水和泥沙共同作用塑造水生生态系统的结构和动态,对维持生态系统的多样性和完整性至关重要。然而在气候变化和人类活动的影响下,大多数河、湖的水沙情势已经被改变,这些变化将改变水生生境,增加生理压力,直接威胁到水生生态系统的健康和发展。研究气候和人类活动诱导的水沙变异及其生态效应,探索如何制定合理有效的水生生态系统保护和管理措施,是当前水生态保护面临的关键问题。洞庭湖是国际重要湿地,具有重要的生态价值和资源价值,而作为长江三峡大坝下游的第一个大型通江湖泊,其水沙情势受到江湖关系改变、气候波动等的影响发生了显著变化。本文以洞庭湖为研究区,以生态水文学、数量生态学等为理论依据,以统计和遥感为技术支撑,对水沙情势的年际、年内变化特征进行详细分析,并利用配对的水环境（栖息地景观格局、水质因子）和水生生物（以普遍应用于淡水生态学研究的底栖无脊椎动物为目标生物类群）数据,剖析水沙情势变化的生态效应,探究湖区生态保护应关注的关键水沙变量及其阈值范围,为湖泊水资源利用、水生态保护和管理提供理论依据。本文主要的研究内容和结论有:（1）采用MK趋势检测、突变检测分析洞庭湖流量、含沙量年际变化趋势,将研究时段划分为1960-1980年、1981-2002年及2003-2014年三个时段,然后参考水文指标法（IHA）,将水沙全过程划分为45个指标,采用变化范围法（RVA）评价洞庭湖水沙情势多年变化特征和总体趋势。结果显示,相比于1960-1980年,2003年后洞庭湖水文、泥沙的大多数特征变量发生中等以上程度（改变度>0.25）的改变,整体改变度为0.57（改变程度大）;相比于1981-2002年,2003年后水沙改变主要体现在小时间尺度的极端高流量/含沙量大小、季尺度的极端低流量/含沙量大小、流量上升过程及高、低含沙量发生频次及持续时间,整体改变度为0.32（改变程度中等）;出入湖径流量比、三口断流天数和排沙比较前两个时段均发生了中等以上程度的改变,江湖关系及湖盆稳定度不断变化。此外,泥沙情势比水文情势的改变程度更高。利用主成分分析法提取水沙变量主成分表征洞庭湖总体水沙情势。（2）通过水体边缘检测和多时相遥感影像叠加分析,对消落区进行界定和分区,分析与水生生物关系密切的频繁淹水区的景观格局变化,并结合水沙情势总体特征变量,揭示水沙情势与栖息地景观格局的关系。结果显示1989-2014年间湖区景观格局破碎程度由逐渐升高转为降低,景观的复杂程度增大,且在2003年后更加稳定,景观异质性有一定程度增大;四种主要景观类型中,苔草滩地和芦苇滩地的变化更明显;相关性分析结果表明水沙情势对区域整体景观格局有一定影响,特别是年内极端低值流量变化,各类型景观也受到水沙情势不同程度的影响,高流量过程主要影响水体和苔草滩地,年内极端低流量主要影响芦苇滩地,泥沙情势是影响泥沙滩地的关键因素。（3）分析洞庭湖水质长期变化特征,并结合水沙情势特征变量,揭示水沙情势与水质因子的关系。洞庭湖典型水质指标在1991-2014年间呈波动变化趋势,总氮浓度、溶解氧含量、水温和综合营养状态指数的大小或变幅表现出了 2003年前后的显著差异性;与水沙情势特征变量的相关性分析结果显示,除综合营养状态指数和PH外,其余指标均受到水沙情势不同程度的影响,湖泊泥沙输入与湖盆冲淤程度对水质的影响更显著,高流量过程及江湖连通性也对水温有一定的影响。（4）采用趋势分析、差异性分析、非度量多维尺度分析等统计方法,阐明洞庭湖底栖无脊椎动物群落组成和物种多样性的变化规律,并利用方差分解分析,识别水沙情势与栖息地环境因子对群落变化的贡献。结果显示1988-2014年丰度、物种数和多样性总体上呈显著下降趋势,但在2003年后的前2年出现了短期高峰,之后又经历了逐渐下降的过程;全湖群落组成、优势物种和功能摄食类群组成均表现出2003年前后的两个时段的差异。水沙情势和栖息地环境因子共解释68.27%的群落变化,其中单独解释的部分分别为31.48%和12.52%,交互作用的贡献率为24.27%;水沙情势变化是影响洞庭湖底栖无脊椎动物群落的关键因素,栖息地环境特别是水质因子也很重要,在湖泊管理项目中应该被考虑。（5）采用BIO-ENV分析和响应面法筛选影响各分类群的关键水沙变量,以平均值±标准差为生物丰度控制目标,考虑各分类群权重,最终确定关键变量的管理目标范围:高含沙平均持续天数16～21天/年、流量下降频次33～38次/年、枯季水流含沙量0.10～0.12kg/m3、排沙比155.68%～278.67%、90天平均最大含沙量0.10～0.15kg/m3、日均最大流量发生时间为年内第153～216天,该结果可为湖泊生态保护管理提供参考。（6）根据水沙特征变量与环境因子、关键指示物种群落结构和多样性的定量关系,总结洞庭湖水沙情势变化的生态效应:洞庭湖高流量脉冲减少、持续时间缩短、峰值流量降低、流量涨落速率更平缓,促使栖息地景观破碎程度增加,影响水温,降低水生昆虫丰度;小时间尺度极端低流量有所增加,使消落区区域景观复杂程度和异质性增加;季尺度极端低流量因枯水期历时延长而降低,促使浅水物种扩张;江湖水沙交换作用减弱,促使水温升高,同时不利于底栖无脊椎动物中其它类的生长;各时期、各尺度含沙量的降低能够改善栖息地景观格局的破碎化发展,但对水污染有加剧作用,对物种多样性产生负面影响,但有利于刮食者的生存;湖盆由淤转冲,对水质影响较明显,且湖盆稳定度经历了由逐渐增加到大幅降低,冲刷加剧后对水生生物产生显著负面效应。综上所述,近年来洞庭湖水沙情势变化一定程度上使栖息地景观格局破碎化程度和异质性增加,加剧水污染程度,对底栖无脊椎动物的负面影响更显著。（7）对比三峡工程运行后和“无三峡”状态下水沙情势对管理目标范围的满足程度,结果表明三峡工程不是造成洞庭湖底栖无脊椎动物多样性降低的主要原因,对底栖无脊椎动物的影响主要体现在对软体动物丰度的影响上。