1976-2015年柴达木盆地湖泊演变及其对气候变化和人类活动的响应

柴达木盆地众多的湖泊不仅对维持当地脆弱的生态环境具有极其重要的作用,而且中心盐湖也是重要的矿产资源.进入21世纪以来,受气候变化和人类活动的共同影响,盆地湖泊发生了一系列重大变化.为科学认识这一问题,选取了1976-2015年6期Landsat系列卫星影像,解译了该区域1 km²以上的湖泊水面,并分析了湖泊变化对气候和人类活动的响应.结果表明：柴达木盆地湖泊面积总体上存在扩张（1976-1990年）萎缩（1990-2000年）扩张（2000-2010年）萎缩（2010-2015年）4个阶段的变化过程,2010年湖泊面积最大,2015年湖泊又明显萎缩.就气候水文因素而言,湖泊面积变化主要受山区降水径流的影响.湖面变化与前3 a的降水径流关系最为密切.进入21世纪以来,气候变化与上游社会经济耗水、盐湖周边人为阻隔河湖连通、开采卤水、修建人工盐田、排放老卤等人类活动,对盆地中心湖泊的空间格局、面积都产生了显著影响,苦水沟、达布逊湖南部形成了新湖泊,鸦湖、团结湖面积显著扩大,东、西台吉乃尔湖逐渐萎缩、干涸,一里平湖由以前的干盐湖在2010年一跃成为盆地最大的湖泊.针对盐湖大规模开发产生的负面影响,提出了合理开发盐湖资源的建议.     

塔河下游间歇性输水河道附近地下水位动态响应

塔里木河(塔河)是中国最长的内陆河,沿塔克拉玛干沙漠控制着新疆大部分地区.塔河自大西子水库以下已经断流30多年,引发许多严重的生态环境问题.为缓解下游的生态压力,向下游进行了几次紧急生态输水,以检验输水对塔河下游地区环境问题的影响.本文依据塔河下游的水文地质特征和极端干旱的气候条件,建立了不存在源汇项条件下的一维非稳定流模型并引入了傅里叶变换求解方法.通过对河流水位的阶梯状概化,简化了非稳定流模型的边界条件.为了查明区内含水层的结构,考虑到高密度电法兼具电测深和电剖面的特点,在研究区实施了一条高密度电法剖面.电法剖面揭示,区内潜水含水层呈水平层状分布,平均厚度约为35 m.根据电法剖面的结果,经过实测资料验证,模型反演得到的潜水水位的最大平均绝对误差为0.3 m,远远小于区内潜水水位波动的幅度.相关性分析表明,模型计算值和实测值之间具有显著的相关性.因此,模型很好的刻画了塔河下游河道附近地下水对上游输水的响应,为评价塔河下游生态输水的环境效应提供了一个有力的理论工具.     

城市湖泊时空演变的遥感分析——以武汉市为例

在GIS技术支持下,以多时相Landsat TM/ETM 遥感影像为数据源,利用NDWI指数提取武汉市1991年、1995年、2000年、2002年的湖泊水域面积信息,引入湖泊萎缩强度等测度指标,从时空两方面对主城区湖泊水域变化和26个主要湖泊的发展演化特征进行了系统地分析.结果表明,从1991年到2002年,武汉市主城区湖泊水域面积急剧减少,达38.67km2;主要湖泊水域的面积变化具有时空分异特征,湖泊萎缩变化与湖泊所处地区的城市建设水平、道路交通规划、政策导向等因素密切相关.分析认为,城市湖泊转变为公园后,萎缩现象得到明显遏制,通过立法加强湖泊保护力度并尽早制定城市湖泊的规划管理措施,是保护武汉幸存湖泊的有力手段.     

新疆塔里木河下游断流河道输水的生态效应分析

对塔里木河下游断流河道4次输水过程以及9个地下水监测断面和15个植被样地的实地监测资料分析表明, 塔里木河下游地下水位随输水次数增加呈不断上升趋势. 地下水埋深分别由输水前的9.87 m升高到第1次输水后的7.74 m, 第2次输水后的3.79 m, 第3次输水后的3.61 和3.16 m以及第4次输水后的2.66 m, 输水河段两侧地下水位的横向响应范围呈逐渐扩大趋势, 响应范围由第1次输水后的450 m宽增加到第4次输水后的1050 m宽, 但地下水响应程度随远离输水河槽中轴线而减小; 地下水埋深对天然植被的组成、分布及长势有直接关系. 反映物种的数量变化和物种的生物学多样性程度的Simpson多样性指数、McIntosh均匀度指数和Margalef丰富度指数, 由上游至下游, 随地下水位埋深加大, 分别由0.70, 0.48和0.90降低为0.26, 0.17和0.37. 输水后, 随着地下水位的抬升, 天然植被得到拯救和恢复, 植被的响应范围也逐渐扩大, 由第1次输水后的200~250 m, 扩展到第4次输水的800 m, 但距保护塔里木河下游“绿色走廊”的目标还有很大差距. 鉴于此, 提出实施双河道输水以及河道输水与面上供水相结合方式, 或者通过建立现代化管道输水网络系统, 集约化地进行天然植被的输水拯救, 实现水资源的高效利用, 加快塔里木河下游受损生态系统的恢复与重建.     

1860年以来博斯腾湖碳沉积过程演变

选取博斯腾湖3个不同点位岩芯,在²¹⁰Pb和¹³⁷Cs年代序列基础上,利用沉积物中的各理化指标,分析了该湖碳沉积的时空变化特征,结合各指标的相关性、沉积速率、C/N、同位素特征等,探讨了该湖1860年以来碳沉积环境的变化过程,为干旱区湖泊碳埋藏研究提供了依据.结果表明：1860-1910年,沉积速率相对较小,受人类活动影响较小,磁化率、中值粒径、总无机碳（TIC）较为稳定,总有机碳（TOC）含量相对较低,此时该湖有较多陆源有机质的输入;1910-1950年,湖泊西部浅水域沉积速率明显高于东部深水区,西北湖区水域有大量外源物质的输入,而湖泊初级生产力较低,内源贡献相对较小;1950-1980年,全湖TOC、TIC含量均呈现升高的趋势,尤其是西北近黄水沟水域升高最快,湖泊内源贡献在增加,陆源组分的输入相对前一阶段要少;1980-2002年,沉积速率快速升高,尤其湖泊东部水域最为明显,TOC含量均呈现升高的趋势,湖泊西部水域初级生产力要高于东部深水区,湖面蒸发较强,气候比较温暖;2002年以来,全湖沉积速率相对较高,外源有机质贡献较小.过去150年博斯腾湖沉积物碳累积速率整体上呈现出升高的趋势,尤其是近50年来快速升高,东部湖区碳累积速率比西部湖区高.     

近三百年来洪泽湖演变过程及其原因分析

洪泽湖是淮河水系中最重要的湖泊之一,是我国的第四大淡水湖,它在防洪、灌溉、航运、跨流域调水以及水资源与水环境保护等方面发挥着重要作用.过去300年来,由于黄淮关系的演变和人类活动的影响,洪泽湖水域面积发生剧烈变化.研究湖泊水域空间变化有助于认识流域环境变化与人类活动影响.本文利用18世纪初以来的古地图、历史文献资料及1981-2016年期间的7期遥感影像数据,采用遥感和地理信息系统技术相结合的方法,分析了近300年来洪泽湖水域时空演变过程及其原因.研究结果表明：过去300年来,洪泽湖面积总体呈减少趋势,年际缩减速率为0.17%,且湖域范围总体表现为由四周向中心缩小的趋势,其中西南湖域的形态变化最为显著.具体而言,清中期以前,黄河多次夺泗入淮,洪泽湖面积变化受黄淮关系、高家堰等水利枢纽的修建以及降水等因素影响.至清末,洪泽湖面积由3078.78 km²下降至2335.73 km²,共减少743.05 km²,其空间形态也发生了剧烈变化,该时期黄河改道、降水以及人口增长导致的湖滨围垦是影响洪泽湖演变的主要原因.建国以来（1949-2016年）,洪泽湖面积进一步缩小,由1757.60 km²下降至1488.43 km²,共减少了269.17 km²,其中1995-2000年间湖泊面积下降最为显著,共减少了281.43 km²,湖泊动态变化度达到2.78%,该时期自然因素对湖泊水域面积的影响减弱,而人口增长、围垦及水利工程的修建等人类活动逐渐成为影响洪泽湖演化的主导因素.     

基于遥感的鄱阳湖湖区蒸散特征及环境要素影响

蒸散是湖泊湿地生态系统水循环的重要组成部分,研究湖区地表蒸散量的时空变化对了解鄱阳湖湖区水量平衡关系具有重要意义.本研究基于MODIS数据,应用地面温度-植被指数三角关系法反演2000-2009年鄱阳湖湖区的实际蒸散量,分析湖区蒸散的时空分布特征及主要气象因子对流域蒸散的影响.结果表明:2000-2009年鄱阳湖湖区年蒸散量在685~921 mm之间,平均年蒸散量为797 mm,最大蒸散量出现在2004年.2000-2009年多年平均水体蒸发量为1107 mm,高于湖区植被蒸散量(774 mm).湖区汇水区域中蒸散量占降水的平均比例为55%,是水量平衡的主要支出项,径流系数约为0.45.湖区蒸散主要受辐射和气温的影响,月蒸散量与气温呈显著的指数相关,2007年蒸散量对温度的关系最为敏感.降水量距平与蒸散量距平的关系除2007年呈显著负相关外,其他年份相关性不显著.鄱阳湖湿地蒸散与湖泊水域面积总体呈正相关,但在水文干旱严重的2006年,当水域面积<30%时,蒸散速率随水域面积增加而减小.     

中国湖泊水域中磷形态转化及其潜在生态效应研究动态

通过对黑河下游天鹅湖-2孔湖泊沉积柱状岩芯的多环境指标的分析,同时参照相关的历史文献记录,提取了其中包含的气候变化和人类活动信息．根据天鹅湖-2孔湖泊沉积记录,将天鹅湖在近200年的湖泊演化分为七个阶段,影响湖泊演化各个阶段的主导因素各不相同,包括气候变化与人类活动,正是这两者的共同作用导致了天鹅湖及其周围地区的环境变化．湖泊沉积记录的环境演化主要受气候冷暖干湿变化的控制,而人类活动在特定时段对湖泊环境演变产生明显影响．     

2000-2010年东北地区湖泊动态变化及驱动力分析

以2000、2005和2010年的Landsat TM和ETM遥感影像为主要数据源,利用面向对象的分类方法,提取3期东北地区湖泊数据;在GIS技术的支持下,分析了过去10年东北地区湖泊的时空变化特征,并对导致湖泊面积变化的自然和人文驱动因素进行分析.结果表明:2000-2010年间,东北地区湖泊面积由12234.02 km²减少至11307.58 km²,其中,2005-2010年间湖泊萎缩剧烈程度大于2000-2005年;湖泊数量先增加后减少,10年间共减少了4092个;10年间天然湖泊面积大幅减少,人工湖泊面积略增加;研究区内西北方向湖泊萎缩程度小于东南方向,质心向西北偏移;湖泊变化受自然因素和人类活动的共同影响,人类活动叠加在自然因素之上,对湖泊变化产生了放大作用.     

湖泊生态水位计算新方法与应用

水位是湖泊水文情势的主要特征指标,对湖泊的水量、水质和生物的栖息地等有直接或间接的影响,被认为是湖泊生态系统健康的关键影响因素.如何确定合理的湖泊水位以保证生态系统健康成为湖泊科学研究的重要科学问题.根据湖泊天然水位情势,从天然水文变化中识别多项反映完整水位过程的指标,构建了湖泊生态水位的计算方法.从湖泊天然水位情势中提取出高、低水位的历时、发生时间和变化率等水位指数来表征其生态水位.该方法弥补了传统湖泊生态水位计算方法仅给出最小生态水位的不足,体现了湖泊生态系统健康对水位过程的要求.基于提出的生态水位计算方法和鄱阳湖都昌水位站1952-2000年共49年的日均监测数据,计算了鄱阳湖的生态水位目标值区间,以期为鄱阳湖水利工程生态调度提供决策依据.     

On the relationship between historical land‐use change and water availability: the case of the lower Tarim River region in northwestern China

Natural ecosystems in the region of the lower Tarim River in northwestern China strongly deteriorated since the 1950s due to an expanding desertification. As a result, the downstream Tarim River reaches became permanently dry land. This historical evolution in land‐use change is typically the result of the anthropogenic impact on natural ecosystems. On the basis of a spatially distributed hydrological catchment model bidirectionally linked with a fully hydrodynamic MIKE11 river model, land‐use changes characterized by historical changes in leaf area index (LAI) of vegetation, as well as the evolution of irrigated surface areas, can be causally related to changes in water resources (groundwater storage and surface water resources). An increased surface area of irrigated (agricultural) land, together with a majority of inefficient irrigation methods, did lead to a strong increase of water resources consumption of the farmlands located in the upper Tarim River area. Evidently, this evolution influenced available water resources downstream in the Tarim basin. As a result, farmland has been gradually relocated to the upstream regions. This has led to reduced flows from the upper Tarim stream, which subsequently accelerated the dropping of the groundwater level downstream in the basin. This study moreover demonstrates that land surface biomass changes (cumulative LAI) along the lower Tarim River are strongly related to the changes in groundwater storage. Copyright © 2012 John Wiley & Sons, Ltd.     

2016—2020年长江中游典型湖泊水质和富营养化演变特征及其驱动因素

“十三五”时期,长江流域水环境质量改善明显,但湖泊水质和富营养化状况改善滞后. 长江中游作为我国淡水湖泊集中分布区域之一,部分湖泊存在水环境质量恶化和富营养化加重问题. 本文以长江中游区域国家开展监测的洪湖、斧头湖、梁子湖、大通湖、洞庭湖和鄱阳湖这6个典型湖泊为研究对象,科学评价其2016—2020年水质和富营养化时空变化特征及关键驱动因素,探讨其成因及治理对策. 结果表明,“十三五”时期长江中游湖泊水质和富营养化程度存在较大差异,与2016年相比,2020年大通湖水质改善最为明显,梁子湖水质变差,总磷是影响长江中游湖泊水质类别的主要因子; 洪湖富营养程度恶化最为严重,斧头湖次之,TLI(SD)对长江中游湖泊富营养化评价贡献最大. 目前长江中游湖泊呈有机污染加重和叶绿素a浓度升高现象,洪湖、斧头湖和梁子湖主要与氮、磷营养盐浓度升高有关,而大通湖、洞庭湖和鄱阳湖受水文过程、流域纳污量和湖泊管理等非营养盐因素影响较大. 总氮和总磷仍然是影响“十三五”时期长江中游湖泊水质和富营养化的最主要驱动力,且各湖泊总氮和总磷浓度变化均具有较强正相关性,建议开展河湖氮、磷标准衔接工作,提出河湖氮、磷标准限值或考核目标,以完善河湖水环境质量标准和生态健康影响评价技术规范. 同时,建议长江中游湖泊在开展截污控源、内源控制和生态修复的同时,进一步深化流域管理,特别是对洞庭湖、鄱阳湖、梁子湖和斧头湖等跨行政区湖泊,以提高湖泊治理与修复的系统性和整体性.     

沿江城市中小型闸控通江湖泊总磷变化特征及成因分析——以安庆市石塘湖为例

长江中下游沿江城郊闸控湖泊普遍面临总磷浓度偏高的现象,解析其总磷时空变化特征及影响驱动机制成为精准治理与修复此类湖泊前亟待解决的关键性问题。本文基于安庆市沿江城郊中小型闸控湖泊--石塘湖实测气象降雨、水文、河湖水质等数据,采用多因子相关性分析、变异系数法和主成分分析的方法,研究各指标因子与湖泊总磷浓度时空变化的响应关系。结果表明:(1)湖泊水质呈现丰(5-8月)、平(3-4月和9-10月)、枯(11-次年2月)水期聚类效果显著,但湖泊空间差异不明显;湖泊水质的季节性变化受总磷浓度变化控制,其他理化指标影响较弱。(2)高强度降雨和汛期闸站调度下的水动力变化决定污染物迁移速率,是导致湖泊总磷浓度在丰水期更容易受入湖河流输入影响而达到峰值的主要驱动因子。(3)高强度人类活动导致入湖河流季节性输入是石塘湖总磷上升的决定性因素,从单位土地利用类型产生单位总磷负荷来看,农业用地远大于城镇建设用地,林地和草地充当污染物进入湖泊的预前“汇”。因此,从治理策略和途径来看,可在控制外源输入的同时,适当调节闸站以减弱丰水期水动力强度,减少入湖河流总磷输入影响的同时,发挥湖泊营养盐的滞留净化能力。本文主要从人类活动导致的外源污染及闸站抽排调度角度分析沿江城郊闸控湖泊石塘湖总磷变化、影响因素及驱动机制,可以为此类城郊中小型沿江闸控型湖泊污染治理提供理论参考。     

三十年来长江中下游湖泊富营养化状况变迁及其影响因素

为弄清长江中下游通江/历史通江湖泊富营养化现状、成因及修复策略,对该区域27个大型湖泊和水库开展了4个季度的水质调查,并结合部分湖泊1988-1992年及2008年两个时段富营养化调查成果,分析近30年来长江中下游地区大型湖泊富营养化关键指标变化的特征及其驱动因素.结果表明,目前该区域绝大多数湖泊处于富营养水平,较1980s有明显加重,浮游植物叶绿素a及总磷是最主要的营养状态指数贡献因子;湖泊的富营养化状况与湖泊的江湖连通状况、换水周期等流动性状况、渔业养殖及管理、流域纳污、治理强度等人类活动方式和强度密切相关;与历史调查结果相比,氮、磷的增幅相对较小,而有机质污染程度明显加重、浮游植物叶绿素a浓度大幅增高,表明营养盐之外的其他因素,如水文节律的变化、江湖阻隔、不合理的渔业养殖活动等,对该区域湖泊的富营养化问题加剧、浮游植物生产力增高起到更为重要的作用.因此,从治理途径和策略上来看,增加湖泊的流通性、恢复部分湖泊的自然水文波动节律、优化湖泊渔业管理、提升湖泊流域营养盐的有效截留能力、实施湖泊生态修复工程是控制长江中下游湖泊富营养化、提升区域湖泊生态质量的关键.     

长江中下游湖泊的成因与演化

长江中下游湖泊洼地的成因比较复杂,以构造沉降控制的湖泊洼地规模较大,也比较深,但在碚分湖泊洼地属支流河口洼地、扇缘洼地、河间洼地。湖泊水位受到长江干流水位位的制约。在冰期人低海面时期,长江干流下切,沿江湖泊多干涸;冰后期海面上升,长江干流自河口而上相继发生水位上升,加上降水的变化,导致沿江洼地逐渐蓄水为湖,长江中下游湖泊的演化趋势是不同程度地被泥沙充填,容积不断缩小并导致湖水位涨落年变幅增大与洪水     

湖北省湖泊演变及治理对策

湖北省是长江中游重要的湖泊分布区,在历史时期湖泊分布广阔,是著名的云梦泽的主体.由于江湖关系演变和人类活动的影响,湖泊面积变化迅速,尤以20世纪为甚.本文在野外调查和历史文献分析的基础上,利用不同时期的水利图、地形图、遥感影像图作为基本信息源,在GIS技术支持下,提取湖泊水域信息,对湖北省湖泊的主要分布区--江汉平原近百年湖泊水域变化进行了研究.结果表明,从20世纪20年代开始湖泊面积和个数呈先增加后减少的趋势,50年代处于鼎盛时期,50年代到70年代迅速减少,70年代至2000年减幅明显减缓.这种动态变化是自然因素和人类活动综合作用的结果,人类活动的作用更为突出.湖泊面积的减少,带来一系列生态环境问题.针对湖泊资源日益减少的现状,文章提出了治理对策和建议.     

近40年洞庭湖区内湖水面面积变化及其驱动因素

选择1979-2016年间多时期、多类型、多光谱遥感数据,分析评价洞庭湖区内湖近40年的面积变化.结果表明,最近40年洞庭湖区内湖面积保持相对稳定,丰水期间呈上升趋势,枯水期间波动下降,2016年内湖总面积比1980s初减少3.94%.随着湖泊面积增加,湖泊水面面积变化的比例和幅度逐渐减小,大型湖泊（>10 km²）和中型湖泊（5~10 km²）面积相对稳定,小型内湖（<5 km²）面积变化尤为剧烈.内湖水面面积主要受降雨、蒸发等气候因素和生产生活取水、防洪排涝和退田还湖等人为活动调控.1980-2000年和2001-2015年两个时期,洞庭湖区多年平均降雨量呈现不同程度的下降趋势,多年平均蒸发量明显上升.三峡工程运行后,三口分流衰减,但水资源需求量不断增长,退田还湖和留蓄雨洪作为水资源使得丰水期间内湖水面面积增长,气候变化和水资源开发利用导致枯水期水面面积趋于减少.有必要加强洞庭湖区内湖的研究和保护,适当退田还湖提高湖泊率,优化三口水系格局,实施河湖水系连通工程,缓解洞庭湖区季节性水资源紧张问题.     

Application of subfossil cladocerans (water fleas) in assessing ecological resilience of shallow Yangtze River floodplain lake systems (China)

Majority of shallow floodplain lake ecosystems of the middle and lower reaches of the Yangtze River (China) have gone through serious eutrophication problems over the recent past. The severe environmental deterioration accompanied by cyanobacterial blooms have become major water resource management challenges in the region. An advanced research method is urgently needed to tackle these challenges. The concept of ecological resilience address pressing questions of non-linear dynamics, threshold effects and regime shifts in shallow floodplain lakes, and help manage the ecosystem effectively. Palaeolimnological techniques are important for assessing long term resilience and associated thresholds effects of shallow lake ecosystems. However, the lack of reliable proxy methods available, the assessment of long term ecological resilience of shallow Yangtze River lake systems has become increasingly difficult. Cladocerans (water fleas) play a central role in lacustrine food webs by responding to external drivers and internal ecosystem processes in lakes. Their subfossils are well preserved and becoming one of potential proxy indicators of lake ecosystems change for a longer time scale. This study explores the potential application of subfossil cladocerans and their ephippia in assessing a long term ecological resilience and help better management strategies of lake ecosystems and water resources of the middle and lower reaches of the Yangtze River in China.     

Spatial and temporal patterns of stable water isotopes along the Yangtze River during two drought years

Changes in the level of the Yangtze River caused by anthropogenic water regulation have major effects on the hydrological processes and water cycle in surrounding lakes and rivers. In this study, we obtained isotopic evidence of changes in the water cycle of Yangtze River during the two drought years of 2006 and 2013. Isotopic evidence demonstrated that the δ¹⁸O and δD levels in Yangtze River exhibited high spatial heterogeneity from the upper to lower reaches, which were controlled by atmospheric precipitation, tributary/lake water mixing, damming regulation, and water temperature. Both the slope and intercept of Yangtze River evaporative line (δD = 7.88 δ¹⁸O + 7.96) were slightly higher than those of local meteoric water line of Yangtze River catchment (δD = 7.41 δ¹⁸O + 6.01). Most of the river isotopic values were located below the local meteoric water line, thereby implying that the Yangtze River water experienced a certain degree of evaporative enrichment on isotopic compositions of river water. The high fluctuations in the isotopic composition (e.g., deuterium excess [d‐excess]) in the middle to lower reaches during the initial stage of operation for the Three Gorges Dams (2003–2006) were due to heterogeneous isotopic signatures from the upstream water. In contrast to the normal stage (after 2010) characterized by the maximum water level and largest water storage, a relatively small variability in the deuterium excess was found along the middle to lower reaches because of the homogenization of reservoir water with a longer residence time and complete mixing. The effects of water from lakes and tributaries on the isotopic compositions in mainstream water were highlighted because of the high contributions of lakes water (e.g., Dongting Lake and Poyang Lake) efflux to the Yangtze River mainstream, which ranged from 21% to 85% during 2006 and 2013. These findings suggest that the retention and regulation of the Three Gorges Dams has greatly buffered the isotopic variability of the water cycle in the Yangtze catchment, thereby improving our understanding of the complex lake–river interactions along the middle to lower reaches in the future.     

Analysis on the ecological benefits of the stream water conveyance to the dried-up river of the lower reaches of Tarim River,China

Water is the foundation of the composition, de-velopment and stability of the oasis ecosystems in thearid areas, and is the key ecological factor in the aridareas. The study results showed that in the arid areasthe biological process is weak, the biological ecosys-tems are small in scale and low in stability[1— . So the 9]growth of the natural vegetation is directly influencedby the change of groundwater level, leading to thedegradation of ecosystem[10,11]. Analysis on the rela-tionship betwe…