三峡工程调节作用对洞庭湖水面面积(2000-2010年)的影响

以洞庭湖为研究对象,以11年(2000-2010年)Terra/MODIS 16 d最大值合成的植被指数数据产品集MOD13Q1和同期城陵矶水文监测站的水位数据为主要数据源,通过对NDVI和NIR分别设定阈值的方法,实现了洞庭湖水面面积的综合提取,分析了三峡工程建设背景下,洞庭湖水面面积的年际变化特征和年内变化规律,再结合城陵矶水位数据,对水位与水面面积之间的定量关系进行了深入分析.研究结果表明:三峡工程的运行,很大程度上控制着洞庭湖的入湖水量,对洞庭湖防汛工作有利;在气候变化、三峡水库的共同影响下,洞庭湖区水面面积整体上呈减少趋势;水面面积与水位的拟合结果显示两者具有良好的相关性,其中2000-2003年两者的确定性系数达到0.975.     

近30年洞庭湖季节性水情变化及其对江湖水量交换变化的响应

江湖水量交换的变化影响着通江湖泊洞庭湖的水情,进而影响湖区社会经济及生态的可持续发展.以洞庭湖城陵矶站、南咀站以及长江干流宜昌站、螺山站1981-2012年逐日水位、流量观测数据为基础,采用单位根检验、方差分析和水位-流量绳套曲线等方法对洞庭湖季节性水情变化特征进行提取,并探究江湖水量交换变化对其产生的影响.研究表明:近30年来洞庭湖水情呈阶段性特征,与相对稳定的1981-2002年相比,2003-2012年湖泊水位总体呈下降趋势,年均水位下降0.43 m;枯、涨、丰、退水期各季水情变化特征为:2003年以后洞庭湖丰水期水位平均下降0.60 m,呈现出"高水不高"现象;退水期水位平均下降1.49 m,退水加快;枯水期水位略有上升,平均上升0.18 m;涨水期水位变化不明显.湖泊退水期水位降幅最为明显,尤其是10月大幅下降,平均下降2.03 m,有提前进入枯水期的趋势.水情变化与江湖水量交换变化密切相关:丰水期,三口(松滋、太平和藕池)分流量减小在一定程度上降低湖泊水位;退水期,三口分流量减小叠加城陵矶出口长江水位下降对洞庭湖产生拉空作用,湖泊出流加快水位被拉低;枯水期,主要是1 3月,城陵矶出口长江水位上升对湖泊顶托作用增强,湖泊出流减缓水位略有抬升.     

三峡水库首次蓄水引起的重力变化及其机制的初步研究

介绍了三峡工程蓄水前后的精密重力测量和坝区库水荷载、地壳变形、地下水位变化以及降雨等各种因素引起的重力效应. 研究表明:①库坝地区:水荷载的重力效应最为显著， 最大重力变化约为200times;10-8m/s2； 地壳变形的重力效应存在，但量级和范围均有限，其影响范围离库岸约5 km；地下水位变化的重力效应则只存在于局部地带，不具区域性；降雨对精密重力测量结果的影响不容忽视. ②库首地区:最大重力变化区域在香溪附近，蓄水后的重力场变化需要继续监视和深入研究.      

用灰色系统预测模型预测三峡工程对洞庭湖区洲滩面积的影响

以灰数的白色函数生成为基础,建立白化形式的微分方程,来预测坝址每年丰水期,枯水期平均２流量,结合三峡工程建库前后不同时空边界条件的分析计算,从而预测出三峡工程对洞庭湖区湖洲滩面积变化趋势的影响,灰色系统的预测简称灰色预测,它的特点是基于灰色系统的模型进行未来系统变化的结构２。本文对洞庭湖洲滩面积的预测,采用灰色拓扑预测。其基本思路是将样本信息作成曲线,在曲线上按某个定值找出许多发生时刻数据,然后用     

三峡水库调节典型时段对鄱阳湖湿地水情特征的影响

三峡工程建成运行将改变下游的水文过程,影响通江湖泊湿地生态系统.本文选取水文情势变化大且可能对植被乍长产生较大影响的汛末蓄水和汛前腾空两个时段,运用长江中游江湖耦合水动力模型计算了三峡水库不同凋节流量下湖泊水位变化特征,并结合湖泊高程和面积关系曲线,分析了不同增减下泄流量对洲滩湿地淹没出露的影响.结果表明,三峡水库汛末...     

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...     

疏浚对洞庭湖水环境容量的影响分析

本文在分析洞庭湖水质现状及现有污染源的基础上,选择COD_(Mn)、TN、TP作为水质敏感参数,对疏浚前后洞庭湖水环境容量的变化情况进行了模拟计算．结果表明,疏浚工程的实施增加了洞庭湖的水环境容量,水位越低、流量越大,增加值越多．分析认为．疏浚使得洞庭湖区河道贯通、水流归槽、流量流速加大,增强了污染物稀释自净能力．在外源不变的情况下,对洞庭湖的水质改善起到了积极的作用,一定程度上缓解了湖泊的富营养化状况．     

水位对洞庭湖湿地4种典型沉水植物的影响

近年来,受全球变化及高强度人为干扰的影响,湿地退化严重(洞庭湖湿地枯水期提前、枯水期水位持续降低和浅水洼地减少),导致洞庭湖湿地沉水植物大面积消亡.深入研究洞庭湖低水位对沉水植物的生长影响,对指导沉水植物恢复有重要意义.以我国典型通江湖泊洞庭湖典型沉水植物为研究对象,模拟野外沉水植物主要分布区域浅水洼地水文环境,设置4个水位梯度(25、50、75、100 cm),探讨竹叶眼子菜(Potamogeton malaianus)、黑藻(Hydrilla verticillata)、苦草(Vallisneria natans)和金鱼藻(Ceratophyllum demersum)的生长、生物量和生理活性对水位变化的响应.结果显示:(1)前期底质养分含量为:总氮0.09%、总磷0.09%、总钾3.04%、碱解氮20.87 mg/kg、速效磷10.7 mg/kg、速效钾326.67 mg/kg、硝态氮6.97 mg/kg、氨氮6.59 mg/kg、有机碳1.21%、有机质2.09%,2个月后,不同水位的底质养分含量有差异,100和75 cm水池的养分含量高于50和25 cm,氨氮、有机质和有机碳含量在25 cm水位的水池较高;(2)75 cm水位适合竹叶眼子菜和黑藻生长,100 cm水位适合苦草和金鱼藻生长;(3)100 cm水位有利于竹叶眼子菜的繁殖及生物量积累,75 cm水位有利于黑藻和金鱼藻的繁殖及生物量积累,50 cm水位有利于苦草的繁殖及生物量积累;(4)100 cm水位下的沉水植物酶活性强,75和50 cm水位下的沉水植物次之,25 cm水位下的最弱.以上结果表明,4种沉水植物的生长特征和生物量积累随水位变化,在水域生态恢复中应考虑将水位控制在50~100 cm之间,这样有利于促进种群生物量和水生生态系统的恢复.     

洞庭湖湿地植被长期格局变化(1987-2016年)及其对水文过程的响应

基于长序列遥感影像数据、水位日观测数据以及高精度湖盆地形数据,通过提取洞庭湖1987—2016年湿地植被信息,并构建表征水位波动的多周期水情变量,采用逐步回归分析法识别影响洞庭湖湿地植被分布格局的关键水情变量并建立其与植被面积的响应关系.结果表明：1）1987—2016年,洞庭湖湿地典型植被面积在全湖尺度上呈增加趋势,尤其是林地面积,占比由1.77%上升为7.24%.湿地植被格局演变上,东洞庭湖呈现芦苇群落挤占苔草群落空间,并推动湿地植被整体向湖心扩张的趋势.2）影响东洞庭湖苔草和芦苇分布最关键的水情变量是丰水期水位.苔草对丰水期水情存在非线性阈值响应,丰水期平均水位维持在29 m左右,最适宜苔草生长;对于芦苇,丰水期偏枯的水情条件对其生长发育起到促进作用.涨水期和退水期水文过程是影响东洞庭湖湿地植被分布的次为重要的水情因子.涨水期、退水期水位偏低的水情条件对芦苇分布面积的扩张起促进作用.     

三峡水库蓄水后上荆江不同河床组成江心洲的演变过程及其机制

三峡及上游梯级水库群运用后,大坝下游江心洲以冲刷为主,直接影响分汊河段河势条件及航道边界的稳定性。本文采用卫星遥感影像、实测水沙及固定断面床沙级配等资料,分析上荆江枝江、沙市河段中不同河床组成江心洲的演变过程及其机理。结果表明:(1)三峡水库蓄水后(2003—2019年),沙市段沙质江心洲较枝江段卵石夹沙质江心洲萎缩更为显著,出露面积的减幅分别达31%和24%。(2)以关洲和金城洲分别代表卵石夹沙质和沙质江心洲,三峡工程运用后关洲洲头形态较为稳定,受无序采砂的影响其沙质组成的洲尾面积显著减小,而金城洲面积萎缩程度更大。(3)床沙组成对江心洲冲刷程度差异具有重要影响,关洲洲头较金城洲抗冲性更强,与其床沙在年内达到起动条件的数量更少、时长更短有关;建立了江心洲面积与水流冲刷强度及相对水深的定量关系,该关系能综合考虑水沙变化与床沙组成调整的影响,能更好地反演近期江心洲的面积变化特点。     

Gravity change and its mechanism after the first water impoundment in Three Gorges Project

Introduction During and before the construction of the Three Gorges Project, the annual observation was continuously undertaken by the Three Gorges gravity observation network established around the head area of the reservoir (the section between Sandouping and Badong). This network has pro-vided substantial high precise data related to seismic activity. However, the annual gravity survey together monitoring of the existed observation stations can hardly effective monitor some potential sei…     

三峡工程运行前后洞庭湖水质变化分析

为了解三峡工程运行前后洞庭湖水质变化,基于1996 2013年洞庭湖水质监测数据,采用内梅罗污染指数(IP)法对三峡工程运行前后洞庭湖水质进行评价,并对洞庭湖水质与主要污染物的时空变化特征进行分析.结果表明,1996 2013年洞庭湖IP值在1.10~2.20之间,平均值为1.63,水质属轻污染~污染,总体变化平稳,但从2010年起,洞庭湖IP值连续低于其多年平均值,总体水质趋好;主要污染物为总磷和总氮,总磷浓度变化平稳,总氮浓度则呈显著上升趋势.与三峡工程运行前相比,三峡工程运行后洞庭湖全年和汛期总氮浓度以及南洞庭湖IP值和总氮浓度显著升高,南洞庭湖水质显著恶化.洞庭湖IP值和总磷浓度的水期分布格局均由三峡工程运行前的汛期非汛期变化为三峡工程运行后的非汛期汛期,其空间分布格局均由三峡工程运行前的西洞庭湖东洞庭湖南洞庭湖变化为三峡工程运行后的西洞庭湖南洞庭湖东洞庭湖;从2010年起,洞庭湖IP值的空间分布格局发生新的变化,其大小顺序变化为东洞庭湖南洞庭湖西洞庭湖.三峡工程运行前后洞庭湖IP值与总磷浓度的时空变化与其水沙条件变化有关,总氮浓度的空间分布受三峡工程运行影响较小,主要受湘江、资水等"四水"流域氮污染的影响.     

三峡建库后东洞庭湖适宜生态水位需求分析

三峡水库的修建改变了水库下游的水沙条件,影响了洞庭湖湖区的生态平衡,进而引发相关生态问题本文以城陵矶站水位代表东洞庭湖水位,基于其1953 2018年的逐日水位资料,采用滑动t检验法对年平均水位序列进行突变检验,发现因强人类活动导致城陵矶水位发生突变的时间为2004年,考虑为三峡蓄水的影响借鉴IHA(Indicators of Hydrological Alteration,水文变化指标)及RVA(Range of Variability Approach,变化范围法)方法提出了一种同时考虑年内月平均水位过程、水位波动范围、高低水位发生情况以及水位涨落情况的适宜生态水位计算指标体系,能够直观和全面地描述生态系统健康发展对水位的要求,包括1 12月水位分别为:17.07～18.34、17.15～18.89、17.65～22.23、20.25～22.15、22.85～24.90、24.31～26.44、26.88～29.16、25.79～28.32、25.12～27.56、23.59～25.88、20.65～22.81、18.58～19.88 m;年最低水位:16.21～17.86 m,发...     

Effects of the normal operation of the Three Gorges Reservoir on wetland inundation in Dongting Lake,China: a modelling study

Abstract

The operation of the Three Gorges Reservoir (TGR) is an important driver of the recent hydrological changes in the lowlands of Dongting Lake, China. Nevertheless, there has been no convincing study on the quantitative effects of the TGR regulation on the wetland inundation process. Here, the temporal and spatial patterns of the response of wetland inundation in Dongting Lake to the TGR regulation are addressed in detail using a two-dimensional hydrodynamic model, which can accurately reproduce the flooding and drying processes. The results show that temporal patterns of wetland inundation are altered by the TGR regulation, especially in the water pre-releasing period (May to early June) and the water storing period (late September to November). Spatially heterogeneous effects are also observed in Dongting Lake. These findings can help us to take measures at an early stage to effectively deal with the possible adverse effects of the normal operation of the TGR on Dongting Lake.

Editor D. Koutsoyiannis; Associate editor A. Porporato

Citation Lai, X., Jiang, J., and Huang, Q., 2013. Effects of the normal operation of Three Gorges Reservoir on wetland inundation in Dongting Lake, China: a modelling study. Hydrological Sciences Journal, 58 (7), 1467–1477.     

三峡水库运行对洞庭湖水位影响分析

洞庭湖的水情是长江和四水共同作用的结果,三峡蓄水运行必将导致洞庭湖的水情变化.本文利用BP神经网络对洞庭湖出口城陵矶站的水位过程进行模拟,以区分城陵矶水位变化中三峡的影响分量.模型训练阶段以三峡出库日均流量、洞庭湖四水合成日均流量为输入,城陵矶站的日水位过程为输出,应用阶段用三峡入库流量代替出库流量,从而还原自然状态下...     

Using ANNs to analyse effects of the Three Gorges Dam on sedimentation in Dongting Lake,China

Since a river system is a unidirectional network, the upstream influencing factors often interfere with those downstream. We quantify the effects of the TGD on the sediment exchange processes between the Yangtze River and Dongting Lake. Based on yearly sediment load data from 1981 to 2008, two multi-layer perceptron (MLP) models were constructed to predict the potential sedimentation in Dongting Lake without implementation of the TGD. The sediment discharge at Yichang station decreased from 622.5 to 61.1 Mt/year between 1981–1985 and 2003–2008, while the sedimentation in Dongting Lake reduced from 127.3 to 6.6 Mt/year. The MLP models indicate that only 27.9% of the decreased sediment load at Yichang station and 16.9% of that in Dongting Lake is caused by the TGD, while the rest is caused mostly by other upstream climate variations and anthropogenic impacts.

EDITOR A. Castellarin; ASSOCIATE EDITORN. Ilich     

洞庭湖区域黑线姬鼠（Apodemus agrarius）种群迁入湖滩后的繁殖特征

黑线姬鼠(Apodemus agrarius)是广泛分布于我国的主要农田害鼠之一,2003年三峡工程开始蓄水后洞庭湖湖滩鼠类群落结构发生了演变,黑线姬鼠已大量侵入湖滩,且逐步成为湖滩生境鼠类群落的优势鼠种。动物在新生境中的繁殖状况是了解其对环境适应的关键指标。为掌握黑线姬鼠种群侵入湖滩生境后的适应情况,为其种群动态的预测预报提供科学依据,本文对2003—2020年洞庭湖湖滩和农田生境中捕获的黑线姬鼠繁殖状况进行比较分析,并结合季节动态和生境差异等因子分析了该鼠在繁殖方面对湖滩生境的适应。结果表明:(1)湖滩生境中黑线姬鼠平均繁殖指数(0.71±0.27)低于农田生境(1.21±0.47),在2016—2020年湖滩上黑线姬鼠的繁殖指数为0.99,略高于农田的0.96;(2)湖滩生境较农田生境中的孕鼠在繁殖中偏向有更多的胎仔数,有6只以上胎仔数的孕鼠占比(65.59%)高于农田生境(49.10%);(3)湖滩生境中发现有幼年组的黑线姬鼠参与繁殖,其繁殖指数、参产率、怀孕率及雄鼠的睾丸下降率随年龄递增;(4)春季和秋季是湖滩生境中黑线姬鼠的主要繁殖季节,其繁殖指数、参产率、怀孕率都显著高于...     

三峡工程运行对鄱阳湖水位影响试验

三峡工程运行改变了长江中下游水沙情势,影响了鄱阳湖湖区水位,造成了水资源利用、水质、湿地和生态等方面的新问题.实测日水位资料分析认为:湖区水位年内变化可分为低水、涨水、顶托倒灌和退水4个阶段;顶托倒灌阶段湖区水位基本由长江干流控制,另外3个阶段湖区水位受湖口流量和长江干流的共同影响,受影响程度与水位站位置、湖口流量和长江干流相互作用强弱有关;三峡工程运行没有改变鄱阳湖水位"高水湖相、低水河相"的基本特征,但对水位造成了一定影响.开展物理模型试验探索三峡工程运行对湖区水位的影响程度,结果表明:蓄水期三峡工程运行造成湖区水位降幅较大,枯水年都昌站平均(最大)降幅为0.94 m(2.58 m),枯水年湖区水面面积减小68%;增泄期会增加湖区水位,都昌水位最大增幅约1 m,平水年湖区面积增加约32%;枯水期三峡工程运行对鄱阳湖水位基本无影响.     

三峡水库175 m试验性蓄水期调度运行对洞庭湖蓄水量变化的影响

长江干流与洞庭湖存在复杂的并联型分汇关系,当三峡水库调度改变长江径流过程时,会引起洞庭湖年内槽蓄量的变化,对于洞庭湖地区防洪、水资源配置和水环境保护产生显著的影响.本文建立了枝城至螺山站的荆江-洞庭湖水流模型,利用2008-2017年的三峡水库实际调度日数据,分析有、无三峡水库调度两种情况下洞庭湖槽蓄量的变化过程,同时利用建库前和近期的水位流量关系反映河道过流能力,分析了河道调整的影响.结果表明:由河道调整引起的槽蓄量变化在汛前消落期、汛期、汛末蓄水期和枯水期分别为-3.06%、0.12%、-0.01%和-13.31%.有三峡水库影响情况下,汛前消落期由于荆江"三口"进入洞庭湖的多年平均总径流增加23.94%,洞庭湖出口处城陵矶多年平均水位升高0.53 m,阻碍了洞庭湖出流,洞庭湖多年平均槽蓄量增长13.30%;汛期由于荆江"三口"分流量减少3.54%,城陵矶水位降低0.02 m导致出湖流量增多,因此洞庭湖多年平均槽蓄量减少0.20%;在汛末蓄水期,荆江"三口"分入洞庭湖的多年平均总径流量减少37.18%,城陵矶多年平均水位降低1.33 m,导致出湖流量增多,因而洞庭湖多年平均槽蓄量减少27.74%;在枯水期,荆江"三口"多年平均总径流量增加5.61%,城陵矶多年平均水位上升0.07 m,最终洞庭湖多年平均枯期槽蓄量增加2.96%.