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南水北调东线调蓄湖库群湖库生态系统多样性和稳定性研究

申报人:王龙飞 申报日期:2024-12-23

基本情况

2025
南水北调东线调蓄湖库群湖库生态系统多样性和稳定性研究
创新训练项目
工学
环境科学与工程类
一年期
B、学生来源于教师科研项目选题
王龙飞
指导教师

一、教师简介

(研究方向、科研成效、指导大创项目的经历)

研究方向:主要从事水污染治理和水生态修复等方面的研究与应用工作,研究方向包括地表水-地下水交互带综合治理与修复、生物膜技术在污染河湖修复中的应用、径流面源污染控制技术等。

科研成效:近年来主持国家自然科学基金面上项目(2项)、青年项目、国家重点研发计划子课题、江苏省自然科学基金青年项目、江苏省高等教育教学改革研究课题重点项目等课题。获中国发明协会创业成果一等奖、省高校教师教学创新大赛二等奖、省高校青年教师教学竞赛二等奖、省高校微课教学比赛二等奖等奖项。以第一/通讯作者在Environmental Science & TechnologyWater Research7篇)等国内外学术期刊发表论文40余篇,授权发明专利4项。指导学生获得河海大学优秀硕士学位论文、长三角大学生低碳水系统创新大赛特等奖、中国高校生态文明教育创新创意大赛竞赛奖等奖项。

指导大创项目经历:

[1] 指导2020年河海大学大学生创新创业训练项目(国家级)周丛生物反应器强化去除BPA及机制研究

[2] 指导2022年河海大学大学生创新创业训练计划主题创新专项国家级项目生物炭负载硫化纳米零价铁强化河湖底质硝酸盐及内分泌干扰物协同去除

[3] 指导2017年河海大学大学生创新创业训练项目(校级)胞外聚合物影响下典型抗生素在河流生物膜中的迁移转化机制

[4] 指导2018年河海大学大学生创新创业训练项目(校级)酞酸酯在潜流带区域的迁移转化规律及微生物群落响应机制

[5] 第十五届全国大学生节能减排社会实践与科技竞赛校内选拔赛三等奖

[6]首届中国高校生态文明教育创新创意大赛竞赛奖,中国高校生态文明教育联盟

[7]第二届长三角大学生低碳水系统创新大赛,特等奖

[8] 第十四届挑战杯中国大学生创业计划竞赛校内选拔赛银奖

[10] 第三届中国研究生双碳创新与创意大赛企业赛道优胜奖

二、项目简介

(简要介绍该项目的前沿行业技术背景,围绕该研究主题开展大学生创新实践研究的范围和方向,以及能为学生提供的实验条件,如场所、软硬件设备、实验平台等)

南水北调工程是国家水网建设的战略性骨干工程,其东线工程通过跨流域水资源调配,有效缓解了天津、河北、黄淮海平原等北方缺水地区的水资源短缺问题,支撑了区域经济社会可持续发展。南水北调东线工程串联了南四湖、骆马湖、东平湖等重要调蓄湖库,自建设运行以来,始终贯彻绿色低碳发展理念,通过退渔还湖、生态护岸等工程,显著改善了沿线湖泊水质,重要调蓄湖库群(如南四湖)水质从劣类提升至类,确保了输水质量和用水安全。由于与天然河湖、防洪排涝工程、航道等错综交织,东线工程污染源多、水质和生态响应机制复杂,尤其是面向《国家水网建设规划纲要》实施需求,东线后续工程高质量发展仍面临多重挑战:从现象上,调蓄湖库群作为输水水质净化的核心节点,因水文节律剧烈改变,叠加不合理围网养殖、农业面源污染等因素带来的复合压力,存在部分河流面源污染严重、局部蓝藻水华暴发、沉水植物覆盖率下降超30%、硫酸盐污染(入湖河流均值500 mg/L,超国标2倍)等系统性生态退化问题;从机理技术上,对东线湖群水资源—水环境—水生态水时空演变规律认识不够深入,对影响调蓄湖库群生态安全的风险驱动因子的识别不够清晰,优化调控措施、硫酸盐与湖库生态系统修复技术有效性差。以上问题都会对东线工程“水质安全、生态健康、稳定输水”的核心目标造成直接影响。

东线工程南四湖流域正面临着生态功能退化与水质恶化的双重胁迫。在生态维度,核心湖库水生植被覆盖率较历史水平下降超30%,沉水植物群落(如维系生态基质的菹草)出现区域性灭绝,导致鱼类种群结构单一化、食物网能流路径缩减,生态系统自净能力显著弱化。与此同时,湖区总氮(TN)、总磷(TP)浓度局部时段可分别攀升至1.5 mg/L0.1 mg/L,超过地表水类标准阈值,局部河湖蓝藻水华面积以年均8%速率扩张,富营养化进程与生态退化形成恶性循环。这种水文-生态耦合失衡已威胁到流域生态服务功能的可持续性和东线输水安全。东线调蓄湖具有典型的调水强扰动背景,对以往技术体系提出新的挑战。

针对这样的困境,本项目聚焦南水北调东线工程南四湖湖库区域,计划对水动力、水质与水生态进行系统性研究。本项目以南水北调东线调蓄湖泊典型湖库为研究区域,基于野外观测数据,分别在调水期和非调水期监测水动力、水环境、水质和水生态指标;采用eDNA方法检测底栖动物、富有动植物等水生生物种类和丰度,分析水质特征以及浮游动植物和底栖动物等群落结构的差异,明确调水对水生生物群落结构的影响;然后通过构建Ecopath with Ecosim模型,模拟生态系统多营养级能量传递过程,选择南水北调东线主要水生态指标(如Shannon-Wiener指数、菹草面积、浮游植物细胞密度、生物量),预测调蓄湖泊生态系统状态变化,揭示调水背景下调蓄湖泊水生生物群落结构的时空演替特征;最后运用结构方程、支持向量回归模型、随机森林等方法,剖析调蓄湖泊关键环境因子与主要水生态指标的非线性映射关系解析调水影响水动力、水质过程下的湖库生态系统响应机制。

项目依托双一流建设专业平台,以浅水湖泊综合治理教育部重点实验室、水资源高效利用与工程安全国家工程研究中心、水文水资源与水利工程科学国家重点实验室为支撑,团队教师有着丰富的水生态动力学研究的项目经验,可为学生提供全面的实验平台及软硬件设备。

三、招募学生要求

(学生参与项目研究所需的知识背景、技术能力等要求)

1. 掌握对水力学的基本专业知识,具备良好学习能力。

2. 需要掌握对于数学建模的基本操作能力。

3. 学习认真谨慎,具有探讨能力和创新思想,善于发现突破点。

 

 

 

 

 

选题成员

5
5

指导教师

序号 教师姓名 教师账号 所属学院
1 王龙飞 20160057 环境学院 第一指导教师
2 赵博 20220031 环境学院 指导教师

选题附件

结束