用的生态系统，维持湖泊水质的良好状态。

因此，生态方法得到了广泛的应用和研究。

目前，湖泊富营养化生态治理技术主要有以下几种：一、水生植物控制技术。

水生植物能够有效地吸收水中的氮、磷等富营养物质，抑制蓝藻和绿藻等富营养化的微生物，同时也有一定的美化和景观效果。

二、微生物治理技术。

通过将一定量的微生物培养入湖泊，使其在湖泊中繁殖和生长，降解湖泊中的有机物和富营养化物质，提高湖泊水质的稳定性和生态环境的健康性。

三、湖泊生态补偿技术。

采用湖泊生态补偿技术主要是通过建设湿地和防护林带等绿色生态基础设施，来避免快速水流对湖泊的冲刷和污染，进而达到提高湖泊水质、生态和景观的目的。

我国湖泊富营养化防治与控制策略研究进展一、概述随着社会经济的飞速发展，我国湖泊面临的环境压力日益加剧，富营养化现象愈发严重。

湖泊富营养化不仅破坏了水生态系统的平衡，导致水生生物种群结构改变，而且严重影响了湖泊的水质和供水功能，甚至威胁到人类的健康。

对湖泊富营养化的防治与控制策略进行研究，对于保护湖泊生态环境、实现可持续发展具有重大意义。

近年来，我国在湖泊富营养化防治与控制策略方面进行了大量的研究和探索，取得了显著的进展。

这些研究涵盖了湖泊富营养化的成因、机理、监测、评价、预测、防治等多个方面，不仅提高了对湖泊富营养化现象的认识，也为制定和实施有效的防治策略提供了科学依据。

同时，随着科技的不断进步，湖泊富营养化防治与控制的新技术、新方法也不断涌现，为湖泊生态环境的保护和恢复提供了新的可能。

也应看到，我国湖泊富营养化防治与控制工作仍面临诸多挑战。

湖泊富营养化的形成机制复杂，受多种因素共同影响，使得防治工作具有较大的难度。

不同地区、不同类型湖泊的富营养化程度和影响因素也存在差异，需要因地制宜地制定和实施防治策略。

未来在湖泊富营养化防治与控制方面，还需进一步加强基础研究，完善防治策略，提高防治效果，以更好地保护我国的湖泊生态环境。

1. 湖泊富营养化的定义与成因湖泊富营养化是指湖泊中营养物质（如氮、磷等）的过量输入，导致水生生态系统中的藻类和其他微生物大量繁殖，进而引起水质恶化、生物多样性降低、生态系统失衡的过程。

这一过程往往伴随着溶解氧的减少、水华爆发、底泥淤积、水体发臭等现象，对湖泊的生态环境和人类健康产生严重影响。

造成湖泊富营养化的成因主要包括自然因素和人为因素。

自然因素如降水、地表径流等，将土壤和岩石中的营养物质带入湖泊，这是湖泊营养化的自然过程。

相对于自然因素，人为因素在近年来对湖泊富营养化的贡献更为显著。

人为因素主要包括农业活动、工业排放、城市污水排放、水产养殖等，这些活动导致大量富含营养物质的废水、废渣进入湖泊，加速了湖泊的富营养化进程。

中国湖泊水体富营养化生态治理技术研究进展随着中国经济的快速发展和城市化进程的加速推进，湖泊水体富营养化现象日益严重。

富营养化是指湖泊水体中营养物质的过度富集，导致水体中植物生长过度，水质变差，生态环境受到破坏的现象。

富营养化不仅影响湖泊的生态平衡，还可能对人类健康造成威胁。

如何进行湖泊水体富营养化的生态治理成为了当前科研和工程技术领域亟需解决的问题之一。

近年来，中国在湖泊水体富营养化生态治理技术研究方面取得了重要进展，不断探索和尝试着各种治理方法和技术手段，取得了一些显著成果。

在此背景下，本文将介绍中国湖泊水体富营养化生态治理技术研究的进展情况，并对未来的发展方向进行展望。

一、物理生态治理技术物理生态治理技术是指利用物理手段改善水体环境质量和生态系统的整体功能，包括水动力学调控、藻类生物学控制、水生植物修复等。

水生植物修复是应用最广泛的一种生态治理技术。

通过引入水生植物，利用其吸收养分的能力和生物群落的固氮作用，可以有效地减少水体中的营养物质，改善水体生态环境。

在物理生态治理技术方面，中国科研工作者积极开展了一系列研究和实践工作。

混凝土屋顶花园，在城市区域内关键高处喷射清洗雨水中的颗粒和业务性水污染物。

清水池方式用于城市区域雨水水污染物处理，在居民区安装工业级过滤器以帮助降低地面水污染，等等。

这些实践为减少城市区域水污染上都取得了重要的实践成果。

化学生态治理技术是指利用化学方法改善水体环境质量和生态系统的整体功能，包括化学絮凝、微电解、臭氧氧化、高级氧化等。

在化学生态治理技术方面，中国科研工作者也进行了许多探索与实践。

利用高级氧化技术来清除水体中的有机废物、重金属等有毒有害物质，使水质得到有效改善。

在化学生态治理技术的研究中，中国科研工作者也不断针对不同水体状况和治理需求调整和优化技术方案，力求在实际应用中取得更好的效果。

微生物生态治理技术是指利用微生物改善水体环境质量和生态系统的整体功能，包括生物除磷、微生物修复等。

中国湖泊水体富营养化生态治理技术研究进展一、引言随着我国经济的快速发展和城市化进程的加快，湖泊水体的富营养化问题越来越突出。

富营养化的湖泊水体会导致水质恶化、水华爆发、底泥积聚等一系列环境问题，对湖泊生态系统和人类健康造成了严重威胁。

湖泊水体富营养化生态治理技术成为当前研究的热点之一。

本文将对中国湖泊水体富营养化生态治理技术的研究进展进行综合介绍。

二、湖泊富营养化的成因湖泊富营养化主要是由人类活动和自然因素共同作用导致的。

人类活动主要包括农业、工业和城市化等，这些活动释放出的氮、磷等营养物质进入湖泊水体，导致湖泊水体富营养化。

自然因素则包括湖泊自身营养循环和气候等因素。

富营养化的湖泊水体通常会出现水华、藻类过度繁殖、水质恶化等问题，对湖泊生态系统和人类健康造成了严重影响。

三、湖泊富营养化生态治理技术研究进展中国湖泊富营养化的生态治理技术经过多年的研究和实践，取得了一些成果。

目前，湖泊富营养化的生态治理技术主要包括生物修复技术、物理修复技术和化学修复技术等方面。

1. 生物修复技术生物修复技术是通过植物、微生物等生物的作用，将湖泊水体中的营养物质转化为生物量，从而达到减少湖泊富营养化的目的。

生物修复技术包括湖泊湿地修复、水生植物修复、微生物修复等。

湖泊湿地修复是通过修建湖泊周边的湿地，使湿地植物吸收水中的营养物质，达到净化水体的目的。

水生植物修复是通过引种具有吸收营养物质能力的水生植物来净化湖泊水体。

微生物修复则是通过引入特定的微生物来分解水中的营养物质，达到净化湖泊水体的目的。

生物修复技术在湖泊富营养化治理中起到了重要作用，得到了广泛应用。

2. 物理修复技术物理修复技术是通过物理手段来改善湖泊水体的营养物质含量，包括生物滤料技术、增氧技术、曝气技术等。

生物滤料技术是将一定量的人工填料投放到湖泊中，利用填料表面的微生物降解水中的有机物质和氨氮等营养物质。

增氧技术是通过投放增氧设备，提高湖泊水体的氧含量，促进水中的微生物代谢，降低水体中的有机物和氮磷含量。

中国湖泊水体富营养化生态治理技术研究进展近年来，随着工业化和城市化的加快发展，中国的湖泊水体富营养化问题日益严重。

湖泊水体富营养化是指湖泊水质中的氮、磷等养分物质浓度过高，导致湖泊生态系统失衡，水产资源减少，水质恶化，甚至造成水生态系统崩溃的现象。

湖泊水体富营养化治理已成为我国生态环境保护的重要课题。

在湖泊水体富营养化治理技术方面，近年来我国取得了一些进展。

一是生态修复技术的应用。

湖泊富营养化主要是由于氮、磷等养分物质的大量输入，其中磷是富营养化的主要原因。

磷是一种不可再生的资源，在湖泊水体中的循环和去除对治理具有重要意义。

目前，湖泊水体中的磷主要来自于底泥和外源输入，磷的去除需要从源头控制、过程控制和终端控制三个环节入手。

源头控制主要是通过限制底泥中磷的释放，减少外源输入；过程控制主要是通过湖泊富营养化水体的截流、过滤和沉淀；终端控制主要是通过湖泊水体中的浮游植物和底泥的处理，使湖泊水体中的磷浓度降低。

针对不同湖泊类型和治理目标，我国开展了一系列生态修复的技术研究，如沉淀沟、人工湿地等。

二是水生态修复技术的应用。

湖泊水体富营养化治理不仅要降低水质中的养分浓度，还需要恢复湖泊的生态功能，提高湖泊自净能力。

湖泊富营养化治理的主要目标是恢复湖泊生态系统的健康状态，实现湖泊水质的持续改善。

为此，我国开展了一系列水生态修复技术的研究，如湖泊生态系统修复、湖泊环境容量恢复等。

三是生物修复技术的研究。

生物修复是指通过植物、微生物等生物体的作用，促进湖泊水体中营养物质的去除和湖泊生态系统的恢复，实现湖泊富营养化的综合治理。

随着生态系统修复理论和技术的发展，生物修复技术在湖泊富营养化治理中得到了广泛应用。

菱角、藻类等水生植物可以吸收湖泊水体中的养分物质，从而减少水体富营养化现象；一些特定的微生物能够通过生物转化过程，将有机物质转化为无机物质，从而使富营养化水体得到净化。

中国湖泊水体富营养化生态治理技术研究取得了一些进展。

Ｊ．ＬａｋｅＳｃｉ．（湖泊科学），２０２０，３２（５）：１３６０⁃１３７９ＤＯＩ１０ １８３０７／２０２０ ０５１１©２０２０ｂｙＪｏｕｒｎａｌｏｆＬａｋｅＳｃｉｅｎｃｅｓ我国湖泊水文学研究进展与展望∗张㊀奇∗∗，刘元波，姚㊀静，赖锡军，李相虎，吴桂平，黄㊀群，孙占东，张㊀丹，李云良，谭志强，刘星根（中国科学院南京地理与湖泊研究所中国科学院流域地理学重点实验室，南京２１０００８）摘㊀要：湖泊是地球表层水体的重要组成部分，在区域社会经济发展和生物多样性保护等方面发挥着不可替代的作用．气候变化和高强度的水资源开发利用等，导致湖泊物理㊁化学特性在时空格局上发生显著的变化，引起一系列的社会㊁环境㊁气候等响应．湖泊水文学研究湖泊水文要素及其时空变化特征㊁平衡关系与变化规律，在水文过程演变与归因解析㊁湖泊洪旱发生机理与调控㊁湖泊资源评估与可持续利用等方面，解决了众多理论和实践问题，为区域发展提供了强大支撑．本文评述了近５０年来我国湖泊水文学的发展与研究进展，重点阐述湖泊水量平衡与水量变化㊁湖泊水动力与水文过程调蓄㊁湖泊极端水文事件成因㊁湖泊水文遥感反演等方面的研究进展，展望了湖泊水文学的未来发展趋势．关键词：湖泊水文学；湖泊水量平衡；洪涝干旱；湖泊水动力过程；综述ＬａｋｅｈｙｄｒｏｌｏｇｙｉｎＣｈｉｎａ：Ａｄｖａｎｃｅｓａｎｄｐｒｏｓｐｅｃｔｓ∗ＺＨＡＮＧＱｉ∗∗，ＬＩＵＹｕａｎｂｏ，ＹＡＯＪｉｎｇ，ＬＡＩＸｉｊｕｎ，ＬＩＸｉａｎｇｈｕ，ＷＵＧｕｉｐｉｎｇ，ＨＵＡＮＧＱｕｎ，ＳＵＮＺｈａｎ⁃ｄｏｎｇ，ＺＨＡＮＧＤａｎ，ＬＩＹｕｎｌｉａｎｇ，ＴＡＮＺｈｉｑｉａｎｇ＆ＬＩＵＸｉｎｇｇｅｎ（ＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＷａｔｅｒｓｈｅｄＧｅｏｇｒａｐｈｉｃＳｃｉｅｎｃｅｓ，ＮａｎｊｉｎｇＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＧｅｏｇｒａｐｈｙａｎｄＬｉｍｎｏｌｏｇｙ，ＣｈｉｎｅｓｅＡｃａｄｅｍｙｏｆＳｃｉ⁃ｅｎｃｅｓ，Ｎａｎｊｉｎｇ２１０００８，Ｐ．Ｒ．Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＬａｋｅｓａｒｅｉｍｐｏｒｔａｎｔｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓｏｆｔｈｅＥａｒｔｈ ｓｓｕｒｆａｃｅｗａｔｅｒｂｏｄｉｅｓ．Ｔｈｅｙｓｅｒｖｅａｓｉｒｒｅｐｌａｃｅａｂｌｅｆｕｎｃｔｉｏｎｓｉｎｒｅｇｉｏｎａｌｓｏ⁃ｃｉｏ⁃ｅｃｏｎｏｍｉｃｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔａｎｄｃｏｎｓｅｒｖａｔｉｏｎｏｆｂｉｏｌｏｇｉｃａｌｄｉｖｅｒｓｉｔｉｅｓ．Ｃｌｉｍａｔｅｖａｒｉａｔｉｏｎｓａｎｄｉｎｔｅｎｓｉｖｅｗａｔｅｒｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｉｎｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｄｅｖｉａｔｉｏｎｓｉｎｔｅｍｐｏｒａｌｃｈａｎｇｅａｎｄｓｐａｔｉａｌｐａｔｔｅｒｎｉｎｔｅｒｍｓｏｆｐｈｙｓｉｃａｌａｎｄｃｈｅｍｉｃａｌｐｒｏｃｅｓｓｅｓ．Ａｓａｓｕｂ⁃ｄｉｓｃｉｐｌｉｎｅｏｆｈｙ⁃ｄｒｏｌｏｇｙ，ｌａｋｅｈｙｄｒｏｌｏｇｙａｄｄｒｅｓｓｅｓｔｈｅｃｈａｎｇｉｎｇｐａｔｔｅｒｎｓｏｆｈｙｄｒｏｌｏｇｉｃａｌｖａｒｉａｂｌｅｓ，ｔｈｅｉｒｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｓ，ｂａｌａｎｃｉｎｇａｎｄｅｖｏｌｕｔｉｏｎ．Ｉｔａｄｄｒｅｓｓｅｓｆｕｎｄａｍｅｎｔａｌｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃｑｕｅｓｔｉｏｎｓａｎｄｏｆｆｅｒｓｓｏｌｕｔｉｏｎｓｔｏｐｒａｃｔｉｃａｌｉｓｓｕｅｓ．Ｅｘａｍｐｌｅｓｉｎｃｌｕｄｅｓｈｙｄｒｏｌｏｇｉｃａｌａｔｔｒｉｂｕｔｉｏｎａｎｄｄｙｎａｍｉｃｅｖｏｌｕｔｉｏｎ，ｈｙｄｒｏｌｏｇｉｃａｌｅｘｔｒｅｍｅｓａｎｄｐｒａｃｔｉｃａｌｍｉｔｉｇａｔｉｏｎ，ｌａｋｅｒｅｓｏｕｒｃｅｓａｓｓｅｓｓｍｅｎｔａｎｄｓｕｓｔａｉｎａｂｌｅｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ，ｗｈｉｃｈｈａｖｅｂｅｅｎｓｔｒｏｎｇｌｙｓｕｐｐｏｒｔｉｎｇｒｅｇｉｏｎａｌｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｓ．ＴｈｉｓａｒｔｉｃｌｅｒｅｖｉｅｗｓｔｈｅｐｒｏｇｒｅｓｓｏｆｌａｋｅｈｙｄｒｏｌｏｇｙｉｎＣｈｉｎａｉｎｔｈｅｌａｔｅｓｔ５０ｙｅａｒｓ，ｗｉｔｈｅｍｐｈａｓｅｓｏｎｌａｋｅｗａｔｅｒｂａｌａｎｃｅａｎｄｖａｒｉａｔｉｏｎ，ｌａｋｅｈｙｄｒｏｄｙｎａｍｉｃｓ，ｌａｋｅｈｙｄｒｏｌｏｇｉｃａｌｅｘｔｒｅｍｅｓ，ａｎｄｒｅｍｏｔｅｓｅｎｓｉｎｇｏｆｌａｋｅｈｙｄｒｏｌｏｇｙ．Ｓｅｖｅｒａｌｋｅｙｒｅｓｅａｒｃｈａｒｅａｓａｒｅａｌｓｏｉｄｅｎｔｉｆｉｅｄａｎｄｄｉｓｃｕｓｓｅｄｆｏｒｆｕｔｕｒｅｒｅｓｅａｒｃｈｉｎｔｅｒｅｓｔｓ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｌａｋｅｈｙｄｒｏｌｏｇｙ；ｌａｋｅｗａｔｅｒｂａｌａｎｃｅ；ｆｌｏｏｄａｎｄｄｒｏｕｇｈｔ；ｌａｋｅｈｙｄｒｏｄｙｎａｍｉｃｐｒｏｃｅｓｓ；ｒｅｖｉｅｗ湖泊是陆地表层水体的重要组成．全球面积大于０．１ｋｍ２的自然湖泊有１４２万个，总面积和总容积分别为２．６７ˑ１０６ｋｍ２和１８１．９ˑ１０３ｋｍ３［１］．湖泊是全球尺度水分循环㊁水量调控和物质能量平衡的重要组成．我国湖泊集中分布在长江中下游平原和青藏高原．我国面积大于１ｋｍ２的天然湖泊２６９３个，总面积为８１４１４．６ｋｍ２［２］．在社会经济发展和生物多样性维持等方面起着至关重要的作用．进入２１世纪以来，全球湖泊水体的分布格局发生了巨大变化．全球永久性地表水体在１９８４２０１５年间消失了约９００００ｋｍ２，同时形成了新的水体１８４０００ｋｍ２［３］．我国青藏高原湖泊水位和面积呈加速增长趋∗∗∗２０２０－０７－０１收稿；２０２０－０７－１７收修改稿．中国科学院南京地理与湖泊研究所重点培育方向 流域－湖库生态水文过程与模拟 项目（ＮＩＧＬＡＳ２０１８ＧＨ０６）和国家自然科学基金项目（４１８７７１６６）联合资助．通信作者；Ｅ⁃ｍａｉｌ：ｑｚｈａｎｇ＠ｎｉｇｌａｓ．ａｃ．ｃｎ．张㊀奇等：我国湖泊水文学研究进展与展望１３６１㊀势［４］；而长江中下游洪泛平原淡水湖群，在２０００２０１１年间却呈净减小趋势，累积减小面积７．４％（８４９ｋｍ２）［５］，极端水文事件多发［６⁃８］．湖泊面积的扩张或萎缩影响区域水热平衡，甚至威胁区域水资源安全，并引起湖泊水环境和水生态的恶化［９］，给社会经济的可持续发展带来极大挑战．在极端气候条件和强人类活动影响下，湖泊水文过程演变出现了新的特征，赋予了湖泊水文学新的研究内容，对研究方法和研究手段提出了新的要求．本文系统梳理总结湖泊水文学的研究进展，阐述近５０年来我国湖泊水文学的研究进展，指出湖泊水文研究难点和未来发展趋势，为水文学和湖沼学等相关学科的发展提供参考借鉴．１湖泊水文学的发展及重要进展我国古籍‘行水金鉴“记载了湖泊水文的早期研究．这是一部综合性水利书籍，清雍正三年（１７２５年）成书．书中涉及湖泊面积㊁河湖关系㊁湖泊水位涨落㊁湖泊变迁等内容．我国湖泊的水文观测大多始于１９２０ｓ，比如，太湖㊁洞庭湖和鄱阳湖等湖泊的水文观测．新中国成立后，湖泊水文研究蓬勃发展，先后进行了多次全国湖泊调查，获得了全国湖泊数量及面积等基础数据系列，建立了湖泊水文基础数据库，支撑了湖泊水文学研究［１０］．我国著名水文学家施成熙先生定义湖泊水文学为 以湖水为研究对象，研究湖水的来源与去路㊁湖水的理化性质及湖水中各种水文现象的发生㊁发展过程及其内在联系，以及湖泊资源的控制和利用的学科 ［１１］．依据研究对象和内容，湖泊水文学是水文学（ｈｙｄｒｏｌｏｇｙ）的一个分支．目前国际上尚没有专门的英文词汇，通常用ｌｉｍｎｏｌｏｇｙ（湖沼学）来表达．湖沼学的研究对象是内陆水体，其研究内容更为宽泛，除了水的物理过程，还包括化学㊁生物等过程［１２］．湖泊水文学是研究湖泊水量变化和湖水运动的一门学科．湖泊水文要素及湖泊水量平衡关系的变化是湖泊水文学的核心内容，包括水量平衡关系的建立㊁湖泊水量变化的影响因素以及湖泊水量对气候变化的响应等．作为湖泊水量变化的一种极值状态，湖泊洪水和干旱等极端水文过程对生态系统和社会经济等影响巨大，其过程演变及归因分析可为防洪抗旱等提供科学依据，是湖泊水文学所必须面临的基本现实问题．湖泊水动力过程主导着湖泊物质的迁移转化㊁温度等物理属性的时空分布，影响湖盆冲淤及洲滩发育以及湖泊演化和湖泊功能，是湖泊水文学的重要组成内容．随着空间观测技术的快速发展，湖泊水文遥感在湖泊水文过程研究中发挥了不可替代的作用，成为湖泊水文学重要的研究手段．湖泊水文学还涉及泥沙动力过程㊁热力过程㊁污染过程和生态过程等内容，本文不做重点阐述．１．１湖泊水量平衡与湖泊水量变化湖泊水量取决于来水量和排水量之间的动态平衡关系，湖泊水量的变化影响着湖泊水资源安全和湖泊生态系统健康与服务．受全球气候变化和人类活动的影响，湖泊水量时空格局正发生着巨大的变化．研究湖泊水量平衡是评估全球变化下地球表层水量变化的重要组成内容，是应对气候变化㊁保障区域水量安全㊁维持湖泊正常功能的核心研究内容．１．１．１湖泊水量平衡㊀湖泊水量平衡指以湖泊水体为对象，在某时段内，湖泊水量的增量等于所有进入湖泊的水量减去所有排出湖泊的水量．进入湖泊的水量一般包括流域入湖地表径流（ＳＩ）㊁大气降水（Ｐ）㊁地下水补给（ＧＩ）等，出湖水量一般包括河道排泄（ＳＯ）㊁水面蒸发（Ｅ）㊁地下水渗漏（ＧＯ）㊁人为取水（Ｗ）等（图１）．湖泊水量平衡研究即计算某时段内湖泊水量的变幅，分析变化的原因．在计算湖泊水量平衡时，常常采用湖泊库容曲线方法．依据湖泊水位，由库容曲线即可计算出对应的湖泊水量．湖泊库容曲线的建立依赖于实测的湖泊水位，结合湖盆地形计算相应水面面积和蓄水量，表达为数学公式或直接用数据点绘制而成［１３］．库容曲线的形态受湖盆地形地貌和湖泊与上下游水系的水力联系影响，可能呈现一定的非线性特征．该非线性特征意味着湖泊水位上升和下降过程对应的湖泊面积和蓄水量变化路径是不同的，上升曲线和下降曲线形成环状的圈，同一个湖泊水位值在不同的阶段对应不同的湖泊面积和水量，这种现象称为迟滞效应，也称绳套，常见于大型的洪泛型浅水湖泊［１４］．湖泊水位水量关系的迟滞效应从本构关系上表征了湖泊水文的非线性特征，在湖泊水文节律演变规律的揭示和湖泊水文模拟方面提供了物理依据［１５⁃１７］．湖泊水量平衡关系不仅影响湖泊的储蓄水量，还影响湖泊的演化和功能发挥［１８⁃２０］．不同气候区湖泊水１３６２㊀Ｊ．ＬａｋｅＳｃｉ．（湖泊科学），２０２０，３２（５）图１出入湖泊的水组分示意图Ｆｉｇ．１Ｉｎｆｌｏｗｓａｎｄｏｕｔｆｌｏｗｓｏｆｌａｋｅｗａｔｅｒｂａｌａｎｃｅｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ量平衡的关键影响因子不尽相同［１８］．在干旱和半干旱区，降水和蒸发是湖泊水平衡的关键影响因素．以博斯腾湖为例，湖泊水量呈现显著的阶段性特征，主要原因是流域降水发生变化引起入湖水量的阶段性偏少或偏多［１７，２１⁃２２］．由于蒸发量巨大，干旱㊁半干旱区湖泊在降水不足的情况下，往往会损失巨大蓄水量，使水体盐分含量逐渐增大，甚至最终演化成盐湖．我国的盐湖主要分布在青海㊁新疆㊁西藏及内蒙古等地区［１０］．在湿润区和半湿润区，湖区降雨和蒸发基本均衡，流域入湖径流和湖泊向水系排泄是控制湖泊水量平衡的直接因素．比如，北美五大湖的年蒸发量与人工取水量之和与湖面降水量基本持平，五大湖的径流量主要来自流域降雨径流和春季融雪补给，湖泊水量的年内变化显著［２３⁃２４］．对洪泛平原湖泊来说，面积巨大的洪泛区往往对湖泊的水量平衡起着重要的作用．代表性工作包括塔纳湖（ＬａｋｅＴａｎａ）水量平衡的研究［２５］和洞里萨湖（ＴｏｎｌｅＳａｐＬａｋｅ）的水量平衡分析［２６］．两个湖泊都有巨大的洪泛区域，洪泛区域在湖泊水量平衡中作用明显．塔纳湖的水量平衡关系中有６％的河流入湖径流在流经洪泛区时损失，而洞里萨湖与湄公河（ＭｅｋｏｎｇＲｉｖｅｒ）发生显著的水量交换，其年入湖水量中高达５０％以上来自湄公河干流．类似的工作还包括长江中游洪泛湖泊鄱阳湖的水量变化研究，在丰水期６８月份，洪泛区的水量调蓄作用明显，洪泛区蓄水量占５７％，超过了永久湖盆水道（一年四季都淹没的区域）的蓄水量（４３％）［１４］．平原洪泛湖泊的另一个特点是发育着众多的子湖，当主湖水位下降后，这些子湖就出露形成互相独立的小水体．有研究表明，面积大于１ｋｍ２的７７个子湖在低水位时期占全湖水量的５．６％，但面积比例达１８．５％［２７］．相对于干旱区湖泊，湿润区洪泛湖泊与周围水系水力连通良好，排水条件通畅，换水周期短，污染物不易累积，但水沙平衡的变化往往造成湖盆和洲滩的发育或退化，影响湖泊生态功能［６，１０］．在湖泊水量平衡中，地下水的补排量较难确定．目前常运用地下水模型，结合地下水观测数据进行计算，但带有较大的不确定性．也可以采用同位素技术分辨地下水组分，特别是在干旱㊁半干旱区［２８⁃２９］应用广泛，比如，羊卓雍错的渗漏量计算［３０］㊁岱海和乌梁素海的地下水补给计算［３１］等．在长江中下游湿润区，大型浅水湖泊与洪泛区地下水存在强水力联系，地下水位对湖泊水位变化的响应显著，水量交换明显［３２⁃３３］．由于水系㊁地形㊁地貌㊁土壤的高度空间异质性，地表㊁地下水体之间的水文连通时空变化复杂［１９，３４⁃３５］，水交换量的确定尚存在一定的难度．同位素技术联合地表地下水模型或将是有效的研究手段，但相关研究尚缺乏．１．１．２湖泊水量变化及驱动因素㊀湖泊水量呈动态的平衡状态，当这种平衡被严重打破时，湖泊水量将呈现持续性减少或增加的趋势．近２０多年来，湖泊水量的变化尤为显著，其原因大多为气候变化的影响，其次是水利工程引起的河湖水系结构的调整导致河湖水文关系的改变，继而影响湖泊出入水平衡关系［３６⁃３９］．研究湖泊水量变化需要考虑流域及周边相连的水系，常常借助数学模型解析湖泊水量变化的影响因素，预测其未来的变化趋势．视不同时间尺度的需要，湖泊水位和水量的模拟可以是基于经验回归模型的月或年尺度，比如，湖泊月水位与流域气温和流域径流量的回归模型［３６］，也可以是基于日尺度的统计和机器学习模型［４０］或具有全物理机理的水动力模型［４１］．这些模型以湖泊为模拟对象，以流域气象水文条件和湖泊出口的水文条件作为模型输入项，计算湖泊水量的变化．也有研究将湖泊及其集水域作为完整的研究区，把湖泊作为研究区的内部水体，通过流域水文模型和湖泊水文模型的耦合，计算湖泊水量对流域气候变化和覆张㊀奇等：我国湖泊水文学研究进展与展望１３６３㊀被变化的响应．这类模型的优势是将流域与湖泊进行了耦合，湖泊水量与流域地下水实现了双向的耦合反馈，更为真实地模拟湖泊与地下水含水层之间的水量交换以及湖区的产汇流过程［４２⁃４３］．表１列举了基于水量平衡方程㊁统计学㊁机器学习和水动力方程４种不同原理和方法的湖泊水文模型，这些模型针对不同类型湖泊及模拟目的，开展了成功的应用研究．表１几种代表性湖泊水文模型Ｔａｂ．１Ｌｉｓｔｏｆｒｅｐｒｅｓｅｎｔａｔｉｖｅｔｙｐｅｓｏｆｌａｋｅｈｙｄｒｏｌｏｇｙｍｏｄｅｌ类型模型名称或原理应用案例文献ⅠＨ＝ｆ（Ｔ，Ｒ）（统计回归）变量：水位Ｈ（ｍ）㊁气温Ｔ（ħ）㊁入湖径流量Ｒ（ｍ３）尺度：月鄱阳湖；相关系数０．８０［３６］Ⅱ神经网络模型（ＢＰＮＮ）（机器学习）变量：入湖流量（ｍ３）㊁水位（ｍ）㊁湖泊水位（ｍ）尺度：日鄱阳湖；相关系数和纳西效率系数均大于０．９０［４０］Ⅲ水量平衡模型（出入湖水量之差等于湖泊水量增量）变量：河流入湖水量㊁湖面降水量㊁农田排水入湖水量㊁坡面入流㊁地下水入渗量㊁地下水出渗量时间尺度：年际㊁日博斯腾湖㊁洞里萨湖（ＴｏｎｌｅＳａｐＬａｋｅ）［２１，２６］Ⅳ水动力模型（全物理机制水力学方程）ＭＩＫＥ２１㊁ＰＯＭ㊁ＣＡＮＤＩＥ㊁ＥＬＣＯＭ变量：气温㊁风速㊁入湖水量㊁出湖水量或水位尺度：日或以下鄱阳湖㊁安大略湖；纳西系数大于０．９０，均方根差为０．８５ １．７３ħ［１４，４１］㊀㊀气候变化对湖泊水量的影响通常联合气候模式和湖泊水文模型加以预测．这方面的工作已有很多的报道．比如，未来不同温室气体排放对北美五大湖地区的影响，相对于低温室气体排放，高温室气体排放将引起蒸散发的高增加．在高温室气体排放情景下，随着气温的总体增加，冰盖将逐渐消退，总体上湖泊的水位将下降［４４］．而亚热带季风区的长江中下游湖泊，未来气候变化可能导致降雨年内分异更为明显，湖泊水量将呈现枯水季更旱㊁丰水期更洪的两极分化，湖泊洪水和干旱程度有进一步加剧的风险［３６，４５］．在湖泊水量变化的预测中，常带有较大的不确定性．该不确定性来自于气候模式和水文模型，且气候模式输出结果的偏差有可能在水文模型中被进一步放大．目前常采用集合化模拟以减小预测结果的不确定性．比如，采用了７个全球影响模型（ｇｌｏｂａｌｉｍｐａｃｔｍｏｄｅｌｓ，ＧＩＭｓ）开展气候变化对干旱的集合化模拟，而驱动这些ＧＩＭｓ的气候变化情景又来自５个全球气候模型（ｇｌｏｂａｌｃｌｉｍａｔｅｍｏｄｅｌｓ，ＧＣＭｓ），在某种程度上可减小输出结果的不确定性，提高预测结果的可信度［４６］．１．２湖泊极端水文事件在全球变化影响下，热浪和暴雨愈发严重，导致湖泊水量发生显著变异，湖泊干旱㊁洪水等极端水文事件发生频次增大，强度也有所增强，严重威胁湖区和岸线的生命财产安全，并给水生生态系统带来了颠覆性影响［４７⁃５１］．以２０１７年洞庭湖特大洪水为例，湘江㊁资水㊁沅水３条干流及洞庭湖区共２４站点水位超警戒值，直接经济损失达６０．１４亿元［５２⁃５３］．２０２０年７月长江中下游降雨持续增多，鄱阳湖水位快速上涨，至２０２０年７月１３日５：００，星子站水位达２２．６０ｍ，超警戒水位３．６ｍ，刷新历史最高水位（２２．５２ｍ）（江西省水利厅实时共享数据）．但同时，洞庭湖㊁鄱阳湖干旱加剧，秋㊁冬季枯水期水位也创历史新低［６，２０，３９］．研究气候变化叠加人类活动影响下的湖泊极端水文过程发生机理，是湖泊水文学的重要内容，也是当前水文水资源研究领域的热点问题之一，对湖泊防洪抗旱减灾以及应对全球变化具有现实意义．１．２．１湖泊极端水文事件及其识别方法㊀湖泊极端水文事件指在特定时间尺度上湖泊水文过程发生的小概率事件，一般具有相对的水文极值㊁持续的时间㊁对湖泊水安全和水生态环境产生严重影响等特征［５４⁃５６］．研究湖泊极端水文事件最常用的水文变量是湖泊降水和水位，这些变量相对易于获取且时间序列较长，对湖泊水文特征的描述也最为直观［５７⁃５９］．随着模型模拟技术的发展，湖泊水面积㊁蓄水量㊁流速㊁洲滩湿地的淹没１３６４㊀Ｊ．ＬａｋｅＳｃｉ．（湖泊科学），２０２０，３２（５）面积等变量也逐渐被用来研究湖泊极端水文事件，这对于进一步探索极端水文事件对湿地生态水文过程㊁湖泊水生态系统和水环境的影响具有重要意义［１５，３２，６０］．目前，湖泊极端水文事件的识别并没有统一的标准，而湖泊水文极值的确定是湖泊极端水文事件识别的关键内容．湖泊水文极值的确定方法主要包括３种：（１）经验法．根据水位等湖泊水文变量对当地生产和生活产生的影响来确定［６１⁃６３］．以鄱阳湖为例，认为当都昌站水位低于１４ｍ时湖泊进入了枯水状态，当星子站水位高于１９ｍ时则认为湖泊发生了洪水事件［６２⁃６３］；（２）极值法．特定时间段内湖泊水文变量的最大／小值［６４⁃６６］．如１９９８年鄱阳湖洪水事件中，湖口站和星子站分别出现了历史最高水位２２．５９和２２．５２ｍ；（３）极值分布函数，包括广义极值分布函数㊁皮尔逊ＩＩＩ型函数㊁韦布函数等［６７⁃６８］；（４）标准化湖泊水位法．运用伽马函数和标准化方法，将湖泊水位转换为正态分布，利用概率值确定干旱强度，并可确定干旱事件的起止时间和干旱程度等［６９］．比如，基于广义极值分布函数发现２０１１年是鄱阳湖１９６０２０１３年最为干旱的年份［７０］．根据研究的区域和时间尺度，不同学者选择不同的湖泊水文变量和水文极值确定方法来识别相应的湖泊极端水文事件，进而对湖泊极端水文事件的基本特征进行分析，主要包括：极端事件的起止时间㊁持续时间㊁严重程度㊁峰值㊁发生频率㊁幅度㊁变化趋势等，这些是湖泊极端水文事件研究中讨论最为广泛的内容［２０，５４，６０，６８，７０⁃７３］．基于实测流量数据，研究了长江上游与洞庭湖洪水遭遇频率㊁遭遇程度㊁持续时间等方面的特征，结果表明该地区洪水发生频繁，发生时段主要集中在６７月［７４］；基于年最大洪峰流量和年最高洪水位数据，分析了洞庭湖三口水文极值的变异特性，发现年最大洪峰流量和年最高洪水位具有向下突变的趋势［７５］．１．２．２湖泊极端水文事件成因及归因方法㊀湖泊极端水文事件的产生是流域出㊁入湖水文过程和湖泊自身水量收支过程共同作用的结果［７６⁃７９］．流域水文过程受气候㊁土地利用／覆被变化和社会经济发展用水的综合影响，湖泊本身作为陆气交互作用的特殊界面，降水㊁蒸发等水热条件剧烈波动，加之湖区围垦养殖㊁湖泊水沙开采㊁水利工程建设等人类活动的影响，使湖泊极端水文事件的成因异常复杂．常用的成因识别方法可分为统计分析法和数值模拟法，其中，统计分析法主要用于湖泊极端水文事件成因的定性识别，包括相关分析法和联合分布函数法［７０，８０⁃８４］；数据模拟法主要用于湖泊极端水文事件成因的定量识别，包括机器学习法和水文水动力方法［２０，７３，８５⁃８７］．此外，基准期，即未发生极端水文事件时期的选定是研究湖泊极端水文事件成因的前提，直接影响到归因结果．基准期的选定有两种：一是选择没有发生湖泊极端水文事件的历史时期；二是模拟没有发生湖泊极端水文事件时的假定情景．流域来水和湖泊本身的降水和蒸发水量收支作为极端水文事件产生的水分来源，是影响湖泊极端水文事件的关键因素．就湖泊洪水事件而言，其发生的主导因素一般是气象条件，即发生了极端来水或湖泊本身发生了极端降水事件［５２，８８⁃９１］．２０１６２０１７年青藏高原中部湖泊水位的剧烈波动是由厄尔尼诺引起的降水变化导致的［５４］；而２０１７年洞庭湖特大洪水是由流域极端来水和湖区极端降水共同引起的［５２］．对于长江中游的大型通江湖泊而言，湖泊洪水过程的形成与流域洪峰过程和长江洪峰过程的遭遇时间相关，长江洪峰的错峰可有效降低湖泊洪水发生的风险［９２⁃９３］．相对而言，湖泊干旱事件的成因比较复杂．这是因为湖泊干旱事件涉及的各因素间有着强烈的陆气交互作用，且干旱事件的持续时间较长㊁影响范围较广，加之湖泊类型㊁所处气候区和研究尺度的差异，不同的研究得出的湖泊干旱事件的主导因素有所差异．主要包括：（１）气象条件为主导．降水㊁冰雪融水等气象条件引起的流域来水减少㊁湖泊降水减少和蒸发增加，是湖泊干旱发生的触发器，这种类型的湖泊干旱事件可发生于全球所有气候类型的湖泊［８４，９４］．比如，美国中部平原地区小型湖泊的干旱事件主要受到冰雪融水引起的入湖径流减少和蒸发增加的影响［９４］；而流域降水减少引起的入湖径流降低是１９６３年鄱阳湖春季干旱发生的主要原因［９５］；（２）高湖泊资源开发强度为主导．下垫面改变㊁湖区围垦㊁人类取用水和水库调蓄等人类活动一方面影响入湖径流量，另一方面直接影响湖泊的容积蓄水量，这种类型的湖泊干旱事件主要发生在水资源比较匮乏㊁人类开发利用湖泊资源强度较高的干旱半干旱区湖泊．比如，人类活动引起的入湖径流量减少是白洋淀发生干旱的主要原因［９６］；人类活动对１９９９２０１０年伊郎西部的乌尔米亚湖干旱事件的贡献量高达７２％ ８７％［７８］；（３）江湖关系改变为主导．对于过水型湖泊和吞吐型湖泊而言，除了入湖水文过程㊁湖泊降水和蒸发影响外，湖泊出流过程改变也是影响极端水文事件的重要因素［６３，８０，９２，９５］．比如，长江中下游通江湖泊的干旱趋势除了气候变化大背景外，长江上游大型水库张㊀奇等：我国湖泊水文学研究进展与展望１３６５㊀运行造成的下游径流减少㊁干流河床持续冲刷下切而引起的江湖关系调整，是导致湖泊秋㊁冬蓄水量显著减少的主导因素［３８，７７，９５］．１．３湖泊水动力与调蓄过程湖泊水动力与调蓄过程是湖泊生态系统的基本过程．湖泊水动力驱动湖泊泥沙和营养物质的输移和扩散，改变湖泊生态系统的物理环境条件，进而影响湖泊化学元素的循环和生物栖息地条件，同时也影响着能量的传输，是决定湖泊生态系统结构功能的基础．湖泊调蓄流域来水㊁改变来水水动力特性，对湖泊环境和生态有重要影响．湖泊水动力研究既涉及以深水湖泊密度分层为主的动力特性研究，也涉及以浅水湖泊为代表的风生流㊁吞吐流研究．研究尺度既有微观的紊动水流结构特征探究［９７］，又有以宏观环流运动特征为主的解析［９８］．１．３．１湖泊水动力过程㊀观测和模拟是湖泊水动力过程研究的主要手段．水动力现场观测早期手段较为缺乏，主要是单点的流速调查．我国最早于１９６０ｓ就开展了太湖等大型湖泊的湖流和波浪等调查［９９］，为湖泊研究提供了重要的基础数据［１００］．１９７０ｓ以来，采用数学模型模拟河湖水动力得到快速发展，并在湖泊水动力研究中得到应用．在１９９０ｓ建立了太湖㊁滇池㊁洪泽湖等湖泊的水动力模型，开展了湖泊环流结构㊁内波等的研究，为深化认识湖泊水动力过程奠定了基础．近年来，随着高分辨率高频的三维垂线流速测试㊁走航式三维流速测试㊁平面大范围流场测试等手段的发展，湖泊水动力原位观测能力得到快速发展，显著提升了湖泊水动力过程机理的研究水平［１０１］．而数学模型可经济㊁快速地获取时间和空间上完整的湖泊水动力过程，成为研究大尺度湖泊水动力过程不可或缺的手段，在科研和工程实践中得到广泛应用［１０２⁃１０５］．浅水湖泊湖流主要可以分为风生流和吞吐流，以风生流为主．太湖是我国典型的风生流浅水湖泊，表现为表层风生流及底部反向补偿流构成的垂向二维环流模式［９８，１０６］；太湖不同季节及典型风场下的环流形式不尽相同［９８，１０７⁃１０８］；水动力过程的模拟在刻画太湖风涌水特征［１０９⁃１１０］，揭示地形变化的影响［１１１］㊁典型台风对水动力场的影响［１１２］㊁围垦的影响［１０８］等方面成果斐然．同时，太湖也是水环境和水生态问题最为突出和典型的湖泊之一，水环境和水生态问题成为近２０年来湖泊水文学研究的内容之一．为此，研发了耦合湖泊水动力水质和生态的模型，在研究太湖营养盐㊁透明度的时空异质特点及影响因素［１１３⁃１１６］，定量评估调水工程对水动力及水环境改善效果［１１７⁃１１８］，预报藻源性湖泛和蓝藻水华暴发［１１９⁃１２１］等方面都取得了新的进展．通江湖泊由于受流域和江河影响，水动力以重力型吞吐流为主，且存在季节性变化特征．洞庭湖和鄱阳湖受流域和长江的双重影响，水位变幅巨大，水动力存在显著的时空异质性特点，对江湖关系变化㊁气候变化和人类活动极为敏感．研发了长江中游江湖河一体化的一㊁二维耦合水动力数学模型［１２２］，并构建了洞庭湖［１２３］和鄱阳湖［７３，１２４⁃１２５］水动力模型．模型充分采用干湿判别法处理频繁的露滩和淹没过程，采用局部加密技术，较为理想地刻画了通江湖泊 洪水一面㊁枯水一线 的特点．在模拟水位㊁淹水面积和流场变化及其对江湖关系的定量化响应方面，取得了显著进展．基于水动力模拟，获取了鄱阳湖水位对流域来水和长江来水的定量响应特征［１２６］，量化了三峡水库运行对湖泊水位㊁流量的影响［１２７］．针对近年来极端低水事件，从水动力角度量化了流域和长江来水对低水的贡献权重，得到了春季低水主要由流域引起㊁秋季低水则多为长江主控的结论．此外，采砂引起的入江通道地形下切对水位的影响亦不可忽视，采砂引起鄱阳湖枯季泄洪能力增加１．５ ２倍［１２８］，北部入江通道水位下降１．２ ２ｍ［１２９⁃１３０］．通江湖泊水动力并非只呈现单一的吞吐流态，特定条件下，还存在倒灌流和风生流．基于鄱阳湖水动力模型，刻画了特定江湖关系下出现的倒灌流特征，最大倒灌距离可达到上游的康山［９３］；识别了鄱阳湖风控区为东部湖湾和西部近岸区［１３１］；同时也发现，虽然鄱阳湖整体上呈二维流态，但湖区中部及东部在夏季存在垂向温度分层现象［１３２］．再者，湖泊水动力模拟在定量评估鄱阳湖拟建水利枢纽工程的影响［１３３⁃１３４］，刻画鄱阳湖水动力㊁水质和悬沙场的时空异质性方面［１３５⁃１３９］，也发挥了重要作用．深水湖泊往往存在垂向分层现象．不同湖区表㊁中㊁底层呈现不同形式的水平及垂向环流结构．太阳辐射对湖水表层的加热使得表㊁底层产生温度差异，导致水体密度分层．这种垂向结构受季节变化影响，冬季相对混合较好，而夏季则明显分层［１４０］．因而，深水湖泊大多采用三维模型，如北美五大湖区［４１，１０５，１４１］㊁非洲大湖区［１４２］㊁贝加尔湖［１４３］㊁抚仙湖［１４４］等深水湖泊的模拟．模拟要素涉及温度㊁密度㊁压力等的时空变化，空间环流结构和温跃层生成及变化形式等．。

中国湖泊水体富营养化生态治理技术研究进展中国湖泊水体富营养化是指湖泊水体中富含氮、磷等营养物质，导致水体生物量增加，水质恶化，对水生态系统造成严重影响的一种现象。

随着工业化和城市化的加速发展，湖泊水体富营养化问题日益突出。

为了有效治理湖泊水体富营养化，科研工作者们近年来不断探索和研究，取得了一系列的进展和成果。

本文将就中国湖泊水体富营养化生态治理技术的研究进展进行总结和介绍。

一、湖泊水体富营养化的成因及影响二、生态治理技术研究进展1. 生物修复技术生物修复技术是利用植物和微生物等生物资源，通过生物作用来净化水体，是当前湖泊富营养化生态治理的重要手段之一。

水生植物如芦苇、菖蒲等可以吸收水体中的营养物质，起到生物修复的作用。

适当增加水体中的有益微生物，如利用硝化细菌和反硝化细菌来分解水体中的氮、磷等营养物质，也可以有效降低水体的富营养化程度。

2. 非点源污染治理技术非点源污染是湖泊富营养化的主要原因之一，主要包括农田的化肥和农药流失、城市的雨污分流等。

加强农田和城市的非点源污染治理至关重要。

采取措施如农业面源污染的减量化、城市雨污分流的治理，可以有效减少水体中的营养物质输入，从而遏制水体富营养化的发展。

3. 非化学处理技术传统的化学处理技术虽然可以迅速减少水体中的营养物质，但对水生生态系统的影响较大。

近年来研究人员开始重视非化学处理技术，通过物理方法和生物方法来进行富营养化水体的治理。

利用微滤膜、超滤膜等膜技术来去除水体中的营养物质；利用养殖生物和微生物来进行营养物质的降解，从而实现水体的生态修复。

三、进一步工作展望当前，我国湖泊水体富营养化治理工作取得了一定的进展，但仍存在着许多问题和挑战。

目前湖泊富营养化治理工作多集中在局部湖泊，对整个湖泊生态系统的治理和保护工作还不够全面和深入。

部分生态治理技术虽然在实验室条件下取得了良好的效果，但在实际应用中存在成本高、效果不稳定等问题，需要进一步改进和优化。

中国湖泊水体富营养化生态治理技术研究进展【摘要】湖泊水体富营养化是当前环境问题中的一个重要课题，对水质造成严重影响。

本文对中国湖泊水体富营养化的生态治理技术研究进展进行了综述。

在引言中，我们简要介绍了研究背景和研究意义。

正文部分首先概述了湖泊水体富营养化的现状，接着介绍了多种生态修复技术研究，探讨了水环境的管理与保护措施，最后列举了湖泊富营养化防治技术。

在结论中总结了研究成果并展望未来的研究方向，同时讨论了这些技术在实际应用中的前景。

本文对中国湖泊水体富营养化的治理工作进行了全面的梳理和总结，为解决湖泊水体富营养化问题提供了一定的参考和指导。

【关键词】湖泊水体富营养化，生态修复技术，水环境管理，湖泊富营养化防治技术，研究成果，未来展望，技术应用前景1. 引言1.1 研究背景湖泊水体富营养化是指湖泊水体中的营养盐浓度过高，导致水体生态系统失衡和水质恶化的现象。

湖泊水体富营养化对水生生物、水质和水资源的质量产生了严重影响，成为当今世界面临的重要环境问题之一。

我国是世界上湖泊众多的国家之一，特别是长江流域、淀山湖、洞庭湖等地区的湖泊富营养化问题日益突出，给当地生态环境和人民生活带来了严重影响。

深入研究湖泊水体富营养化的形成机制与治理技术，对于改善我国湖泊水质、保护水资源、促进生态经济发展具有重要意义。

针对湖泊富营养化问题，国内外学者们已经开展了大量相关研究，探索各种生态修复技术和水环境管理模式，取得了一些重要研究成果。

湖泊水体富营养化治理仍面临着许多挑战和困难，需要进一步加强研究和探索新的技术路线，以期在湖泊水体富营养化治理上取得更为显著的成果。

1.2 研究意义湖泊是重要的自然资源，对于维护生态平衡和人类健康具有重要意义。

由于人类活动的影响，湖泊水体富营养化问题日益突出。

湖泊水体富营养化不仅会导致水质恶化、水生生物种群减少，甚至湖泊生态系统的崩溃，还会对周边环境和人类健康造成负面影响。

开展中国湖泊水体富营养化生态治理技术研究具有重要的意义。

我国湖泊富营养化研究现状我国湖泊富营养化研究现状湖泊作为重要的生态系统，对于维持区域的水文循环和生物多样性具有重要的作用。

然而，随着经济的快速发展和人口的增长，我国湖泊普遍面临着富营养化的问题，严重影响了湖泊的水质和生态系统健康。

本文将介绍我国湖泊富营养化的现状，并对其中的原因和影响进行分析和探讨。

富营养化是指湖泊水体中营养元素（包括氮、磷等）的浓度过高，导致水体中藻类等浮游植物大量繁殖，使湖泊水质发生变化的状态。

过量的营养物质来源主要包括农田排放、城市污水、养殖废水以及大气沉降等。

我国湖泊富营养化现象普遍且严重，特别是在经济发展较为发达的东部地区，如长江、珠江流域。

首先，我国农业的发展过程中普遍存在营养物质过量的问题。

大量的农业化肥和农药使用过程中，营养物质往往被过量施用于农田，随着降雨和灌溉水的冲刷，营养物质流入湖泊，导致湖泊富营养化。

此外，养殖业的快速发展也为湖泊富营养化提供了重要的源头。

其次，城市化进程造成了大量的污水排放，直接排放至湖泊或通过河流进入湖泊，使湖泊富营养化加剧。

特别是在经济发达的沿海城市，污水处理设施的不完善以及部分非法排放污水等因素，使湖泊水质难以保持良好状态。

此外，大气沉降也是湖泊富营养化的一个重要因素。

随着工业的快速发展，大量的工业废气排放和机动车尾气释放，使得空气中的营养物质颗粒通过沉降进入湖泊，进一步加剧了湖泊富营养化的问题。

湖泊富营养化对水环境和生态系统产生了严重的影响。

首先，富营养化使湖泊水质变差，水体电导率增加，颗粒物浓度增加，水体透明度下降，影响湖泊生态系统的光合作用和水生生物的生存。

其次，过量的营养物质促进藻类的大量繁殖，形成赤潮等现象，引发水体藻华，并且藻华会消耗大量的氧气，使水体缺氧，影响鱼类等水生生物的生存。

此外，藻华中的有害藻类还会产生毒素，对于人类和动物的健康造成威胁。

我国针对湖泊富营养化问题的研究已经取得了一定的进展。

在湖泊生态学和环境科学领域，研究者通过长时间的监测和实验研究，建立了一系列针对富营养化的治理技术和方法。

中国湖泊水体富营养化生态治理技术研究进展随着我国经济的快速发展和社会的进步，湖泊水体富营养化问题日益凸显。

湖泊水体富营养化是指由于过度的营养物质输入，导致水体中的植物生长过度，从而破坏了湖泊的生态平衡。

由于湖泊水体富营养化会导致水质恶化、藻类大量繁殖、水生植物减少等问题，给生态环境和人民生活带来了严重影响。

湖泊水体富营养化生态治理成为当前生态环境保护领域的重要课题之一。

为了更好地解决这一问题，我国开展了湖泊水体富营养化生态治理技术研究工作，取得了一系列的技术进展。

我国开展了湖泊水体富营养化监测和评估技术研究。

监测和评估是湖泊水体富营养化治理工作的基础，只有准确了解湖泊富营养化的状况，才能有针对性地制定治理方案。

我国在这方面开展了大量的研究工作，建立了较为完善的监测评估体系，包括了对湖泊水质、营养盐、藻类和水生植物等指标的监测方法和评估标准。

并且，我国还开展了湖泊水体富营养化形成机制和影响因素研究，深入探讨了湖泊水体富营养化的根本原因以及影响因素，为制定科学的治理方案提供了理论依据。

我国积极探索适合湖泊水体富营养化治理的生态修复技术。

生态修复是目前国际上广泛认可的一种治理方式，其核心理念是通过恢复湖泊自身的生态系统功能来实现湖泊水体富营养化的治理。

我国在生态修复技术方面进行了大量的研究，并取得了显著的成效。

通过修复湿地和湖泊周边的生态环境，可以有效减少营养盐的输入，提高水体的自净能力；采用人工湿地和人工湖泊的方式，可以增加湿地和湖泊的面积，减少水体中的营养盐浓度。

我国还开展了水生植物和藻类的生物防治技术研究，通过引入适当的水生植物种类和藻类的天敌来控制湖泊水体中藻类的生长，从而改善水质环境。

我国在湖泊水体富营养化治理技术方面进行了一系列的工程实践和技术创新。

目前，我国已经建设了大量的湖泊水体富营养化治理工程，并逐步推广了一系列新技术和新方法。

通过利用生物吸附技术和生物过滤技术来降低湖泊水体中的营养盐浓度，或者利用化学沉淀技术和生物滤池技术来去除水体中的藻类和废弃物。

682014年10月下半月刊旅游管理研究一、引言湖泊旅游是利用湖泊富于变化的水文形态、生动的自然景观、良好的生态环境、丰富的人文积淀和相关的游乐设备设施，向旅游者提供的全方位的服务产品。

随着我国居民收入水平的提高与旅游需求的加强，以生态观光、水上运动、野营探险、休闲度假为代表的湖泊旅游，越来越受到广大旅游者的欢迎。

湖泊旅游开发研究也逐渐受到学者们的关注。

但到目前为止，国内湖泊旅游开发的研究成果数量较少，也缺乏系统的理论。

本文在对国内湖泊旅游开发研究进行梳理和归纳的基础上总结了研究内容和研究方法上的特点，为今后我国湖泊旅游开发研究提供了思路。

二、文献回顾本文通过对近20年来我国学者对湖泊旅游开发相关文献的研究，主要归纳为湖泊旅游地开发评价、湖泊旅游开发原则、湖泊旅游开发模式、湖泊旅游产品开发、湖泊旅游开发中的环境问题等几个方面。

（一）湖泊旅游地开发评价我国是一个湖泊资源大国，湖泊旅游地的品质也层次不齐，建立合理的评价指标体系是衡量一个湖泊旅游地是否具有开发潜力的首要条件。

王家骏（1998）通过湖泊生态环境、景观美学、旅游功能、建设条件四方面的综合评价得出五类旅游湖泊地开发价值大小依次为：低山丘陵型、城镇型、高山型、平原型、高原型。

齐先文，查良松（2009）根据湖泊型旅游地开发评价因子的特性，构建了湖泊型旅游地开发评价指标体系，最终把湖泊型旅游地重要度分为4级：世界级、国家级、省级、市级。

陈冬梅，卞新民（2005）结合高原湖泊旅游资源的特性，构建了湖泊旅游资源可持续利用评价指标体系，并以此模型对抚仙湖进行了实证研究。

（二）湖泊旅游开发原则湖泊旅游地环境敏感性、资源复合性的特点决定了其多维目标统一的开发原则，湖泊旅游的开发必然是实现生态保护、经济发展、游憩娱乐等多重功能的重要途径。

李景奇（1997）建议湖泊资源的开发应以保护为前提，做到合理安排、保证资源的永续利用；以景观生态学的基本原理为指导，保证景观的完整性及其特色；开发规模应控制在生态容量、资源容量和经济发展容量所允许的范围之内。

中国湖泊学研究进展
濮培民;屠清瑛;王苏民
【期刊名称】《湖泊科学》
【年(卷),期】1989(000)001
【摘要】本文从六个方面概述了中国湖泊资源利用与湖泊学研究进展:1.湖泊考察与综合调查;2.物理湖泊学研究;3.湖泊沉积与古湖泊学研究;4.水生生物与生态学研究;5.湖泊水化学与环境保护研究;6.湖泊资源开发利用研究.
【总页数】11页(P1-11)
【作者】濮培民;屠清瑛;王苏民
【作者单位】中国科学院南京地理与湖泊研究所;中国科学院南京地理与湖泊研究所
【正文语种】中文
【中图分类】P343.3
【相关文献】
1.氨氧化古菌生态学及其在湖泊生态系统中的研究进展 [J], 马婷;赵大勇;曾巾;燕文明;姜翠玲;黄睿;王猛
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3.中国湖泊沉积物纹层年代学研究进展 [J], 李凯;游海涛;刘兴起
4.中国湖泊水体富营养化生态治理技术研究进展 [J], 刘韩; 王汉席; 盛连喜
5.中国湖泊古生态研究进展 [J], 羊向东;王荣;董旭辉;王倩;陈旭;徐敏;张科
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