基于水热平衡模型的青海湖水位变化趋势预测

近几十年来,随着气候干暖化,以青海湖为代表的我国内陆湖泊水位持续下降,生态环境问题日益突出,备受世人关注.运用改进的水热平衡模型预测了2050年以前青海湖逐年的湖面蒸发量,并运用多元线性回归的方法估算出流域未来径流量的变化,最终通过水量平衡的方式对2050年以前青海湖水位的变化趋势进行了定量预测.预测表明未来几十年内,青海湖水位会经历先相对稳定再继续下降的过程,2020年以前青海湖水位会相对稳定在3192.7m,之后会继续下降,到2050年约下降到3191.22m,总体上2010-2050年青海湖水位下降趋势将有所缓和.     

滇池、抚仙湖、阳宗海长期水位变化(1988-2015年)及驱动因子

水位变化影响湖泊水质、水量和生态系统功能,是研究湖泊演变的重要内容,但目前针对滇中高原湖群水位变化特征还少见系统报道.本文选择滇池、抚仙湖、阳宗海3个滇中高原湖泊作为研究对象,基于1988-2015年实测水位数据和Mann-Kendall趋势检验法评估了3个湖泊水位变化特征;运用RClimDex模型获得了流域极端降水指标,结合其他指标构建了基于极端气象因子的湖泊水位驱动力指标体系;采用主成分-多元回归模型,解析了极端降水、蒸发等气象因子对滇中高原湖泊水位变化的贡献.结果表明：①滇池、抚仙湖、阳宗海水位年际波动不突出.滇池的年平均水位总体略呈上升趋势,年均上升0.025 m.阳宗海和抚仙湖水位无明显变化.②滇中高原湖泊流域的极端降水指数年际变化趋势不明显.滇池的蒸发量呈明显减小趋势,年均减小21.05 mm.抚仙湖蒸发量呈明显增加趋势,平均每年增加5.52 mm.阳宗海蒸发量的变化不明显.③气象指标可解释滇池水位变化的49.7%,滇池水位变化受气候变化和人类活动的综合影响;阳宗海和抚仙湖水位变化主要受气象条件控制,蒸发量、综合降水指标和连续降水指标对阳宗海水位变化的解释率高达93.3%;综合降水指标和干旱状况指标可以解释抚仙湖水位变化的64.5%.极端降水指标对解释高原湖泊水位变化具有重要作用.     

青海湖水位下降与趋势预测

青海湖是我国最大的内陆半咸水湖,近百年来,特别是有水文记录的30多年来,湖水位持续下降,已引起各有关方面的关注。本文根据水量平衡原理,对湖水位下降的原因进行了探讨:1.青海湖水位差与入湖补给量、耗水量关系密切,其复相关系效高达0.95;2.青海湖多年平均亏水量为4.5×10~8m~3,累积亏水量与湖水位变化趋势完全一致;3.在总耗水量中,人为耗水仅占1％左右。因此,湖水位下降的主要原因是自然因素。此外,本文利用相关分析法,灰色系统、叠加模型,分别对湖水位进行了预测,结果表明相关分析和叠加模型效果较好,1989年实测值与预测值较为接近。最后对未来湖水位下降的极限做了探讨。     

1990—2019年咸海水量平衡及其影响因素分析

咸海地处中亚,气候和人类的双重影响下湖面急剧萎缩引发区域生态危机,定量解析其水量平衡互动关系及影响因素对咸海地区水资源管理和生态保护有重要意义.基于1990—2019年密集时序Landsat影像、T/P卫星、Jason1/2测高卫星及咸海数字测深模型（DBM）,提取近30年咸海面积、水位变化信息,重建咸海水位-面积-库容曲线,探明咸海水量变化特征;建立水量平衡模型,定量分析研究区水量平衡要素变化及时空差异,探讨其互动关系与影响机制.结果表明：（1）1990—2019年间,咸海水量减少了2271.6×10⁸ m³（约75.15%）,年平均变化率达-78.3×10⁸ m³/a;南咸海水量变化趋势与咸海整体基本一致,北咸海除1999年出现了极小值外,其余年份水量变化趋势均呈波动上升状态,至2019年水位已恢复至1984年水平.（2）1990s以来,南、北咸海水量平衡结构变化时空差异显著,阿姆河入湖径流量呈波动减少趋势,随着咸海持续退缩水体蒸发不断减小,区域水量支出收入比由1990年的2.46降低到2015年的0.87;近年来丰水年份南咸海地下水可由亏损转化为盈余状态,水域变化进入相对平缓的状态.北咸海入湖径流量波动增加,蒸散发随水域面积增加而增加,1990s初以来水量收入超过水量支出,区域地下水盈余,湖泊水位不断抬升.（3）湖区尺度上,入湖径流量和水域蒸发量是咸海水量变化的主导因素.流域尺度上,气候变化与人类活动共同影响咸海入湖水量,南咸海入湖水量与阿姆河上游来水、流域耕地面积显著相关,而北咸海入湖水量主要与锡尔河上游来水相关.     

21世纪以来泛北极湖泊水位变化时空特征及原因探讨

在全球气候变暖和极端气候事件增加的背景下,流域水文循环过程受到的影响越来越强烈,导致湖泊水位变化表现出复杂的时空特征。而泛北极地区是地球上湖泊数量与面积分布最为集中的区域之一,该地区湖泊对气候变化响应非常敏感。因此,了解这些湖泊近期水文变化特征十分必要。本研究共搜集了36个泛北极大型湖泊(>500 km²)基于遥感或站点观测的近20年水位数据,分析其时空变化特征。本文使用线性回归模型来估算湖泊水位的变化趋势,进而利用皮尔逊相关分析了其主要水文影响变量和大气环流机制,并运用Mann-Kendall突变检验法探讨了水位突变的原因。结果表明,泛北极湖泊的水位整体上呈现不同程度上升(平均速率为0.013 m/a),有23个(64%)湖泊的水位呈上升趋势;研究湖泊中有10个通过90%统计显著性检验。其中,水位上升速率最大的湖泊是位于哈萨克斯坦的腾吉兹湖,上升速率为0.078 m/a。泛北极湖泊水位的波动主要与径流有关,有19个(53%)湖泊的水位波动与径流的增加更为相关;相比而言,位于亚洲的极地湖泊水位的上升与流域蒸发的降低显著相关,尤其是库苏古尔湖。从区域大气环流影响来看,泛北极湖泊水位变化主要与厄尔尼诺-南方涛动有关,其次是北极涛动和北大西洋涛动。本研究有助于加深对泛北极湖泊近20年水位变化规律及气候影响特征的科学理解。     

青海湖水量平衡分析与水资源优化配置研究

在充分收集有关资料的基础上研究青海湖1959-2000年间降水径流蒸发湖泊水位地下水补给量的动态变化建立水量平衡分析方程.青海湖水位在波动中持续下降42年来年平均水位累计下降了 3.32 m平均每年下降了0.079 m近年来下降的幅度减小. 同时青海湖储水量不断减少而湖区降水呈增加的趋势河川径流量地下水的入湖补给量 蒸发量呈现下降的趋势. 根据青海湖水平衡分析计算结果预测2010年青海湖流域耗水量将达1.27108m3为维护生态平衡和社会经济持续发展需要跨流域调水量引大济湖4.1108m3.     

基于长期水文变化的苏北高邮湖生态水位及保障程度

湖泊生态水位是维持湖泊生态系统结构和功能完整性、维持生物多样性的最低水位,研究湖泊生态水位过程对湖区动、植物栖息地保护和湖泊水资源管理具有重要意义.利用高邮湖1953-2013年日水位资料进行生态水位计算分析,采用M-K法和滑动T法对1953-2013年年均水位进行突变检验,分析高邮湖1953-1992年来水文变化规律,结合年保证率法和年内展布法得到高邮湖逐月最低生态水位过程,并计算出高、低水位发生时间及历时,在此基础上对其1993-2013年生态水位保障程度进行研究.主要结论有:(1)高邮湖年均水位过程突变发生在1997年;(2)高邮湖高水位时期(7-10月)的最低生态水位为5.8 m,水位高于5.9 m的天数要达到111 d左右;低水位时期(12-次年3月)的最低生态水位为5.1 m,水位低于5.3 m的天数要达到96 d左右;其余月份最低生态水位为5.2 m;(3)高邮湖生态水位年内保障程度最低发生在7月,为60.83%,年际保障程度1994年和2001年最低,分别为49.59%和50.41%,低水位天数得不到保障.     

基于水质-水位二元响应关系推求过水型湖泊适宜生态水位研究

适宜的生态水位能够反映湖区生态系统的多种需求,是湖泊长期稳定健康运转的基本保障. 目前湖泊适宜生态水位的推求大多侧重恢复天然水位情势. 然而过水型湖泊承担着防洪、供水、航运等多种功能,频繁的人类活动导致湖泊水位情势异常复杂. 同时随着社会经济的快速发展,水质恶化对过水型湖泊生态系统造成了较大的负面影响,仅恢复天然水位情势难以反映过水型湖泊的生态需求. 因此,在IHA-RVA法的基础上,本文针对过水型湖泊吞吐性强的特点,利用水质-水位二元响应关系系统地提出了一套逐月修正过水型湖泊适宜生态水位阈值,并确定适宜水位变动率的方法. 以洪泽湖为应用实例,结果表明：1)根据湖泊水文情势和入湖污染物变化情况,湖泊调度周期可以划分为平水期(1—4月)、泄水期(5—6月)、蓄水前期(7—9月)和蓄水后期(10—12月);2)各时期内,洪泽湖水位和水质呈现较强的相关性,其中平水期、泄水期和蓄水后期水质均随着水位上升而下降,平均Pearson系数达-0.77,仅在蓄水前期水质随水位上升而改善;3)现阶段洪泽湖的自净能力和污染物滞留比例竞争关系激烈,逐月适宜生态水位阈值为：12.92~12.99、12.79~12.99、12.84~12.99、12.86~12.99、12.71~12.89、12.39~12.63、11.97~12.93、12.50~13.07、12.65~13.26、12.90~13.04、12.90~13.04、12.90~13.04 m,除蓄水前期外,基于水位水质关系修正的适宜生态水位范围较IHA-RVA法计算的天然水位范围缩小了73.4 %. 总体而言,基于本文方法设计的湖泊适宜生态水位不仅可以满足生态系统对于水体大小的需求,一定程度上也可以体现湖泊生态系统对于水质的要求,为洪泽湖等过水型湖泊的生态调度、水资源管理提供科学依据.     

洞庭湖生态水位及其保障研究

湖泊生态水位是维持湖泊生态系统健康的重要因素.基于洞庭湖城陵矶、杨柳潭、南咀3个水文站1959-2016年日平均水位序列进行分析,采用Mann-Kendall法、累积距平法和滑动T检验法综合确定洞庭湖水位变异时间节点,结合生态水位年内展布法以及IHA-RVA法,计算分析湖泊最小和适宜生态水位,并且采用Tennant法进行合理验证,在此基础上对水文变异前、后湖泊生态水位保障度进行研究.研究结果表明:(1)洞庭湖城陵矶和杨柳潭水文站年均水位呈上升趋势,而且城陵矶站水位上升趋势显著,南咀站年均水位呈显著下降趋势.(2)洞庭湖3个典型水文站水位年际变化突变年份为2003年,突变年份基本上与三峡工程蓄水时间相符.(3)城陵矶、南咀和杨柳潭年均最小生态水位分别为21.41、28.95和27.84 m,分别占多年平均水位的86.3%、95.9%和95.7%,城陵矶、南咀和杨柳潭年均适宜生态水位分别为23.29、29.51和28.36 m,分别占多年平均水位的93.9%、97.8%和97.5%,生态水位计算结果考虑了天然湖泊水位年内丰枯变化,满足了湖泊生态目标需求.(4)洞庭湖最低生态水位保障程度较高,基本能达到80%以上,但适宜生态水位保障程度相对较低,其中2003年以后洞庭湖10月和11月生态水位保障程度显著下降,与上游水利工程蓄水有关,建议在此期间采取调度措施适当增加洞庭湖水量,以保障湖泊生态系统的健康与生物多样性.     

抚仙湖北部沉水植被演变规律及其生态指示意义(1987—2020年)

抚仙湖有近210亿m³的优质淡水资源,具有重要战略价值,但是近年来出现水质退化的现象.沉水植被是湖泊生态系统功能维持的重要生物门类,其演变过程能反映和影响整个生态系统的变化,目前还缺乏对抚仙湖沉水植被长期连续地观测记录.本文基于Landsat遥感数据分析了抚仙湖北部沉水植被面积的动态变化,结合气候变化和水质水文要素分析发现：抚仙湖北部湖区沉水植物在1987—2020年间存在先减少后增加的变化趋势;1987—1995年,沉水植物分布面积约占北部湖区面积的1.64%;1996—2010年北部湖区沉水植被分布面积缩减,湖泊处于高水位低营养状态,水位上升是此时期沉水植物面积减少的主要原因;2011—2020年,水位降低,营养增加,营养和水位的共同作用导致抚仙湖北部湖区沉水植物面积显著增加.沉水植物覆盖度变化伴随着沉水植被以苦草为优势种群转为以穗花狐尾藻为优势种群,沉水植被结构转向耐污染性更强的属种.通过抚仙湖北部湖区沉水植被发育与营养、水位等驱动因子的关系分析,建议现阶段需要严格限制入湖氮磷排放,强化水生植被的长期动态监测,构建水量、水质、水生态一体化监测体系,并开展抚仙湖生态系统演变的模拟和预测,防止抚仙湖生态系统出现突变,以维持抚仙湖生态系统功能多样性.     

Water balance of Lake Victoria: update to 2000 and climate change modelling to 2100 / Bilan hydrologique du Lac Victoria: mise à jour jusqu’en 2000 et modélisation des impacts du changement climatique jusqu’en 2100

Abstract

Abstract An annual water balance model of Lake Victoria is derived for the period 1925–2000. Regression techniques are used to derive annual inputs to the water balance, based on lake rainfall data, measured and derived inflows and estimated evaporation during the historical period. This approach acknowledges that runoff is a nonlinear function of lake rainfall. A longer inflow series is produced here which is representative of the whole inflow to the lake, rather than just from individual tributaries. The results show a good simulation of annual lake levels and outflows and capture the high lake level in 1997–1998. Climate change scenarios, from a recent global climate model experiment, are applied to the lake rainfall inflow series and evaporation data to estimate future water balances of the lake. The scenarios produce a potential fall in lake levels by the 2030s horizon, and a rise by the 2080s horizon. A discussion of the application of climate change data to this complex hydrological system is presented.     

Theoretical estimates for the influence of Lake Victoria on flows in the upper White Nile

Abstract

A theoretical model is described for estimating the impacts of changes in Lake Victoria levels on river flows, lake levels and swamp areas in the upper White Nile basin. The basis of the model is to represent the main river channel by a series of interconnected lakes and swamps, whose water balances are described by differential equations relating outflows to levels, areas and the net basin supply at each point. Closed form solutions are obtained for two situations: (a) a long-term change in the mean level of Lake Victoria, and (b) a return to equilibrium levels following an initial disturbance in Lake Victoria levels. A simple model for the net basin supply to Lake Victoria is also used to relate these changes in levels to changes in climate and runoff in the basin. The results illustrate the extreme sensitivity of White Nile flows to changes in Lake Victoria levels and outflows, and in particular to variations in the direct rainfall on the lake surface. Estimates are also presented for the various time scales and time delays which affect the White Nile system.     

Effects of changing climate on ice cover in three morphometrically different lakes

A one‐dimensional hydrodynamic lake model (DYRESM‐WQ‐I) is employed to simulate ice cover and water temperatures over the period 1911–2014. The effects of climate changes (air temperature and wind speed) on ice cover (ice‐on, ice‐off, ice cover duration, and maximum ice thickness) are modeled and compared for the three different morphometry lakes: Fish Lake, Lake Wingra, and Lake Mendota, located in Madison, Wisconsin, USA. It is found that the ice cover period has decreased due to later ice‐on dates and earlier ice‐off dates, and the annual maximum ice cover thickness has decreased for the three lakes during the last century. Based upon simulated perturbations of daily mean air temperatures across the range of ?10°C to +10°C of historical values, Fish Lake has the most occurrences of no ice cover and Lake Wingra still remains ice covered under extreme conditions (+10°C). Overall, shallower lakes with larger surface areas appear more resilient to ice cover changes caused by climate changes.     

A comparative study of the hopanoid hydrocarbons in sediments of two lakes (Fuxian and Changdang) with contrasting environments

Biologically configured ββ-hopanes, geologically configured αβ-hopanes and the biogenic hopenes were determined in dated sediment cores from Lake Fuxian in SW China and Lake Changdang in Eastern China in order to investigate anthropogenic influences on the abundance, composition and provenance of hopanoid hydrocarbons in lake sediments. Based on the results, hopenes were prevalent, with maximum values reaching 148.9 μg g⁻¹ TOC in sediments of Lake Fuxian, an oligotrophic deep lake (average depth 89.6 m), where the long water column provided ample potential for the growth of hopene-producing bacteria especially the cyanobacteria. Sediment hopenes have diminished in abundance to values of 13.4–78.5 μg g⁻¹ TOC in Lake Changdang, a eutrophic shallow (average 0.8–1.2 m) body, reflecting comparatively reduced importance of nutrient level on hopene production. Historical trends in hopenes input to the sediments of each lake are strongly dependent on nutrient status. During the last few decades, human-induced eutrophication has greatly boosted bacterial production, enhancing the accumulation of hopenes in sediments. Inputs of petroleum-derived αβ-hopanes were exceptionally high (average 71.2 μg g⁻¹ TOC) in post-1968 sediments from Lake Changdang, their increase coinciding with the advent and acceleration of petroleum product use around the lake, in particular by fishing boats. Lake Fuxian on the other hand, has undergone slower economic development and the appearance of petroleum-derived αβ-hopanes in sediments was delayed to 1990 since when the average value has been 27.1 μg g⁻¹ TOC. The abundance of αβ-hopanes in Lake Changdang has created a marked decrease in the relative contribution of hopenes to total hopanoids since 1968. Conversely, the amounts of αβ-hopanes introduced to Lake Fuxian since 1990 has yet to yield a clear change in the overall proportion of hopenes, but the abundance of ββ-hopanes has declined relative to total hopanoid levels for the period.     

长江口中华绒螯蟹亲体捕捞量现状及波动原因

对二十多年来抚仙湖表层湖水中藻类的第一手监测资料做了比较系统的分析研究,以揭示其发展趋势与成因.结果表明,抚仙湖浮游植物生物量增长了10.5倍,种群结构从45种增加到78种,主要原因是入湖TN、TP滞留率高达88.5%和93%,星云湖泄水高浓度藻量,为抚仙湖藻类增长提供了种源及营养源.     

邛海入湖河流水质及其湖区响应特征(2011—2021年)

邛海是云贵高原水域面积>25 km²的11个天然湖泊之一。基于邛海入湖河流与湖区水质监测数据,揭示入湖河流水质特征,并探究其湖区响应。结果表明:2021年,邛海入湖河流水质空间异质性显著,且分为自然型、农业型和城镇型3种类型河流。官坝河等3条自然型河流水质优良,而高仓河等8条城镇型和农业型河流(R4～R11)水质较差,污染物浓度超标严重。2011—2021年,邛海主要入湖河流(官坝河、鹅掌河、小青河)的营养盐浓度呈下降或先增加后下降趋势,水质逐渐改善。流域土地利用变化是导致邛海入湖河流水质空间异质性的主要因素,同时也是河流水质在2011—2021年改善的原因之一。受湖泊水文环境与入湖河流污染类型影响,2017—2021年邛海湖区水环境及其与河流水质响应关系差异性明显:高枧湾水域(L5)水深浅、水环境容量小,主要受纳城镇污水,因而湖区营养盐与叶绿素a浓度高,在2021年达富营养状态;官坝河、鹅掌河与小青河入湖影响区(L1～L3)与小渔村(L4)水域湖水深、水环境容量大,污染物浓度与营养状态指数低,但因汇入的河流污染类型不同,湖区营养水平与河流水质响应存在季节性...     

云南抚仙湖透明度的时空变化及影响因子分析

根据2005年的综合调查资料和1980年以来的常规监测资料,分析了云南高原深水湖泊抚仙湖透明度的空间分布、年际变化及影响因子.2005年6-7月抚仙湖水体透明度范围为0.5-6.2 m,平均值为4.6 m,透明度分布的总体格局是:南区>北区,湖心区>沿岸区,河口区较低.藻类和悬浮物是影响透明度空间分布的主要因子,随着水体中藻类和悬浮物的增加,透明度下降.近20多年来,抚仙湖透明度呈下降趋势,藻类增加是直接影响因子,水体总氮、总磷的增加促进了藻类的增殖,是重要的间接影响因子.