東北地理所在基于水質(zhì)控制目標(biāo)的查干湖多水源綜合調(diào)控研究取得進展
干旱半干旱地區(qū)利用農(nóng)田排水恢復(fù)濕地生態(tài)系統(tǒng)既可解決農(nóng)田退水出路問題又可緩解濕地水資源緊張問題。然而，過量農(nóng)田退水也是造成水體富營養(yǎng)化的主要污染源。如何綜合利用降水、灌區(qū)退水和引調(diào)水等多水源維持濕地生態(tài)系統(tǒng)水量和水質(zhì)需求是濕地生態(tài)保護和修復(fù)實踐中亟需解決的關(guān)鍵科學(xué)問題。
查干湖是中國十大淡水湖泊之一和重要的漁業(yè)基地，位于中國糧食主產(chǎn)區(qū)的松嫩平原，前郭和大安灌區(qū)退水是其主要補給水源。近年來，查干湖周邊新開發(fā)的灌區(qū)將攜帶高濃度氮磷等營養(yǎng)鹽的退水排入湖體，導(dǎo)致查干湖水體富營養(yǎng)化程度日趨嚴(yán)重，受到國家及地方政府的高度重視。為此，吉林省政府?dāng)M依托吉林西部河湖連通工程從哈達山水庫引調(diào)優(yōu)質(zhì)水源改善查干湖水質(zhì)狀況，維持其水生態(tài)系統(tǒng)安全。
東北地理所水文與水資源學(xué)科組科研人員在長期監(jiān)測查干湖水文、水質(zhì)、浮游植物動態(tài)變化的基礎(chǔ)上，利用構(gòu)建的水動力-水質(zhì)-水生態(tài)耦合模型（圖1）模擬灌區(qū)退水控制、水動力條件和降水保證率等18種組合情景下查干湖水質(zhì)時空變化，確定不同水文年達到水質(zhì)控制目標(biāo)所需引調(diào)水量、灌區(qū)退水量及所需時間。同時利用水質(zhì)改善率（IPWQ）評估不同情景下多水源調(diào)控對水質(zhì)改善程度。結(jié)果表明：降水保證率和水動力重構(gòu)對查干湖的水質(zhì)改善效果較差，控制灌區(qū)退水是控制查干湖氮、磷濃度的最有效措施。湖泊TN和TP濃度分別降低了60%和70%（圖2），湖泊自東向西水質(zhì)達到控制目標(biāo)所需時間呈遞增趨勢，所需的引調(diào)水量在吉林西部河湖連通工程的可供水量以內(nèi)。
圖1 查干湖水動力-水質(zhì)-水生態(tài)綜合模型框架圖
圖2 TN和TP的峰值濃度（a, c）和平均（b, d）濃度，以及不同情景下IPWQ的變化。“ND”表示沒有引調(diào)水
該研究構(gòu)建了以氮、磷雙控為水質(zhì)控制目標(biāo)的湖泊多水源調(diào)控研究框架，以水-灌區(qū)-湖泊系統(tǒng)協(xié)同綠色發(fā)展為目標(biāo)，提出了自哈達山水庫引調(diào)水所需的水量和時間，為查干湖水質(zhì)管理和依托吉林西部河湖連通工程的生態(tài)補水提供科學(xué)依據(jù)。
相關(guān)成果于2021年發(fā)表在國際期刊Journal of Hydrology上。本研究由東北地理所特別研究助理劉雪梅（第一作者）和章光新研究員（通訊作者）等共同完成。該研究得到了國家重點研發(fā)計劃項目課題（2017YFC0406003）、吉林省重點研發(fā)計劃（20200403002SF）、國家自然科學(xué)基金（41877160和42077356）和美國農(nóng)業(yè)部基金項目（LAB94459）的共同資助。
論文信息如下：
Liu, X., Zhang*, G., Xu, Y. J., Zhang, J., Wu, Y., Ju, H. Determining water allocation scheme to attain nutrient management objective for a large lake receiving irrigation discharge. Journal of Hydrology, 2021, 126900. IF：5.722.
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