近60年鄱阳湖水情演变特征

以鄱阳湖及出入河流组成的复合水系统为研究对象,系统分析了湖泊关键水情要素的演变特征及其影响因素。基于近60年鄱阳湖水位、长江干流径流以及鄱阳湖主要入湖河流径流等综合数据集,采用Mann-Kendall检验和Sen’s slope法分析了鄱阳湖水情演变趋势与程度。结果表明,鄱阳湖水位、五河径流和长江径流在洪水期和枯水期呈现不同的变化趋势。鄱阳湖各站点特征水位(除康山站外)、流域五河各站点特征径流(除李家渡站外)、长江干流各站点特征径流(除宜昌站外),其他站点变化趋势基本一致,个别站点变化不一致是由于各支流在降水、人类活动等诸多方面具有差异性。就趋势变化而言,1970年以前鄱阳湖水位、流域五河(赣江、抚河、信江、饶河和修水)来水和长江径流均呈下降趋势,1970―1990年三者均处于不稳定的波动变化阶段,而1991―2004年三者均呈上升趋势,但2005年以后河流最大径流和湖泊水位呈明显下降趋势。     

鄱阳湖水文节律变化及其与江湖水量交换的关系

在气候变化、人类活动导致流域水循环改变、极端水文事件频发的背景下,从江湖关系角度分析鄱阳湖水文节律变化规律,对于维护流域水安全具有重要意义。利用1951~2011年湖区4站及湖口站水文实测资料,采用统计分析及水文过程分析方法,对湖泊水文节律在2003~2011年与1980~2002年发生的显著变化及其与长江水量交换的关系进行研究。结果表明:2003~2011年,湖泊因涨、退水阶段水位均偏低,进而枯水阶段延长,同时丰水阶段缩短,湖泊水文节律整体呈现洪旱急转情势;近年来江湖水量交换的变化是造成湖泊水文节律变化的主要原因。     

近三十年青藏高原内流区湖泊岸线形态的时空演变

湖泊岸线形态是描述和定量表达湖泊空间分布特征的重要维度。近年来,受气候暖湿化影响,青藏高原内流区湖泊总体呈现快速扩张趋势,湖泊的动态变化不仅体现在面积、水位、水量等水文参数上,还引起湖泊形态的显著变化。基于多期湖泊分布数据,结合分形和景观生态学理论,构建了湖泊岸线形态特征量化的指标体系,对1990年以来,青藏高原内流区湖泊岸线形态的时空变化特征及其影响因素进行定量分析。结果表明：① 近三十年来青藏高原内流区湖泊的分形维数和岸线发育系数总体呈上升趋势,湖泊的近圆率在此期间呈下降趋势,湖泊长宽比指数则无明显变化。② 青藏高原内流区湖泊岸线形态的总体演变特征受到地质构造的控制,体现出一定空间自相关性,断陷湖区的湖泊岸线形态及其变化要明显复杂于坳陷湖区。区域湖泊岸线的变化幅度大致从东北向西南递减,变化幅度在可可西里地区、羌塘高原中部以及羌塘高原东南部3个区域存在空间自相关性。③ 湖泊岸线形态的变化受岸线周边的地形影响,湖滨地形落差较大的区域,湖泊岸线相对稳定,变化速度较慢。岸线指数的变化量与岸线周边1 km缓冲区内的平均高差存在幂函数关系。④ 该区域湖泊岸线形态的变化和湖泊面积的变化幅度也存在一定相关性,当湖泊处于扩张阶段时,湖泊的分形维数和岸线发育系数总体呈现增加趋势,反之减少。本研究揭示了气候暖湿化背景下青藏高原内流区湖泊岸线形态的变化格局与影响特征,讨论了湖泊岸线形态及其变化格局与湖区的地质构造,气候与水文等多个要素间的关系,丰富了湖泊动态变化研究的视角与方法,为深入理解青藏高原湖泊对气候变化的响应特征,监测湖泊变化对湖盆地貌、水系连通度以及湖滨带生态环境等影响提供了科学参考。     

近50年来长江与鄱阳湖水文相互作用的变化

通过分析1957-2008 年长江与鄱阳湖相互作用的基本特征及其与长江中游、鄱阳湖流域的径流量和气候变化的关系,并用2004-2006 年三峡水库蓄水、放水量的数据,定量地计算和比较了三峡水库运行和区域气候变化对长江与鄱阳湖相互作用的影响程度,得出如下主要结论：1)从年际、年代际尺度上来看,鄱阳湖流域的气候变化和五河入湖流量是鄱阳湖水位和水量变化的主要因素,同时也在很大程度上决定了长江与鄱阳湖相互作用关系及其强弱变化。2) 长江与鄱阳湖的相互作用强度是此消彼长的关系。从季节来看,鄱阳湖对长江的较强作用主要在4-6月,而长江对鄱阳湖的较强作用主要发生在7-9 月。3) 三峡水库运行并没有改变长江与鄱阳湖作用的基本特征,在多数季节三峡水库的影响不足以解释长江径流量变化的10%,但是水库在不同季节的蓄水或放水在一定程度上影响了江湖作用的季节变化和鄱阳湖流域的旱涝机率。4-6月的放水加强了长江作用,由于此时正值鄱阳湖流域的雨季,增强的长江作用在湿润气候的环境下可能增加初夏鄱阳湖流域发生洪涝的概率;7-9 月的少量蓄水则减弱长江对鄱阳湖的作用,降低了湖区洪涝的概率;而10 月份三峡水库的大量蓄水可能增加鄱阳湖流域的旱季干旱发生率。     

基于多源遥感影像的洞庭湖地形提取方法

湖底地形数据是湖泊流域规划与治理、湖区冲淤变化研究、水资源利用和生态环境保护的重要基础。但传统的大型湖泊湖底地形数据获取手段耗时长、投入大,因此,有必要研究一种基于遥感影像快速获取湖底地形数据的方法。本文以洞庭湖为研究对象,采用Landsat和MODIS系列遥感影像提取湖区边界,基于趋势面分析法和克里金插值法,反演湖区边界各点对应的水位,将带有水位信息的边界点作为高程点实现湖底地形反演,进一步用实测湖底地形验证反演方法的可靠性。研究结果表明,克里金插值法水位反演效果较好,交叉验证的误差标准平均值在0.2 m以内,水位样本点分布较多处,基于克里金法的地形反演绝对误差在1 m以内。本文利用湖泊淹没区域变化的特点快速获取湖底地形,对湖区演变分析、综合治理与保护等具有重要意义。     

东居延海易溶盐沉积与古气候环境变化

通过对黑河尾闾东居延海湖相沉积物易溶盐类K^ 、Na^ 、Ca^2 、Mg^2 、SO4^2 、CO3^2-、HCO3^-、Cl^-八大离子含量和其他相关指标的分析，依据它们在地层中的变化特征，结合地层^14C年代测定结果，把东居延海湖泊变化划分为：隋唐湖泊面积较大时期、宋辽湖泊缩小时期、中世纪暖期湖泊扩张时期、小冰期湖泊缩小时期及20世纪湖泊干涸期等几个阶段。考虑近1500a来该流域气候变化和人类活动对湖泊的影响，得出了以下几个结论：近1500a来，东居延海湖区气候以干旱为主，湖泊逐渐萎缩；在干旱背景下存在气候波动，并与全球变化具有一致性；湖泊的盛衰演变受到气候变化和人类活动的双重影响，前期以自然变化为主，明清以来特别是清代以后，人类活动的影响加剧，成为主控因子。     

新疆生地所在中亚伊塞克湖水位变化研究取得进展

正山地湖泊普遍处于高山或高原的低洼盆地,具有稳定的冰川融水和降水补给,因此对气候变化的响应更敏感,在自然状态下,能较为真实的反映区域气候变化的状况,该系统受人类活动影响相对较小,是开展全球变化区域响应的理想地区。伊塞克湖在气候变化和人类活动的双重影响下湖水位持续下降,面积收缩,对区域生态环境造成很大的影响,依据历史监测数据,伊塞克湖湖泊水位表现     

鄱阳湖湿地水位与洲滩淹露模型构建

水是控制湿地生态过程的一个重要因子,为了研究洲滩变化和湿地草洲生长发育规律,以便更好地监测和保护湿地生态系统,有必要研究鄱阳湖水体变化特征,分析湿地洲滩水位的时空动态变化和洲滩淹露规律。本文以鄱阳湖国家级自然保护区为例,在对鄱阳湖多年水位进行分析的基础上,利用多时相遥感影像和DEM提取湿地洲滩特征;并在GIS支持下综合考虑地形、鄱阳湖水位、湖泊缓冲区等因素,建立了湿地水位及洲滩淹露模型。时空验证结果表明,该模型具有较好的模拟效果,精度在85%以上。同时,本文根据研究区特点及水体在TM2、7波段的特征差异,构建了一个新的水体指数FDWI,提取水体精度达到98%,特别是对潮湿的沙地、植被和云有很好的区分能力。     

植被恢复与气候变化影响下的鄱阳湖流域蒸散时空特征

蒸散是地球表层物质循环与能量交换过程的重要组成部分,了解其时空特征和影响因素具有重要的科学意义。以鄱阳湖流域为研究区,基于WaSSI-C生态水文模型,利用气象数据、叶面积指数数据和土壤数据等估算1983-2011年鄱阳湖流域蒸散,分析其时空特征,并通过情景模拟定量分析植被恢复和气候变化对蒸散的影响。研究表明：鄱阳湖流域蒸散多年均值变化范围为741~914 mm/a,植被和降水量分布是造成流域蒸散空间差异的主要原因;近三十年来鄱阳湖流域蒸散呈阶段性增长趋势,增长率为1.495 mm/a;植被、气温和降水对鄱阳湖流域蒸散的单独影响均为正向,但气温和降水的联合效应会导致蒸散下降;鄱阳湖流域蒸散变化的主导因素具有空间差异性,从整体上看,植被恢复是驱动蒸散呈增加趋势的主要原因,而气候变化是导致蒸散年际波动的主要原因。     

冬夏季温度和降水变化对青海湖全新世环境变化的影响初探

青海湖是国内最大的内陆湖泊,位于青藏高原东北缘,因其处在东亚夏季风、印度季风和西风带的交替控制区域,对气候变化十分敏感,成为古环境变化研究的热点地区。有关青海湖的形成演化、环境变化和水文变化的研究也存在多种观点。本研究再分析了青海湖已报道的古环境指标和气候模式模拟的夏季、冬季温度和降水变化,力图更加全面地理解青海湖全新世以来的古环境变化。研究发现早全新世11~8 ka夏季降水量和表面蒸发量较大,冬季降水稀少,湖泊水位只有十余米深,使得青海湖周边风沙活动频繁。并且,早全新世的气候不稳定,经历了频繁和较大幅度的波动。全新世气候适宜期出现在8~6 ka,古环境指标指示这一时期为温暖湿润的气候环境,湖盆内植被以森林草原为主,湖泊水位不断上升。青海湖地区的夏季降水自6 ka开始减少,然而冬季降水增加,同时夏季温度和蒸发量减少,使得湖区植被组成由森林草原向高山草甸转变,湖区大范围形成古土壤。湖区古环境条件在晚全新世距今1.5 ka开始恶化,冬季和夏季降水同时减少,湖泊水位下降,风沙活动再次加强。     

Effect of Three Gorges Dam on Poyang Lake water level at daily scale based on machine learning

Lake water level is an essential indicator of environmental changes caused by natural and human factors. The water level of Poyang Lake, the largest freshwater lake in China,has exhibited a dramatic variation for the past few years, especially after the completion of the Three Gorges Dam(TGD). However, there is a lack of more accurate assessment of the effect of the TGD on the Poyang Lake water level(PLWL) at finer temporal scales(e.g., the daily scale). Here, we used three machine learning models, namely, an Artificial Neural Network(ANN), a Nonlinear Autoregressive model with eXogenous input(NARX), and a Gated Recurrent Unit(GRU), to simulate the daily lake level during 2003–2016. We found that machine learning models with historical memory(i.e., the GRU model) are more suitable for simulating the PLWL under the influence of the TGD. The GRU-based results show that the lake level is significantly affected by the TGD regulation in the different operation stages and in different periods. Although the TGD has had a slight but not very significant impact on the yearly decline of the PLWL, the blocking or releasing of water at the TGD at certain moments has caused large changes in the lake level. This machine-learning-based study sheds light on the interactions between Poyang Lake and the Yangtze River regulated by the TGD.     

鄱阳湖流域水文变化特征成因及旱涝规律

本研究分析了1960-2008年鄱阳湖流域的气候和水文变化特征,用水量和能量平衡关系解释和印证了这些特征,并由此揭示了鄱阳湖流域水文变化特征的成因及干旱和洪涝发生的规律.得到以下主要结论:1)正常或偏湿年份鄱阳湖流域6月份容纳水量能力已达到饱和,若6-7月降水量超出正常年份,则流域超饱和,洪涝发生.长江中上游降水量7月份的异常偏多会对鄱阳湖流域的洪涝起触发和强化作用.2)鄱阳湖流域7-10月蒸发量大于降水量,特别是7-8月蒸发量大于降水量的一倍以上,所以若4-6月流域降水量少于平均年同期量的20％以上,则累积效应使秋旱发生.当初冬(11月)降水偏少时,秋旱可持续到来年的初春,形成严重的春旱.长江中上游降水量对鄱阳湖流域的春旱没有直接影响,但7-8月降水量偏少时则对秋旱起重要的强化作用.3)长江对鄱阳湖流域的水文过程和旱涝的发生、发展的影响主要在7-8月的“长江与鄱阳湖耦合作用”时期和9-10月的“弱长江作用”期.     

长江荆南三口河系水位演变规律及对江湖水量交换关系的响应

为分析荆南三口河系水位演变规律与江湖水量交换关系。依据1956—2017年荆南三口、湖南四水、洞庭湖城陵矶站以及长江干流枝城站月平均水位及流量和该流域8个雨量站的降水数据,运用Mann-Kendall趋势检验法、回归分析、流量年特征值等方法研究了三口水位的时序演变特征及其与流量、降水、江湖水量交换、人类活动的关系。结果表明：① 与阶段一（1956—1966年）相比,阶段二（1967—1980年）、三（1981—2002年）、四（2003—2017年）河系年平均水位、年最高水位分别下降0.74 m、0.37 m,年最低水位上升0.07 m;② 在涨（4—5月）、丰（6—9月）、退（10—11月）、枯（12月—次年3月）四个水文节点上,最低水位降幅最大（-0.98 m）,平均水位次之（-0.78 m）,最高水位最小（0.55 m）,并将其降幅按水文节点排序依次为退水期（-0.95 m）>丰水期（-0.61 m）>涨水期（-0.21 m）>枯水期（0.15 m）;③ 河系水位变化与其流量变化有着较好的一致性（二者的相关系数r =0.65）,与降水量相关性较弱（r =-0.16）,但2002—2017年相对干旱的气候加剧了河系水位的下降。从总体上看,长江枝城来水量减少和以水利工程为代表的人类活动方式是导致荆南三口河系特征水位下降的主要驱动因素。     

气候变化和人类活动对信江流域径流影响模拟

以1960―1990年为基准期、1991―2005年为影响期,使用HSPF（Hydrological Simulation Program-Fortran）水文模型定量分析了影响期气候变化和人类活动对信江流域径流的影响及其各自的贡献率。结果表明：1）相对于1960―1990年,1991―1995、1996―2000年的年平均径流深分别增加了271.9和246.3 mm,2001―2005年的年平均径流深减少64.1 mm。其中,气候变化对径流的影响分量在65.6%~88.0%之间,人类活动对径流的影响分量在12.0%~34.4%之间。2）人类活动对极值流量有影响。在影响期,年最大7 d平均流量和最大15 d平均流量模拟值大于对应的实测极值流量。3）在气候变化因子中,流域降水量的增加,是引起20世纪90年代信江流域径流显著增大的主要原因,其次是蒸发量的下降;人类活动包括植树造林、城市化以及水利工程修建,是影响流域径流变化的次要原因。     

实施流域生态管理的长江中下游湿地保护探讨

长江中下游地区湿地分布广泛且类型多样,是我国淡水湖泊分布最集中和最具有代表性的地区。为了从根本上解决长江中下游湿地利用面临的问题,实现湿地资源的可持续利用,保护湿地环境,解决区内上、下游用水的供需矛盾,实现水资源的优化配置,调动区域湿地保护的积极性和主动性,有必要遵循湿地流域分布规律,应用流域生态学最新理论与实践成果,进行流域生态管理。一方面,要从流域角度处理好几大江湖关系、蓄泄关系、湖垸关系和山湖(河)关系等;另一方面,在流域内建立统一协调机制,对流域湿地进行保护与合理利用、合理布局和统一规划;同时在保护的前提下,科学合理地利用长江中下游湿地资源,开拓新的生产力。     

长江流域蒸发皿蒸发量的区域变化特征及影响因素

基于长江流域148个气象站1980—2017年的蒸发皿观测数据,将旋转经验正交函数（REOF）和模糊C均值聚类（FCM）相结合,对流域蒸发皿蒸发量（PE）进行分区,然后运用Modified Mann-Kendall检验和多元逐步回归等方法,分析各子区域PE的变化特征并识别其主要影响因子。结果表明：1) REOF的前4个空间模态显示流域PE存在5个主要的异常敏感区,基于这4个空间模态,流域PE在空间上可划分为9个子区域。2）在年尺度上,各区PE呈不同程度的增加趋势,其中中部盆地区上升速率最大（111.28 mm/10 a）,西部高原区上升速率最小（12.5 mm/10 a）;而在季节尺度上,秋、冬季流域PE呈显著上升趋势,春、夏季PE的变化具有明显的区域差异性,部分地区PE为下降趋势。3）影响PE变化的主要因子因地而异,但大多子区域的PE变化与平均气温和饱和水汽压差的变化显著相关。     

鄱阳湖"斩秋湖"水位调控方式对湖泊湿地的影响及启示

鄱阳湖由于其长期的水文和地质过程形成了独特的碟形湖泊群。人类活动历史演变形成的、与大型通江湖泊节律性水文特征相互协调的"斩秋湖"水位调控是长江中下游季节性湖泊中的一种重要渔业方式。采用PRA方法调查和统计渔业数据,分析了"斩秋湖"人工调控的成因和调控方式;基于"斩秋湖"渔获物组成和年龄结构,分析其对湿地生态系统和关键物种生境的影响。结果表明:"斩秋湖"水位调控会显著改变湖泊湿地物种组成和群落生物量,提出了该调控方式对湖泊湿地保护与管理的启示。     

气候变化和人类活动对汾河流域径流情势影响分析

在人类活动和气候变化的影响下,汾河入黄径流量锐减,加剧了山西省水资源短缺的现状,并引起生态环境的恶化,同时入黄径流量的减少致使黄河干流流量的减少,加剧了黄河中下游的水资源短缺。以汾河流域为研究区,采用水文变异诊断系统分析了汾河流域入黄控制站河津站1956-2012年的径流情势的变化情况,入黄径流有显著下降的趋势,并且在1971年左右发生了突变减少。然后采用多元分析方法,分析造成径流突变减少的影响因子,其径流受到降水量、潜在蒸散发量和人类活动引起的流域属性改变的影响。随后采用Budyko公式分析其敏感性,在相对较长的时间尺度上,气候变化对径流的影响比人类活动更加敏感。最后采用累计斜率法分析上述参数对径流的影响比率,得到径流量受降水量、潜在蒸散发量和流域属性的影响比率分别为16.29%、-4.86%和88.57%。     

鄱阳湖水利枢纽工程水位调控方案的探讨

利用历史水文资料、越冬候鸟分布调查资料及基础地理数据等, 从鄱阳湖形态的历史演变和鄱阳湖越冬候鸟生境保护的角度, 探讨鄱阳湖水利枢纽工程的水位调控方案。研究得到以下结论和建议:(1) 在维持鄱阳湖形态不变的情况下, 为有效保护越冬候鸟生境不受水利枢纽工程水位调控的影响, 工程调控水位不宜超过12 m, 但由于低水位运行不利于水利枢纽工程工程效益的发挥, 而高水位运行不利于越冬候鸟栖息地的保护, 为调和工程效益和候鸟保护之间的矛盾, 建议实施适当退田还湖, 以促进鄱阳湖水利枢纽工程的规划实施;(2) 根据地形、越冬候鸟分布范围、圩堤内居民点分布以及圩堤内土地利用现状, 提出了约640 km²实施退田还湖范围;(3) 以退田还湖为前提, 按照“调枯不调洪”原则, 提出鄱阳湖水利枢纽工程的水位调控方案, 为工程的推进和实施提供参考。