三峡工程运用后长江中下游河道冲刷特征及其影响

三峡及其上游干支流梯级水库建成运用后,大坝下游“清水下泄”引起了长江中下游河道发生长时间、长距离的冲刷。2001—2021年期间宜昌至长江口已累计冲刷了50.3亿m³,需厘清河道冲刷对河势、防洪、航运等方面产生影响。分析表明:三峡工程运用后,长江中下游河势总体稳定,弯道段出现切滩撇弯、汊道段出现塞支强干等现象;河道槽蓄量的持续增加,进一步增大了河道调蓄和行洪能力,但水流顶冲点的变化和近岸河床的冲刷下切,使得河道崩岸频发,并影响河势稳定和防洪安全;在河道冲刷、河势控制与航道工程综合作用下,长江中下游航道条件总体得到改善,但河道不均衡冲刷使得坝下游砂卵石河段出现“坡陡流急”,沙质河段出现洲滩散乱、航槽移位等现象,影响航道条件;同流量下枯水位呈下降态势,逢极枯年份影响长江中下游用水安全;江湖关系发生新变化,“三口”分流道由原淤积转为冲刷,两湖湖区水位不同程度的降低,枯水位出现时间有所提前,不利于湖区水资源和生态环境的安全与可持续发展;三峡工程实施枯水期补水调度和“压咸潮”调度以及长江口北支淤积减缓,对于遏制长江口咸潮入侵有利,入海泥沙显著减少引起长江口近岸河床冲刷,影响...     

2004年以来长江中下游干流水体高锰酸盐指数时空变化分析

高锰酸盐指数是我国水环境质量评价和污染控制考核的重要指标,其浓度高低能反映水体受到有机物污染的严重程度.2003年三峡水库投入运行后,长江中下游干流水文情势发生了重大变化.为此,研究了长江中下游干流耗氧有机污染物的典型参数——高锰酸盐指数的时空变化特征.结果表明,长江中下游干流水体：2004年以来,高锰酸盐指数总体趋降,且目前已处于较低水平并趋于稳定;不同江段和水期高锰酸盐指数变化趋势不一致;耗氧有机污染物以溶解态为主,且溶解态所占比例沿程趋于降低,南津关、汉口、吴淞口下23 km断面溶解态占比中位值分别为0.862、0.734和0.598;可沉降颗粒物对水体中高锰酸盐指数浓度影响较低,尤其在研究河段上游段,悬浮颗粒中所含耗氧物质占总量比例中位值分别为0.138、0.266和0.402;上游江段水体同一监测断面不同测线和测点间高锰酸盐指数测定值差异不显著;河口段则存在显著差异,尤其是表层和底层之间;沿江城市江段近岸水域水体中耗氧物质污染程度较低,其澄清样中高锰酸盐指数均值在1.91～3.45 mg/L之间,仅局部城市江段和水期出现值高于6.0 mg/L的现象.     

三峡水库运行前后长江中下游干流及两湖的径流过程变化

为探索三峡水库运行前后长江中下游干流及两湖径流过程的变化及其驱动因素,利用宜昌、监利、大通、七里山、湖口共5个水文站的流量资料,分析了各站径流过程的变化特征及其成因。结论:(1)各站年径流量均减少,但除七里山站之外,其它各站减少比例均小于10%且变化不显著;(2)干流各站月径流量最大减幅发生在10月,而七里山站、湖口站分别发生在7月、4月;(3)干流各站月径流量最大增幅发生在3月,而七里山站、湖口站分别发生在1月、6月;(4)宜昌站,1—4月径流量增加是三峡水库入库径流增加和水库调度的共同作用结果,6—8月径流量减少的主因是三峡水库入库径流量减少,5、9、10月径流量变化的主因是三峡水库调度;(5)监利站,径流量的变化与宜昌站表现出高度的一致性,但冬季各月径流量的增幅均大于宜昌站;(6)大通站,4—6月径流量变化方向与湖口站一致,其它月份变化方向均与宜昌站一致。(7)七里山站,7月径流量减少的主因是洞庭湖流域来水减少,9、10月径流量减少的主要原因是荆江分流减少,但洞庭湖流域来水减少也是重要原因。(8)湖口站,4、5月径流量减少的主因是流域降水减少,9、10月径流量减少的主要原因是鄱阳...     

三峡水库蓄水前后长江中下游流量频率分布特征及其对洪水造床作用的影响

三峡水库蓄水前后长江中下游流量特征变化及其对造床作用的影响一直受到学者的关注.采用枝城等6个水文站日均流量资料,分别统计了各站流量的经验频率分布,检验了8种概率密度函数的适用性,并讨论了三峡水库蓄水前后流量频率分布特征与造床流量的关系.研究表明:长江中下游干流洪中枯各级流量的频率分布具有分段特性,无法用皮尔逊Ⅲ型或对数...     

三峡水库影响下长江中下游水文干旱演变及对气象干旱的响应

利用1960-2016年长江流域183个气象站逐月气温和降水数据以及干流3个水文站逐月径流资料,采用标准化降水蒸散指数(SPEI)和标准化径流指数(SRI)分析三峡水库蓄水运行前后长江中下游宜昌、汉口和大通站水文干旱的多时间尺度演变以及对气象干旱的响应特征.结果表明:(1)三峡水库运行后下游各站冬春季旱情明显趋缓,而秋季干旱状况略有加重;水库蓄水后各站中旱和重旱发生频率均呈减少趋势,其中中旱减幅明显,而特旱发生频率则总体表现为增加趋势;(2)三峡水库蓄水后3个站平均干旱历时的变幅相对较小,而干旱烈度和烈度峰值的均值增幅较大;同时,各站短时间尺度(1和3个月)干旱特征变量的变幅总体呈现沿程递增趋势,而长时间尺度(6和12个月)干旱特征变量的变幅整体表现为沿程递减趋势;(3)水库蓄水后各站短时间尺度SRI与SPEI的相关性减小,但相关性随时间尺度增加而迅速增强,12个月时间尺度的相关系数达到最大并略高于蓄水前;在年内相关性上,蓄水后各站短时间尺度SRI与SPEI的相关系数明显减小,冬季表现尤为突出,而长时间尺度的相关系数则略有增加;(4)水库影响下不同时间尺度宜昌站水文干旱滞后于气象干旱平...     

长江中下游湖泊大型底栖动物群落结构及多样性

2007年10月至2008年4月,对长江中下游地区四种不同类型(草型、天然养殖、施肥养殖以及城市湖泊)的10个湖泊的大型底栖动物群落结构和多样性进行研究,并分析其与水体营养状态之间的关系.研究结果表明,不同类型湖泊底栖动物的密度、生物量、多样性及特征种类均存在显著差异.草型湖泊具有最高的生物量和多样性,但密度最低,其特征种类为腹足纲动物.天然养殖湖泊生物量也较高,物种多样性处于中间水平,特征种类为河蚬、寡鳃齿吻沙蚕及苏氏尾鳃蚓.施肥养殖湖泊和城市湖泊底栖动物密度较高,并呈现出最低的物种多样性,特征种类主要是耐污能力较强的颤蚓类和摇蚊科幼虫.相关性分析表明湖泊营养状态指数与底栖动物密度呈显著正相关,而与生物量呈显著负相关,说明随着营养水平的增加,底栖动物群落逐渐被小个体的耐污种类所主导.Margalef丰富度指数及Pielou均匀度指数与营养状态指数亦呈显著负相关,反映目前长江中下游湖泊随营养水平增加底栖动物群落趋于简单化的演替趋势.     

2007年以来太湖总磷污染负荷质量平衡计算与分析

磷是太湖富营养化的关键性指标,为了解太湖总磷内、外源变化趋势及特征,从总磷污染负荷动态平衡角度分析太湖总磷主要来源与总磷浓度高位波动的原因,本研究基于2007年以来长时序水量水质监测资料和调查数据,开展了太湖进出各途径的总磷负荷质量平衡估算及分析。结果表明,2007—2020年入湖河道输入总磷负荷为1835～2799 t,占太湖总磷负荷的55%～73%,是外源输入最主要的途径;大气干湿沉降输入353～1380 t,占太湖总磷负荷量的12%～38%,是太湖总磷外源输入的第二大途径;太湖水体中总磷负荷量约占8%～15%。出湖河道输出总磷负荷量为516～906 t,占太湖总磷负荷量的13%～30%;水生动植物捕捞总磷负荷量为115～312 t,占太湖总磷负荷量的4%～12%,水厂输出占2%～3%左右;约41%～74%的总磷负荷量滞留于太湖湖体中,成为影响太湖总磷浓度的重要内源。同时,太湖地区气温升高、太湖水体流动速度加快一定程度上又加速了内源污染释放,使其成为总磷改善的限制性因素。     

长江中下游地区铜矿体综合找矿模型

本文在收集研究长江中下游地区主要铜矿床的发现和勘查过程、矿床地质特征、物化探异常特征、勘查方法等大量资料的基础上,对矿体特征进行了归纳,提出了将长江中下游主要铜矿体划分为二型四式的矿体类型划分方案。分别建立了四种类型铜矿体的找矿模型,并建立了铜矿体综合找矿模型。     

长江中下游不同湖泊沉积物中重金属污染物的累积及其潜在生态风险评价

利用富集因子和Hakanson潜在生态风险指数法,结合年代学结果,对长江中下游湖泊太白湖、龙感湖、巢湖和西氿沉积物中重金属元素Co、Cr、Cu、Ni、Pb、Zn的富集程度进行了评价,并比较分析了上述重金属的潜在生态风险.结果表明,太白湖和龙感湖沉积物中各重金属富集程度均较低;巢湖沉积物中Co、Cr、Ni的富集程度接近中等水平,而Cu、Pb、Zn的富集已经达到中等水平;西氿沉积物中Co的富集非常低,Cr、Ni富集水平较低,Pb达到中等富集,Cu、Zn达到较高的富集水平.对4个湖泊沉积物中重金属的综合污染程度进行比较:巢湖西氿龙感湖太白湖.各湖泊沉积物中单一元素的潜在生态风险都较低,但是,根据多元素潜在生态评价指数,各湖泊沉积物中重金属存在明显不同的潜在生态风险:巢湖西氿龙感湖太白湖.总体上看,太白湖和巢湖沉积物重金属污染以及潜在生态风险自1965年以来一直在加重,而龙感湖和西氿沉积物在表层有下降的趋势.这种差异与各个湖泊流域内人类活动的方式和强度密切相关.巢湖和西氿流域内城市化、工业化发展迅速,人类活动导致大量重金属元素进入湖泊,给湖泊带来明显的污染;而龙感湖和太白湖流域人类活动主要以农业活动为主,人类活动对重金属的贡献相对较小.     

长江中下游浅水湖泊沉积物腐殖质组分赋存特征

应用化学方法,对长江中下游浅水湖泊表层沉积物有机质含量、腐殖质组成及结合形态进行了研究.结果表明:①长江中下游浅水湖泊11个沉积物的有机质含量变化较大.在0.98%-11.0%之问波动.污染程度重的沉积物中有机质含量均较污染程度轻的高.其有机质的分布特征与沉积物污染程度和湖泊周边的人类活动有关.②腐殖质组成中,胡敏酸(...     

长江中下游地区湖泊硅藻-总磷转换函数

硅藻转换函数的研究为湖泊环境指标的定量重建提供了有效途径．在长江中下游45个湖泊水质和表层沉积硅藻调查的基础上,利用典型对应分析方法开展了表层硅藻与营养态指标的关系研究．15个水质指标中总磷解释了硅藻数据的最大变率,是影响硅藻种群分布的最重要最显著的环境变量．通过对不同加权平均回归方法的比较,选择了反向还原加权平均回归与校正方法建立了研究区硅藻一总磷转换函数模型．依据刀割法统计检验,该模型提供了较低的推导误差（RMSEPjack=0．157）．在删除异常样品后,该硅藻一总磷转换函数的推导能力明显增强,实测值与推导值的回归相关系数大大提高（R^2jackk=0．82）,推导误差（RMSEPjack=0．12）也较原来降低了近21％．该转换函数同世界上其它区域的硅藻-总磷模型相比具有更强的推导能力．长江中下游地区硅藻-总磷转换函数的建立,为今后开展研究区内不同营养类型湖泊营养本底的定量重建奠定了基础,可望为湖泊治理参考目标的制定提供有效的技术支撑．     

水位波动对长江中下游湖泊湖滨带底质环境的影响

以长江中下游湖泊为对象,研究了水位波动对湖滨带底质环境的影响.结果表明,底质环境参数沿高程梯度变化明显.底质含水率沿高程梯度增加而减小,pH值沿高程梯度变化不大,有机质、总氮和总磷沿高程梯度呈先增大后减小的趋势.底质环境参数的季节变化也较大.分析表明,水位波动幅度、淹没深度、高水位持续时间等对湖滨带底质环境有较大影响.在中等波动幅度下,底质参数沿高程的变异系数最大,表明此时湖滨带底质异质性较高.夏季湖滨带淹没时间越长、淹没深度越大,底质养分流失越快.高水位持续时间越长,底质pH值变化就越大、营养盐流失越快.本研究结果可为湖滨带生态修复及管理提供依据.     

长江中下游典型湿地沉积物-水界面硝酸盐异养还原过程

反硝化(Denitrification,DNF)和硝酸盐异化还原为氨(Dissimilatory Nitrate Reduction to Ammonium,DNRA)是硝酸盐异养还原的2个主要途径.反硝化被认为是彻底去除水体氮负荷的主要过程;而硝酸盐异化还原为氨则将水体中的硝态氮转化为氨氮.2个过程均以硝酸盐为电子受体,并存在相互竞争关系.这2个过程的研究对理解湿地氮转化以及指导湿地氮污染修复具有重要意义.运用无扰动沉积物柱样流动培养、15NO-3-N同位素示踪实验,并采用氨氧化-膜接口质谱仪联用(OX/MIMS)测定氨氮同位素产物的方法,对鄱阳湖碟形湖湿地、巢湖重污染河流湿地、巢湖重污染湖泊湿地3种类型湿地沉积物-水界面的硝酸盐异养还原过程进行研究,结果表明存在显著差异.3种类型湿地DNF速率的范围为(6.36±2.57)~(99.98±14.05)μmol/(m2·h),DNRA速率的范围为(0.51±0.45)~(79.82±6.08)μmol/(m2·h).在3种类型湿地中,随着氮污染程度加重,DNF和DNRA速率均显著增加,且DNRA过程在总的硝态氮异养还原中所占的比重不断增大,说明较高的硝酸盐负荷、较高的沉积物有机质含量更有利于DNRA过程的竞争.而对反硝化方式的进一步研究发现,巢湖重污染河流、湖泊湿地主要以非耦合反硝化为主导过程,而鄱阳湖碟形湖湿地则更倾向于以硝化过程耦合控制的反硝化为主.     

三峡水库运行后长江中游洪、枯水位变化特征

流域大型水库蓄水后,坝下游河道调整过程中的洪、枯水位变化,对下游水安全、水生态和水资源利用影响甚大.利用1955-2012年长江中游各水文站水位、流量等资料,采用改进的时间序列分析方法,对三峡水库运行前后长江中游洪、枯水位变化特征进行了研究,结果表明:三峡水库蓄水前长江中游洪、枯水位变化的周期长度分别为9~14、11~15 a,在假设三峡水库运行后水位无趋势性变化的前提下,估算得到的水位变化周期长度基本在20 a以上,蓄水前的自然周期性已被打破,枯水位发生趋势性下降且无复归迹象,而洪水位波动周期虽有所延长,但上升幅度未超过历史波动变幅,仅可确定洪水位没有明显的下降趋势.三峡水库蓄水后坝下游长距离冲刷,枯水河槽冲刷量占平滩河槽的比例逐年增加,累计至2013年已达91.5%,是枯水位下降的主控因素.河槽冲刷导致的床沙粗化增加了河道床面阻力,高程在平滩水位附近的滩体上覆盖的大量植被增加了水流流动阻力,同时大量航道整治、护岸、码头等工程主体部分布设在枯水位以上,综合因素作用使得洪水河槽阻力增加.三峡水库蓄水后,虽然枯水期流量补偿作用显著削弱了枯水位下降的效应,但枯水位下降事实已经形成,不利于航道水深的提高及通江湖泊枯水期的水量存蓄,洪水位未明显下降,同级流量下的江湖槽蓄量不会明显调整.