大运河苏北段湖泊群近现代环境演变及其对人类活动的响应

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京杭大运河苏北段湖泊群是在古海湾遗留的基础上形成和发展的,在历史上曾作为大运河的航道和水源保证,目前是南水北调东线工程的主要通道和大运河的补给水源,发挥着调洪、蓄水、灌溉和运输等多项功能。湖泊生态环境对南水北调东线工程的实施和运河“申遗”至关重要。湖泊沉积物记录了历史时期湖泊环境在人与自然相互作用下的演变过程,通过对湖泊沉积记录的研究,可以揭示流域环境变化的重要事件和人类活动的信息。因此,通过对大运河苏北段湖泊群沉积记录的分析,来反演近现代湖泊演化过程,揭示人类活动和流域重大事件对湖泊环境变化的影响,对湖泊群现阶段环境状况进行评价,对于促进京杭大运河“申遗”工程和南水北调东线工程的顺利进行具有重要意义。   本文通过野外调查采样、实验室测定和室内统计分析等方法,对大运河苏北段湖泊群钻孔沉积物粒度、磁化率、沉积速率和地球化学元素等多项环境指标进行研究,结合历史记载和区域水文气侯资料对湖泊群近现代时期的沉积环境变化作出系统分析,并进一步评价大运河苏北段湖泊群环境及其管理现状,得出如下结论:   (1)对洪泽湖和高邮湖钻孔沉积物分析表明,洪泽湖沉积物以砂质粉砂和粉砂为主;高邮湖西北部钻孔沉积物主要为粉砂质砂和砂质粉砂,南部和东北部钻孔沉积物物质组成主要为粉砂和粘土质粉砂。洪泽湖的沉积速率为0.40cm/a,高邮湖的平均沉积速率为0.33cm/a。两个湖泊沉积物磁化率的值均随细颗粒的粘土含量增加而增大,指示磁性矿物主要富集于粘土--细粉砂级沉积物中。   (2)通过对高邮湖和洪泽湖钻孔沉积物粒度、磁化率、沉积速率和地球化学元素等指标的分析,结合研究区的历史文献记录探讨了高邮湖与洪泽湖近现代时期的气候环境演变,结果表明,在GLC2和HLC1样芯所代表的两湖共同经历的时间段内共有4次主要的波动:1720~1795A.D.为低湖面干旱时期,1795~1855A.D.为高湖面湿润期,1855~1930A.D.为低湖面干旱时期,1930~2003A.D.为高湖面湿润期(两湖偏差为±5年)。反映洪泽湖与高邮湖水位波动和区域气候干湿变化存在周期性的旋回,周期为准70a。目前两湖均处于高湖面湿润期的末端,从理论上来讲,湖面水位将出现下降趋势,气候将由湿润转为干旱。沉积物粒度、磁化率和地球化学元素比值所记录的气候变化与前人研究结果及苏北地区的气候文献资料显示出较好的一致性。说明沉积物的粒度、磁化率、地球化学元素等环境代用指标与沉积环境关系密切,可以为恢复百年尺度的气候干湿变化提供一条有效途径,并对认识人类活动对自然环境的影响、预测未来几十年内的气候与环境变化趋势具有重要意义。   (3)对洪泽湖和高邮湖沉积物重金属元素含量变化的分析表明,重金属元素在总体上随深度向上呈现富集的过程。沉积物在1751年对应处元素含量达到最低值,推测应与当时为保运河而实行“蓄清刷黄”政策,修建大堤有关。由于修建大堤,蓄积的淮河清水冲刷黄河浑水,对沉积物的元素含量起到稀释作用。大堤的修建减少了径流带来的陆源物质的汇入量,从而使得各元素含量在此阶段有所下降。1855年黄河北徙时期,泥沙含量下降,沉积物中元素含量表现为下降趋势。19世纪中后期,清朝修改赋役制度为“滋生人口,永不加赋”导致人口迅速增长,人类活动增强,沉积物中元素含量表现出逐渐上升的趋势。而人类活动对研究区的环境影响主要发生在改革开放以来,特别是表层对应20世纪90年代以来,随着社会经济快速发展,污染物通过河道或降水进入湖泊,致使湖泊沉积物中重金属元素含量增大。湖泊沉积物保存了湖区重大历史事件、人口的变化及人类活动强度变化对环境影响的丰富信息。   (4)根据2003年所采水质样品分析,洪泽湖、高邮湖和骆马湖单个金属元素的含量均达到Ⅲ类水标准,其中近岸地区水样重金属含量较湖心样品高。2004年全年监测数据分析表明,苏北湖泊水质春夏季(4-8月)比冬季(12-2月)差,水质最差的时期多出现在4月、5月和8月,应与冬季地表径流减少导致入湖污染物排放量减少有关。在所监测的苏北各湖泊中,洪泽湖水质较差,在Ⅲ-劣V类之间。因苏北湖盆形态普遍呈西北向东南倾斜,西高东低,西部水质一般都优于东部水质。对高邮湖和洪泽湖湖心沉积表层样品与大运河苏北段河道沉积物含量比较,指示洪泽湖与高邮湖的沉积物重金属元素含量低于大运河河道沉积物相应元素含量的平均值。而2003年大运河水质沿程变化曲线也反映出在靠近湖泊的地段水质污染指数出现下降,因此,运河沿线的湖泊群对于大运河的水环境具有净化功能。   (5)人口增长与围垦湖泊湿地及水利工程的修建导致苏北湖泊面积减小。通过对苏北湖泊遥感图像的分析表明,从1979年到2000年,洪泽湖面积共减少140.82km2,年均递减率为0.4%;高邮湖(含邵伯湖)共减少89.49km2,年均递减率为0.49%。从1978年到2001年,骆马湖的面积减少15.08km2,年均递减率为0.21%。工业发展、围网养殖,采矿挖沙等造成湖泊生态环境自20世纪90年代后不断恶化。面对日趋严重的水环境问题,国家和江苏省实行了淮河零点治污行动、限制京杭运河航道船型、颁布《江苏省湖泊保护条例》等措施为促进苏北湖泊群、淮河流域和京杭大运河的生态环境发挥了重要的作用。目前苏北湖泊管理的格局主要是“分级、分部门、分区域管理三结合”,分割管理对提高湖泊的利用效率构成障碍。国内外十多年来的水资源管理实践证明,实施一体化管理是解决水资源问题的有效措施。  
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