20世纪以来，随着世界经济的发展和人口的快速增长，水资源短缺和水环境污染等问题正日益严重。湖泊水资源是地球淡水资源的重要组成部分，湖泊水环境的恶化加剧了水资源短缺的形势，同时也是大型沉水植物的衰退和消失的重要原因，破坏了湖泊水生态系统的完整性。探索自然和人为因素驱动下湖泊水生态系统的响应和变化，可以为湖泊水环境管理和生态调控提供科学依据。对人为活动干扰剧烈、围网养殖活动密集的浅水草型湖泊，如何对污染过程的定量化并明确其控制目标是开展湖泊水环境管理的基础和关键。　　本研究以湖北省洪湖为例，首先基于水环境和沉水植被的野外实测数据，运用灰色模式识别模型和排序方法，分析得到洪湖水环境因子、沉水植被生物量和多样性特征的时空变化规律，以及沉水植被物种的分布与水环境因子间的生态关系;然后结合气象、水文、污染源调查等资料，运用水质数值模拟的方法对洪湖复杂水环境的众多影响因素进行了概化，并对主要的外源污染源（地表径流、围网养殖和大气沉降）进行定量化，模拟了主要污染物在水环境中的变化过程;最后对不同管理模式下水质以及沉水植被生物量的变化趋势进行了预测，并计算得到不同水质标准控制下洪湖各污染源的削减量。本文得到的主要结果和结论如下:　　(1)1990～2015年洪湖水环境主要经历了如下几个变化阶段:1990～2001年，洪湖全湖平均水质类别属于Ⅱ类和Ⅲ类的灰色从属度;2002～2005年，洪湖全湖平均水质变化为Ⅳ类，总氮、总磷和铵态氮污染物指标浓度显著升高;2006～2008年，随着“洪湖湿地保护和恢复示范工程项目”的实施，全湖平均水质由上一阶段的Ⅳ类下降为Ⅲ类;2009～2015年，全湖平均水质类别基本上在Ⅲ类和Ⅳ类之间趋于波动变化。　　(2)2011～2015年洪湖水质因子、沉水植被生物量和多样性特征存在显著的季节变化和空间变化，水体透明度、总氮、硝态氮、亚硝态氮以及沉水植被生物量和多样性指数在中南区和北区之间存在显著性差异;电导率、叶绿素、高锰酸钾指数和水质综合指数区域性最显著;水深、溶解氧和电导率、中南区和东北区生物量春秋两季差异性显著。　　(3)对沉水植被分布和水环境因子之间的相关关系进行排序分析，洪湖中南区和北区排序模型的前向选择均识别出透明度是影响沉水植被分布的关键水环境因子。菹草(Potamogeton crispus)重要值在北区总磷因子梯度上的最适值最大，微齿眼子菜(Potamogeton maackianus)的重要值随透明度的增加而增大。不同区域的沉水植被多样性特征在水环境因子梯度上呈现出不同的变化特征。洪湖北区沉水植被多样性指数随着透明度的增大，总磷的减小而增大。而洪湖中南区沉水植被多样性指数随着透明度的增大，水体电导率和叶绿素含量的减小而减小。　　(4)基于2012年实测地形、水文和气象条件，结合总氮、总磷、铵态氮和CODMn的浓度初始场，地表径流、围网养殖和大气沉降的外源污染负荷量化结果，建立了洪湖二维水质和水动力耦合模型，模拟了洪湖一个养殖周期内水位变化和水质因子的迁移转化过程。水动力模型和水质模型的模拟结果满足精度要求，本文构建的二维水质模型能有效模拟复杂水文和污染源条件下的浅水湖泊污染物的时空变化。　　(5)不同管理措施方案下洪湖水质和沉水植被的恢复效果比较显示，洪湖蓝田和下新河入水口各污染物指标浓度减少50％方案下，水质的恢复效果最好，全湖总氮、总磷、铵态氮和CODMn均值减少率分别为37.2％、35.1％、37.3％和21.3％，全湖Ⅴ类水质水域基本不存在，Ⅳ类水体面积百分比由基线值15％降至10％，全湖90％的区域水体水质综合等级达到Ⅲ类，对全湖沉水植被生物量的增加有明显效果。　　(6)结合水质模型计算的结果，建立洪湖一个养殖周期内更加精细且符合实际的氮磷平衡方程，并在此基础上改进了氮磷滞留率的计算方法。洪湖水体总氮外源负荷总量为5004.5 t，其中径流负荷占72.2％，围网养殖负荷占20.7％，大气沉降占7.1％。总磷外源负荷总量为471.6 t，其中径流负荷占62.2％，围网养殖负荷占35.5％，大气沉降占1.9％。从污染源的贡献率看，径流污染对总氮和总磷负荷的贡献率最大。总氮和总磷滞留率分别为71.4％和77.0％。在不同减少污染源方案模拟下，总氮和总磷滞留率变化波动不大。洪湖水体总氮、总磷的滞留率随月份变化呈现出较一致的波动。7、8、9月总氮滞留率高于其他月份，可能是由于上游来水的增加、藻类的爆发和停留时间的影响造成的。　　(7)借鉴最大日负荷量(TDML)计划的管理模式，得到不同水质标准控制下洪湖各污染源的削减量。Ⅲ类水质目标下TN、TP和CODMn的削减量应分别为854.2、214.1和7194.6 t，削减率分别为17.1％、45.4％和50.2％。Ⅱ类水质目标下TN、TP和CODMn的削减量应分别为2929.4、342.9和9577 t，削减率分别为58.5％、72.7％和66.8％。　　本研究的主要创新点在于:(1)以往对洪湖水环境变化的研究大多采用传统的统计学方法，以水质因子作为单一的分析和评价对象。本研究采用基于物理机制的水质模型，综合定量考虑各项污染源和环境影响因素，构建了复杂水文和环境条件下养殖型湖泊的水质模型，对洪湖水环境变化的驱动力因素进行了探讨，为全面了解该区域水环境质量和变化，以及科学制定湖泊管理措施具有重要意义。(2)将湖泊二维水质模型在应用上从以往只针对水质变化规律研究，拓展到水质与沉水植被的响应关系研究上。为自然因素和人为因素共同影响下的湖泊湿地水环境和生态系统的响应变化研究提供了借鉴。(3)对氮磷平衡估算模型和氮磷滞留率的计算进行了改进，并在此基础上计算了洪湖一个养殖周期内洪湖水域纳污能力，降低了参数输入的不确定性，使得该估算结果与前人研究相比可信度提高。