水体类型--湖泊

Chapter 2 The main type and its characteristics of water body
水环境的主要类型及其特征
静水水体 Standing (lentic) waters：Lakes and ponds 无明显的单向水流 流水水体 flowing (lotic) waters：Rivers and streams 有明显的单向水流
2.1 湖泊 Lakes
湖泊形成原因
湖泊形态
湖泊分区和成带现象（zonation） 热力学分层（thermal stratification） 湖水运动
湖泊分类
湖泊的营养状态、富营养化（eutrophication） 湖泊的发育和演化
2.1.1 湖泊的成因
湖泊：地面上积水的凹洼 构造湖 Tectonic lakes 因大的地壳运动造成
断裂 faulting，沉陷 down faulted trough 地堑 graben 通常形成深水湖 (e.g. Lake Baikal 最深的湖 (1620 m).
造陆运动—地壳整体抬升，海底洼地形成湖泊 火山湖 Volcanic lakes
火山口湖 Caldera lakes (volcanic craters) 火山口积水形成 e.g.长白山天池 熔岩堰塞湖 Coulee lakes 熔岩堵塞山谷、河流等（e.g. 镜泊湖). 熔岩冷却后塌陷形成凹洼… 冰川湖 Glacier lakes 冰斗湖 Cirque lakes：冰舌融化和冻结交替刮蚀山谷而成 (cirques) 壶穴 Kettle or pit lakes (Potholes）冰川退缩后冰团融化留下的凹洼 冰碛堵蓄湖 Moraine lakes 冰碛堵蓄山谷 溶盆湖 Solution lakes 地下水溶蚀形成溶洞，塌陷后蓄水形成（天坑，没有蓄水的塌陷） 喀斯特湖 Karst lakes 石灰岩地区 盐喀斯特湖 Salt Karst lakes 管系湖 Piping lake (Fal Karst lake) 河川湖 Fluvial lakes 龙潭 Plunge-pool 瀑布下冲蚀形成 洪泛湖 Levee lakes 洪水淹没洪泛平原低洼处形成 牛轭湖 Oxbow lakes 河流改道后残留的老河道 风成湖 Lakes of aeolian origin(游移湖) 干旱地带，风吹走上层沙土形成 dune lakes 岸线湖 Coastal lakes (lagoon 泻湖 )

x0c湖湾或者海湾被沉积的沙坝隔离形成 e.g. 西湖

生物成湖 Biogenic lakes 生物活动形成 e.g. 水獭、珊瑚、某些植物特别是人 (pond,

rervoir)

2.1.2 湖泊的形态

面积、水深、岸线等；湖盆

面积：里海 371 000km2 最大

青海湖

苏比略湖 82 000 km2 最大的淡水湖

鄱阳湖

小至即使几十平方米

深度：贝加尔湖 1620m

长江中下游湖群，数米至十几米

海拔：青藏高原湖群 3000~5000m a.s.l；

艾丁湖(吐鲁番盆地)－154m，

死海－392m

降水经过径流最终排入湖泊的区域称为集水区 catchment area or drainage basin

湖泊测量的主要指标

面积：A

最大长度 L；最大宽度 b、平均宽度 baver.=A/L、 体积 V：可利用等深线求出 V=1/2·h·∑An
h 为等深线高差，An 为各等深线时的面积 深度：最大深度 Zm、平均深度 Zp=A/V
相对深度：最大深度与同面积圆之直径的比，%

Zr 100 Zm / 2 A / 50Zm / A 大多数湖泊 Zr<2%，面积小而深的湖泊如火山口湖 Zr >4% 岸线发育系数 E：岸线长度 U 与等面积圆之周长的比值
E U / 2 A

因水流、波浪等的冲击，外来有

机和无机物的沉积等，弯曲的湖岸逐渐变直， E 逐渐变小——对湖泊生产力有影响 火山口湖 E≈1
2.1.3 湖泊生境类型（分区/成带）
湖泊可以分成三种生境类型：
沿岸带 Littoral zone 湖泊周围的浅水部分，光可以到达底部，有各类水生植物生 长--自湖岸边向中心到达水草生长之外缘
湖沼带 Limnetic zone 沿岸带外开阔地带，向下延伸至补偿深度 (pelagic zone)。 生活有浮游生物 plankton 和自泳生物 nekton
深底带 Profundal zone 光线无法穿透的深水层，湖沼带之下的区域 水底带 Benthic zone 水底沉积物，埋栖有各种动物和微生物
湖盆 分 3 个区域： 沿岸带(受波浪和水流作用区域) 亚沿岸带

x0c深水带 浅水湖可能没有深水带，则可分为
沿岸带、亚沿岸带、敞水带 湖泊成带想象 Lake zonation 从岸边向湖心，植物带
挺水植物 浮叶植物 沉水植物
2.1.4 湖水分层Stratification和循环Turnover
湖水热分层 Thermal stratification 湖上层 Epilimnion 温暖、富含氧气的上层水体，通常是季节性的 变温层 Metalimnion 湖上层和湖下层的过度带 Transition zone ，温度显著下 降 (温跃层 thermocline) 湖下层 Hypolimnion 温跃层下寒冷、缺氧的水层
形成原因：密度特点+热传导差；足够的深度+缺少混合动力 分层的生态学影响
湖泊中分层现象导致了溶解气体、营养盐，以及生物的分层 初级生产水层受限制——仅在湖上层进行，有充足的光线但缺乏营养盐，下层营养
盐充足但光照不足 夏季，一些冷水性生物在下层可以生活 寒冷的深水层可能缺氧 deoxygenated，对好氧生物可能是致命的 湖水混合：上下层温度接近，密度差减少，对流
典型的温带湖泊： 春季，混合，营养盐+温度——高生产力，浮游植物高峰 夏季，正分层 秋季，混合，浮游生物高峰 冬季，逆分层；较高维度地区可能有冰封
2.1.5 湖水运动
对流 turnover：由温度引起的密度差，导致上下层水的对流，有外力作用—风 春季循环 Spring turnover 夏季分层 Summer stratification 秋季循环 Fall turnover 冬季逆分层 Inver stratification in winter 在春季和秋季混合期，上下层湖水混合使得上层的溶氧和下层的矿物质均匀分 布，浮游生物得以迅速增长
湖流 吞吐流：进出水口，较明显的单向流动 兰米尔环流 Langmuir cells or spirals 垂直环流，向下传递热和其他物质，将下 层营养盐带到上层(水平,逆时针环流) 湖面波动 Seiche(湖摆、风成流): 通常由风引起——气压差使上风处水位下降， 下风低压处水位抬升，下层水回流形成补偿流 (compensation current)。 如：太湖台风时水位差 1.48 m

x0c水平环流：特殊的地理位置和湖盆构造、季风，e.g. 滇池

波浪

当水深≤1/2 波长时，波浪开始影响湖底

拍岸浪冲刷湖岸(直接破坏、回流携带泥沙)

2.1.6 湖泊分类Lake classification

按水温分： 3 类

寒带湖

温带湖

热带湖(水温从不低于 4℃，无逆分层)

按湖水混合分：3 大类

无循环湖 amictic (don’t mix 无循环)

永久不循环的湖泊，如：极地湖泊，某些高山湖泊

全循环湖 holomictic(the whole lot mixes,全循环)

循环期水体完全混合——自水面至湖底，又分 4 类

寡循环 Oligomictic (数年混合一次): 如某些寒带湖泊在特别温暖的年份，

夏季可能混合

单循环 Monomictic (一年混合一次)，又分：

冷单循环湖：水温从不高于 4℃

暖单循环湖：水温从不低于 4℃

双循环 Dimictic (一年混合两次): 春秋 2 次混合，典型的温带湖泊

多循环 Polymictic (一年混合多次): 分层不稳定，容易受外力干扰而混合，

如：温带浅水湖

局部循环湖 Meromictic (深水湖，湖水混合只发生在上层，下层永远不混合)

Mixolimnion(混成层)：上层，密度较小，夏季通常进一步分层（湖上层、温

变层、湖下层）

Monimolimnion(永滞层)：深水部分，永远静滞

Chemocline(化变层)：在混成层和永滞层之间，通常盐度变化显著

局部循环湖的分层，通常不是由于温度引起的密度差，而是其他因素引起的

密度差异，如：上下层间的盐度差异、藻类群落等

按湖泊起源分

1957 年 Huthinson 根据湖泊的起源将之分为 11 大类 76 类，并将其中的 12 类进

一步划分

1. 冰川湖

7. 风成湖

2. 构造湖

8. 河川湖

3. 滑坡堵蓄湖

9.岸线湖-泄湖

4. 火山湖

10.生物堵蓄和挖掘湖

5. 溶盆湖

11.彗星撞击成湖和不明起源湖

6. 管系湖

12.其它定向湖

按矿化程度（含盐量）分 3 类

淡水湖 <1.0‰

半咸水湖(咸淡水湖)

1.0~24.7‰

x0c咸水湖 >24.7‰(其中>35‰为盐湖

按水的主要离子分：12 类

氯化物型

三成分型

硫酸盐型

硅酸盐型

硫酸盐-氯化物型

硼酸盐型

碳酸盐型

硝酸盐型

硫酸盐-碳酸盐型

磷酸盐型

氯化物-碳酸盐型

酸性型

随降水和蒸发的改变，离子成分发生变化，湖水可能发生变型：溶解与沉淀

碳酸盐型

硫酸盐型

氯化物型

按营养类型分：4 大类

贫营养型

中营养型

富营养型

腐殖质营养型（由于大量腐殖质积累，吸收水体中营养盐——营养盐贫乏，酸性）

及过度类型

2.1.7 营养状态Trophic status

按营养状态，分为 3 种基本类型

用浮游植物商 Phytoplankton quotient (QP, Nygaard 1949)划分：

QP<1.0

贫营养型

1.0< QP <3.0

中营养型

QP>3.0

富营养型

QP= (Cy+Ch+Ce+Eu)/De 式中：Cy：蓝藻纲 Cyanophyceae

Ch：绿藻纲 Chlorophyceae

Ce：中心硅藻纲 Centrales

Eu：裸藻纲 Euglenineae

De：鼓藻纲 Desmidiaceae

鼓藻，贫营养水体的典型种类

Freedam (1995) 基于营养条件将内

陆湖泊划分为 5 类

磷 mg/m3 超贫营养型 Ultraoligotrophic ＜4.0

叶绿素 chl, mg/m3

透明度 SDT,
m ＞ 12

贫营养型 Oligotrophic

10

2.5

6

中营养型 Mesotrophic

10-35

2.5-8

3-6

富营养型 Eutrophic

35-100

8-25

1.5-3

超富营养型 Hypetrophic

>100

>25

<1.5

不同营养类型湖泊的特征 ——贫营养型湖泊的特征 通常很深，水清澈透明 pleasant in appearance

x0c所有季节整个水层均富含溶解氧

营养元素特别是 N 和 P 很低

浮游植物初级生产力低

次级生产力低

浮游植物种类多样性高、密度低

有根植物和其他大型植物可能存在甚至可能数量比较大

鱼类种类可能比较多

——富营养型湖泊的特征

通常较浅

营养丰富

深水层可能夏季甚至全年无氧，甚至整个水柱缺氧

浮游植物大量存在，并可能出现藻类水华

藻类多样性低，优势明显

普遍存在藻类腐败引起的腥气

次级生产力高，动物多样性低

大型植物减少乃至消失

仅少数鱼类能存活，低氧或缺氧经常导致鱼类窒死，水面上经常可见大量漂浮

的死鱼

——营养障碍型湖泊的特征

可能大量接受外源性 allochthonous 营养物质和有机物质

水体通常带有颜色——stained，pH 偏酸性

浮游植物生产力很低

贫营养湖与富营养湖的特点

营养类型

贫营养型

富营养型

湖盆

深，湖陆棚狭窄

浅，湖陆棚狭窄

形态

深水层容量比表层大

深水层容量比表层小

分布

高山湖泊

多数平原湖泊、城郊湖泊

水 的 水色

蓝色或绿色

绿—黄色

物 理 透明度 性质 pH

5m 以上 接近中性

5m 以下 中性—弱硷性

水质 溶解氧

全层接近饱和

表层饱和或过饱和，底层少

其他

P＜0.020mg/l，N＜0.20 mg/l

P＞0.020 mg/l，N＞0.20 mg/l

生物 生产力

小，200mgC/m2.d 以下

大，200 mgC/m2.d 以上

叶绿素 a 10~50 mg/m2

20~140 mg/m2

浮游植物 贫弱，以硅藻为主

丰富，夏季蓝藻可引起水花

浮游动物 贫弱，以甲壳类类为主

丰富，轮虫增加

底栖生物 种类和数量都很丰富

种类减少，摇蚊幼虫寡毛类增加

鱼类

鲑鳟鱼类

鲤科鱼类

沿岸植物 少，蔓延到深处

多，只在浅处生长

底质

有机质少，硅藻骸泥

骸泥—腐泥

x0c2.1.8 湖泊的发育和演化
由于沉积作用，深→浅 由于生物积累，贫→富 贫营养型→富营养型→腐殖质营养型→沼泽→湿地→陆地
2.1.9 Adaptations to lentic habitats
Nekton (游泳生物、自游生物） Plankton（浮游生物） Neuston（漂浮生物） Benthos （底栖生物） Macrophytes（大型植物） Submerged plants（沉水植物） Floating leaved plants（浮叶植物） Free floating plants（漂浮植物） Emergent plants（挺水植物）

x0c