近30年来人类活动和气候变化对白洋淀水质的影响
文献类型：学位论文
| 作者 | 韩玉丽 |
| 答辩日期 | 2023-06 |
| 文献子类 | 学术型学位 |
| 授予单位 | 中国科学院大学 |
| 授予地点 | 中国科学院地理科学与资源研究所 |
| 导师 | 卜红梅 |
| 关键词 | 水质 人类活动 气候变化 广义相加模型 白洋淀 |
| 学位名称 | 硕士 |
| 学位专业 | 自然地理学 |
| 英文摘要 | 在人类活动和气候变化的共同作用下，湖泊水体中的物理、化学、生物过程都经历了深刻的改变，导致了一系列生态问题。白洋淀作为雄安新区的核心区域，是华北地区重要的浅水湖泊和生态功能区，然而长期以来受人类活动和气候变化的共同影响，水体污染严重，制约了白洋淀生态功能的发挥。因此，揭示人类活动和气候变化对白洋淀水质的影响程度和范围，对雄安新区建设和区域生态安全具有重要意义。 本研究综合了历史资料、野外监测和室内实验数据，采用多元统计方法和广义相加模型（GAM），分析了近30年来白洋淀水质变化特征、人类活动和气候变化特征，多角度阐明了近30年来白洋淀人类活动和气候变化与水质变化之间的关系，定量揭示了人类活动和气候变化对白洋淀水质的影响程度和范围。主要结论如下： （1）白洋淀近30年的水质变化分析表明，白洋淀水质从1994后开始变差，直到2017年开始恢复，湖水中的化学需氧量（COD）和总氮（TN）浓度呈现升高趋势，溶解氧（DO）和总磷（TP）浓度则呈现降低趋势，在1991~2020年，白洋淀水质等级、COD和TP浓度具有显著的年代差异（P<0.05），DO和TN浓度年代差异均不显著。水质现状分析结果显示，白洋淀水体目前仍属于Ⅳ类水，湖水水质的季节差异显著（P<0.01），夏季水体富营养化程度显著高于其他季节；在生态补水后，湖水中K+、F-和NH4-N的平均浓度显著降低，基本理化指标、其他阴阳离子和营养盐的平均浓度则显著升高；在年内极端降水后，白洋淀水质的空间差异显著，湖水水化学类型主要为Ca-HCO3·SO4型，其水化学组成主要受到岩石风化作用控制，受到的蒸发结晶作用影响较小且基本不受人类活动等其他因素的影响，湖水中δ2H和δ18O值的空间分布表现出西北部和南部富集、西部和东北部较为贫化的特征，且均与水深显著负相关，水体中NH4-N、TN和TP浓度分别符合Ⅲ类、Ⅴ类和劣Ⅴ类水质标准。 （2）白洋淀近30年的人类活动变化分析结果表明，保定市人口快速增长，人口密度、年末总人口数和第二、三产业从业人员数呈显著升高趋势（P<0.05），大部分社会经济指标存在显著增加趋势，并呈“S型”变化，社会经济发展已进入成熟期；在城市排污中，工业二氧化硫和废水排放量呈显著的下降趋势；白洋淀补水量呈增加趋势，并在雄安新区成立后迅速增加，但补水在实际过程中的损失量较大，最高、平均和最低水位呈现微弱的下降趋势。气候变化趋势分析结果显示，白洋淀年最高气温和最大月降水量在研究期内显著升高，年平均和年最低气温及年降水量显著下降；方差分析表明，白洋淀流域年平均和最低气温的年代差异显著（P<0.01），年最高气温、年降水量和最大月降水量的年代差异不显著；5a滑动分析结果表明气温和降水量的突变发生在1995年、2000年、2003年、2007年、2012年和2016年。 （3）人类活动与湖泊水质之间的相关和GAM分析结果表明，近30年来人类活动对白洋淀水质变化的平均贡献率为47 %。保定市人口和社会经济指标对白洋淀水质变化的平均贡献率分别为50 %和49 %（P<0.05），人口密度、年末总人口数和社会经济的发展显著增大了白洋淀水质等级和COD浓度；保定市第三产业的发展对水质的影响最大，其次是第二和第一产业；城市排污对水质变化的平均贡献率为49 %（P<0.05），生活污水对COD浓度升高的影响显著大于工业废水排放，表明生活排污对白洋淀水质的影响大于工业排污，并且环境管理显著缓解了白洋淀水质恶化，随着管理力度的加大，水体中的主要污染来源已经从外源污染转变为淀中村和沉积物导致的内源污染，湖水δ15N-NO3和δ18O-NO3关系表明现阶段生活排污对湖水中硝酸盐含量的影响较为微弱；近30年的补水和水位变化对白洋淀水质变化的平均贡献率为37 %，生态补水在一定程度上稀释了TP等营养盐浓度，但补水量超过一定范围时，加快了营养物质的平流扩散过程，反而使湖水中的TN和TP浓度升高，而年内生态补水通过水体混合及稀释作用提高了淀区水体中的pH、DO、Na+、Cl-和SO42-浓度，使湖水EC和TDS值升高。 （4）白洋淀近30年来长时间序列气候变化与水质之间的关系表明，气候变化显著影响了湖泊水质，平均贡献率为33 %。在相关分析和GAM中，年平均气温和最低气温影响了所有湖水水质变量，气温变化对白洋淀水质变化的平均贡献率为31 %（P<0.1），气温变化影响了湖水中的生化反应速率，水体中有机物的需氧量随着气温的升高呈现增加趋势；降水对白洋淀水质变化的平均贡献率为35 %，降水影响了污染物的稀释程度，使水体中COD浓度显著降低，但较大的降水量加速了沉积物中磷的内源释放，使水体中TP浓度增加；年际极端气候变化与湖泊水质之间的关系表明，年际极端气候变化因子与白洋淀大部分水质变量相关，解释了水质变化总方差的62.8 %~73.9 %，年际极端气温变化显著影响了湖水DO和TN浓度，加剧了湖泊污染，年际极端降水则通过稀释作用改善了淀区水质；对比分析结果表明，年内极端降水减弱了蒸发结晶和人类活动等因素对湖水水化学组成的影响，是导致白洋淀pH、EC和总溶解性固体发生大幅度变化的原因之一；年内极端降水使白洋淀的氢、氧稳定同位素贫化，强降水引起的水深突然增加，导致湖水受到的蒸发分馏作用影响减弱；年内极端降水增加了面源污染扩散的速度，导致白洋淀湖水中的营养物质浓度升高，白洋淀大气降水中的氨氮也可能导致极端降水条件下湖水中氨氮浓度升高，而上游水库为了应对强降雨事件进行的调蓄放水使得白洋淀东北部水质有所改善。 （5）人类活动与气候变化综合作用与水质变化的GAM分析结果表明，人类活动与年平均气温和年降水量的综合作用显著影响了白洋淀水体中的COD浓度，解释了COD变化偏差的47.0 %~87.3 %和43.6 %~94.1 %（P<0.05），其影响程度（74 %）显著高于人类活动和气候变化单因素对COD浓度的影响（40 %），而对其他水质因子的影响并不显著。因此，人类活动与气候变化之间的综合作用在一定程度上放大了人类活动对水质的影响。 白洋淀水质变化是多种因素综合作用的结果，人类活动是主要的影响因素，在人类活动影响的背景下，气候变化对白洋淀水质同样存在显著影响，两者之间综合作用在一定程度上放大了人类活动对水质的影响，因此，未来应采取更加严格的水质和水环境管理策略，以应对日益复杂的人类活动和气候变化。本研究为白洋淀的水资源安全以及雄安新区的水资源适应性管理提供了科学依据。 |
| 语种 | 中文 |
| 页码 | 131 |
| 源URL | [http://ir.igsnrr.ac.cn/handle/311030/199710]  |
| 专题 | 地理科学与资源研究所_研究生部 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 韩玉丽. 近30年来人类活动和气候变化对白洋淀水质的影响[D]. 中国科学院地理科学与资源研究所. 中国科学院大学. 2023. |
入库方式： OAI收割
来源：地理科学与资源研究所
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