基于水系连通的平原河网区磷素持留与迁移规律研究

The effect of river change on water environment in the plain river network area is the hot and difficulty issue in the background of underlying change and environmental pollution. The typical plain river network of Lixiahe region, which is in the lower reach of Huai river basin, has numerous Lake-Marsh. Pot shaped geomorphology has resulted in the poor water flow. Based the analysis of spatial and temporal evolution of Lixiahe river system, Experimental observations and Model simulation will be integrated to quantitative analyze the relationship between river network connectivity and the retention characteristics and dynamic fluxes of phosphorus. Firstly, the typical areas, which have similar land use types and different river network connectivity, will be selected to make a comparative study. The status of river network connectivity will be investigated and the situations of hydrology and water quality will be continuous experimental observed to explore the retention characteristics of phosphorus under different grade rivers; Secondly, Spatially referenced regressions on watershed attributes model will be established to simulate phosphorus flux dynamics and determine the main factors and its contribution rate on phosphorus transfer in river. Scenario forecasting will be conducted based on the river network connectivity. Finally, the relationship of the river network connectivity change, hydrology process and water quality will be revealed. The results could provide a scientific basis to improve water environment from the aspect of river structure, lake-river connectivity and water cycle, and also would further promote the research in the field of change and predict of environment.

平原河网地区水系变化对水环境的影响是流域下垫面变化下的水环境效应研究的重点和难点。江苏里下河地区位于淮河下游，地形特殊，其腹部区呈“锅底洼”，水系连通不畅。拟在对里下河水系时空演变特征及驱动机制分析的基础上，综合采用实验观测和模型模拟方法，定量分析河网连通性与磷素持留特征以及磷迁移通量之间的关系。首先，选择土地利用相似、河网连通异同的典型区进行对比研究，实地调查河网水系连通状况并连续实验观测水文水质现状，研究不同等级河流磷素持留特征；其次，以磷通量时空变化为研究对象，构建基于空间的流域营养物质污染负荷动态模拟模型，确定影响磷素水中持留和迁移的流域空间因素及其贡献率，进而作出基于河网水系连通的情景化预测；最终揭示“河网连通性-水文过程-水质变化”作用规律。研究成果有望为改善里下河及类似地区水环境提供关于水系结构与水循环方面的科学支撑，亦可促进下垫面变化效应领域学科发展。

平原河网地区水系变化对水环境的影响是流域下垫面变化下的水环境效应研究的重点和难点。本项目以江淮下游里下河平原为典型区，通过GIS和遥感解译、河网水系提取、野外调查采样、资料对比、模拟分析等技术，最终揭示“土地利用变化-河湖水系变化-水环境”作用规律。研究结果表明：①研究区土地利用变化主要表现为旱地向城镇用地的转移，1991～2010年，城镇用地面积扩大了近4倍，旱地面积减少了2/3，且变化主要集中在城市化率较高区域。②研究区河流曲度较小，河网连通性较好，河网曲度和连通度总体上变化较弱；但河网密度和河网水面率均呈不断减少趋势。③研究区河网水系变化存在时空差异性。河网水系在缓慢城市化时期（1970s～1980s）的衰减率高于快速城市化时期（1980s～2010s），特别在城镇化发展缓慢区域表现显著。城镇化发展快速区域，其河网水系持续减少且变化剧烈。④研究区河道变化存在着等级差异性。城镇化等人类活动对河网水系的影响，呈现出先低等级河流、后高等级河流的特征规律。其中，低等级河流数量持续减少且变化强度剧烈，高等级河流数量变化不大且其面积和长度均有所增加。⑤不同等级河道的对比分析结果表明，低等级河流中磷素浓度显著高于高等级河流，且低等级河流中总磷和颗粒态磷浓度时空变化幅度较大，而高等级河流则变化幅度相对较小。⑥在相同等级和相同周边土地利用条件下，连通性差的河流中磷素浓度显著高于连通性好的河流。当河湖水系连通性增加后，湖泊内流速增加、水环境改善效果显著。研究结论表明,在自然地理气候变化和人类活动胁迫的双重作用下，平原河网地区水系格局发生了很大的变化;平原河网区河流等级和连通度等水系结构因素影响河流中磷素的时空变化特征。因此，在平原河网区河流环境整治过程中要进行分级治理，特别要注重低等级河流的保护、疏浚和连通。本项目研究对探寻平原河网区水系变化下水环境保护对策措施提供一定的科学依据。