基于长短时记忆神经网络的鄱阳湖水位预测

湖泊水位是维持其生态系统结构、功能和完整性的基础.鄱阳湖受流域"五河"和长江来水双重影响,水位变化复杂.为了准确预测鄱阳湖水位变化,采用长短时记忆神经网络方法(LSTM)构建了鄱阳湖水位预测模型.该模型以赣江、抚河、信江、饶河和修水"五河"入湖流量和长江干流流量作为输入条件,预测鄱阳湖湖区不同代表站(湖口、星子、都昌、吴城和康山)的水位过程.研究以1956—1980年的水文时间序列数据作为训练集,1981—2000年作为验证集,探讨了LSTM模型输入时间窗、隐藏神经元数目、初始学习率等模型参数对预测精度的影响,并确定了鄱阳湖水位预测模型的最优参数.结果表明,采用LSTM神经网络方法可基于流域"五河"和长江来水量历时数据合理预测鄱阳湖不同湖区的水位过程,五站水位预测的均方根误差为0.41～0.50 m,纳什效率系数和决定系数达0.96～0.98.为考察模型训练数据集对鄱阳湖水位预测结果的影响,进一步选取了随机5年(1956—1960年)的资料和5个典型水文年(1954年、1973年、1974年、1977年和1978年)的日均流量资料来训练模型.结果显示随机5年资料作为训练数据的预测精度要...     

鄱阳湖汇流顶托对长江汉口水位影响的量化分析

为定量评估汇流顶托对水位变化的影响,本文从水文过程仿真及顶托响应评价入手,提出了一种汇流顶托对水位影响的量化分析方法,并以长江汉口江段为例,开展了鄱阳湖汇流顶托对长江汉口江段水位影响的量化评价,结果表明:改进提出的长江汉口江段水文仿真模型,经参数优选后确定性系数可达0.98以上,总量相对误差绝对值在3%以内,较好地再现了水文变化过程;通过响应指数定义及水文过程模拟,研制了汉口多值型水位流量关系响应特征曲线,揭示了鄱阳湖与长江水位变化的关联性机制;经2016和2020年洪水实例分析,汉口江段长历时高洪水位主要受长江来水及鄱阳湖汇流顶托共同驱动,二者合力贡献可达83.3%以上,其中鄱阳湖汇流顶托贡献率在35%左右.其余因素(如区间洪水、沿江排涝等)亦助推高洪水位形成,部分时段贡献可达近34.4%.本文提出的顶托量化分析方法,可定量评估因顶托效应引起的水位变化,为解析河段高洪水位成因机制提供了有效的技术支撑.     

鄱阳湖夏季极端水位条件下越冬水鸟多样性、空间分布及其保护对策

鄱阳湖是我国最大的淡水湖,也是具有国际意义的候鸟越冬地. 近年来,鄱阳湖水文情势异常使得候鸟越冬环境更加复杂. 本文以2020年鄱阳湖出现夏季极端水位为背景,基于2019和2020年鄱阳湖越冬水鸟同步调查数据,探讨了夏季极端水位对越冬水鸟丰富度和空间分布的影响. 研究结果表明：夏季极端水位条件下鄱阳湖越冬水鸟的总数量、群落结构和优势物种组成相对稳定,水鸟数量由597307只下降至572358只,主要是鸭科、鸥科、鹳科、鸬鹚科和鹮科鸟类数量明显下降;食块茎、食种子和食鱼集团水鸟数量均有所下降. 水鸟的整体空间分布格局变化不大,主要栖息地仍为鄱阳湖保护区和上饶湿地的碟形湖及人控湖汊,越冬水鸟向人工湿地扩散加剧. 2019年在人工湿地主要记录到灰鹤926只、白鹤3只;2020年则记录到白鹤2215只、灰鹤7294只、白头鹤88只、白枕鹤378只、豆雁550只、鸿雁3100只、灰雁3200只和小天鹅1543只. 2020年冬季人工湿地中的越冬水鸟数量比2019年增加显著. 鄱阳湖夏季极端水位导致沉水植物群落崩溃,造成植食性水鸟在天然湿地中的越冬食物短缺,从而导致种群空间分布格局出现明显变化,这也是鹤类和雁类水鸟前往人工湿地觅食的主要原因. 因此,在夏季洪水频发的背景下加强人工湿地管理,是当前解决越冬水鸟天然湿地食物资源短缺的重要措施.     

鄱阳湖水利枢纽工程施工和运行对湖区及尾闾洪水动力的影响

鄱阳湖是长江水系中的两大通江湖泊之一,在调节长江水位、涵养水源、改善当地气候和维护周围地区生态平衡等方面都起着巨大的作用。鄱阳湖水利枢纽的修建可能导致湖泊水文情势和水动力的变化。本文基于MIKE 21构建鄱阳湖二维水动力模型,选取1954年和1998年特大洪水年以及1991年长江倒灌年作为运行期的典型年,选取1995年作为施工期典型年,按照规划中的鄱阳湖水利枢纽工程施工及运行调度方案,计算水利枢纽修建前后鄱阳湖水位和流量的变化,定量分析枢纽工程对长江干流、鄱阳湖湖区及尾闾附近洪水动力的影响。结果表明:不同典型年鄱阳湖水利枢纽对长江干流、湖区及尾闾的洪水动力影响相似,其中洪水期、倒灌期及施工期一期对长江防洪、湖区及尾闾附近的影响较小,施工期二期湖区水位壅高幅度最高达0.237 m,对鄱阳湖湖区及尾闾附近防洪有一定影响;枢纽工程对星子、都昌、康山等湖区水文站水位影响幅度较为接近,且越靠近尾闾,影响越小。整体而言,鄱阳湖水利枢纽的修建会导致洪水年鄱阳湖湖区水位壅高,倒灌期湖区水位降低,湖区流速降低,但变化幅度均较小,故枢纽工程施工期和运行期对汛期行洪影响不大。     

鄱阳湖流域南昌市城市湖泊水体抗生素污染特征及生态风险分析

采用固相萃取-超高效液相色谱-质谱法对南昌市5个城市湖泊——艾溪湖、瑶湖、青山湖、象湖和东西湖水体的抗生素进行监测,并分析其污染来源和生态风险.结果表明,南昌市5个城市湖泊水体中四环素类、磺胺类、喹诺酮类、林可霉素及大环内酯类5类抗生素的检出浓度范围分别为ND~6.3、ND~32.0、ND~97.2、ND~54.7和ND~98.4 ng/L;红霉素和林可霉素是5个城市湖泊水体中的主要抗生素类型;相比于其他湖泊,南昌市城市湖泊水体中主要检出抗生素浓度总体处于中等水平,其中恩诺沙星的检出浓度高于其他对比湖泊.南昌市城市湖泊中6种主要抗生素的风险商均小于0.1,表明均为最低生态风险;5个城市湖泊的主要生态风险因子分别是艾溪湖为红霉素,瑶湖为磺胺二甲嘧啶,青山湖为罗红霉素,象湖为红霉素,东西湖为磺胺嘧啶.本研究可为南昌市城市湖泊水环境管理,特别是新型污染物的环境管理提供基础依据.     

鄱阳湖夏季水热通量特征及环境要素影响分析

气候变化加速了全球水文循环过程,然而,气候变化如何影响水体蒸发及其水热通量交换仍然不清楚.基于涡度相关系统观测鄱阳湖水体水热通量过程,在小时和日尺度分析了水热通量的变化规律及其主要影响因子.研究表明,潜热通量日变化波动剧烈,大部分为正值,变化范围在-50~580 W/m2之间.而感热通量数值较小,变化范围在-50~50 W/m2之间.8月份潜热通量和感热通量均呈波动下降趋势,均值分别为167.4和15.9 W/m2.8月份日平均潜热通量和感热通量之和大于净辐射,这是由于这一时段储存在水体中的热量释放并补充潜热通量和感热通量.小时尺度上潜热通量日变化在相位上与净辐射无显著相关性,而与风速显著相关.在日尺度变化趋势上,8月份日平均潜热通量仍主要受到风速和水温的影响,感热通量则主要受到风速和饱和水汽压差的影响.     

松原灌区建设对查干湖生态风险分析及对策

松原灌区将对国家自然保护区查干湖周围的盐碱地实施大面积围垦,若大量高浓度碱性尾水直排入湖,将导致查干湖生态系统严重污染.对这一风险合理评估并防范,关系到湖区生态安全与灌区的可行.本文在对湖区生态环境及灌区尾水排放模式与含盐特性系统分析基础上,提出利用退化沼泽湿地(盐沼)构建湿地处理系统(生态缓冲区),而非直接入湖的构想.当灌区运行一定时期,尾水水质得到改善,再入湖发挥补水效应.同时在设计上采取盐碱地分批滚动开发,以控制年排盐总量,降低排盐强度;以及充分利用碱湖泡随机承泄,减轻对查干湖的压力,既可防止湖水污染,又可保证灌区建设可行.     

1961-2003年间鄱阳湖流域气候变化趋势及突变分析

本文利用1961-2003年间鄱阳湖流域14个气象站的气温、降水量、蒸发量等观测数据和8个主要水文站的流量数据,研究该时段内鄱阳湖流域的气候变化趋势、突变及其空间分布的差异．研究表明,鄱阳潮流域气温和降水均在1990年发生突变,继而呈现显著的上升趋势;在季节变化上,冬季平均气温在1986年发生突变,增温显著;夏季降水量和夏季暴雨频率均在1992年发生突变增加,暴雨频率增加是夏季降水量增加的主要原因;蒸发皿蒸发量和参照蒸散量均呈现显著下降趋势,该变化在夏季尤为明显．上述变化趋势均以1990s最为显著,这与长江流域气候变化趋势基本一致．在空间分布上,饶河水系、信江水系和赣江下游等气候变化更为显著．笔者认为,鄱阳湖流域气候变化在长江流域中比较突出．该流域1990s暖湿气候在加强;气温的升高、降水量和暴雨频率的增加以及蒸发量的下降强化了五河流量的增加趋势,由此可大致判定鄱阳湖流域气候变化与洪涝灾害之间可能存在的关系,这可为理解气候变化在该流域的响应和预测该流域未来可能的洪涝灾害提供依据．     

鄱阳湖流域大型湖库水生生态环境变化及驱动力分析——以柘林湖为例

鄱阳湖流域内湖库资源众多,柘林湖作为鄱阳湖最大的入湖湖库,是鄱阳湖流域内最大的调节湖库,对鄱阳湖入湖径流有一定的影响,在鄱阳湖的入湖流量中占重要地位.本文以鄱阳湖流域内纳入水质良好湖泊的柘林湖为例,通过对柘林湖的形成及湖泊水系生态环境演变进行探讨,分析近30年来该湖水生生态环境的变化及其关键驱动力因子.综合研究表明:柘林湖水生生物多样性有下降趋势,水质有先变差后改善的趋势,其变化的驱动力主要是流域内人口数量增加、城镇化工业化进程加快、入湖污染负荷逐年增长、滨湖区生态安全屏障受人为破坏以及资源开发不合理等.只有处理好"人湖"和谐、"三次飞跃"和"四大转变",并采取科学合理的措施进行集成研究和综合治理,才能行之有效地改善柘林湖水生生态环境,并发挥其应有的生态效应,从而保障鄱阳湖入湖"一湖清水".     

鄱阳湖湖口、外洲、梅港三站水沙变化及趋势分析(1955-2001年)

对鄱阳湖流域三个主要控制站湖口、外洲和梅港多年(1955-2001年)水沙数据进行了统计分析,利用滑动平均法,Spearman秩次相关检验、线性回归检验方法对三个测站的水沙变化趋势进行了分析检验,结果表明,鄱阳湖泥沙出湖集中于长江大汛前的2-6月,在长江7-9月大汛期间,会出现长江泥沙倒灌鄱阳湖的情况．湖口站近期(1990-2001年)径流量和输沙量变幅都非常大,同上世纪80年代相比,年均径流量增加255．3×10~8 m~3．年均减少沙量0．29×10~8 t;外洲站近期的输沙量明显减少,沙量分别为70年代前、70年代、80年代的49．6%、48．7%和52．3%;梅港站径流量略微增加沙量无明显变化趋势．从入湖径流来看,赣江和信江占52．4%,入湖泥沙量占了76．0%以上．从赣江和信江水沙总体变化趋势来看,赣江径流量变化趋势不明显,而输沙量具有明显减少的趋势;信江径流量增加趋势明显,输沙量基本无明显趋势．鄱阳湖流域水沙变化主要受人类活动的影响．土地利用方式的改变和流域水利工程设施的修建极大地影响了流域水沙特征及其变化趋势．     

鄱阳湖水位变化规律的研究

根据都昌水位站１９５３￣１９９２年水位资料,对鄱阳湖水位的基本特征、退水过程及演变趋势进行了统计分析,在此基础上指出鄱阳湖开发利用中面临的主要问题和水位变化对鄱阳湖生态环境可能造成的影响。     

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.     

鄱阳湖湖口水域鱼类群落结构及种类多样性

2006年10月-2009年3月对鄱阳湖湖门水域拖网、定置网和虾笼渔获鱼类进行逐月采样分析.结果表明,该水域至少有鱼类50种,隶属于6目12科42属.鱼类组成以湖泊定居性鱼类为主,没有发现过河口洄游性鱼类.渔获物组成以光泽黄颡鱼、短颌鲚和餐等小型鱼类为主.定置网渔获物平均数量和平均产量均是夏季>秋季>春季>冬季.种类丰...     

垂向归纳模型下鄱阳湖丰、枯水期初级生产力特征及与环境因子相关性分析

于2014年1月(枯水期)、7月(丰水期)对鄱阳湖湖水进行采集,测定相应的理化参数、叶绿素a浓度和光合有效辐射,结合初级生产力垂向归纳模型估算浮游植物初级生产力,分析湖区初级生产力特征及与环境因子的相关性.结果表明,鄱阳湖枯水期浮游植物初级生产力波动范围为83.50~355.43 mg C/(m~3·d),平均值为193.33 mg C/(m~3·d),初级生产力空间分布特征主要受水体类型的影响,枯水期初级生产力与氮、磷营养盐浓度呈负相关,其中与铵态氮浓度呈显著负相关,枯水期不会出现营养盐限制现象;丰水期浮游植物初级生产力波动范围为113.80~1134.06 mg C/(m~3·d),平均值为412.12 mg C/(m~3·d),初级生产力空间分布主要受河流注入的影响,丰水期浮游植物初级生产力与总磷及悬浮物浓度呈显著正相关,由于悬浮物对浮游植物生长的促进作用大于抑制作用,鄱阳湖丰水期会出现磷营养盐的限制;鄱阳湖整体平均流速约为0.28 m/s,易于浮游植物的生长,南鄱阳湖平均流速约为0.21 m/s,而北鄱阳湖平均流速约为0.35 m/s,所以南鄱阳湖比北鄱阳湖更容易发生水体富营养化并暴发水华.     

鄱阳湖国家级自然保护区食块茎鸟类种群数量与水位的关系

以4种食块茎鸟类———白鹤(Grus leucogeranus)、白枕鹤(Grus vipio)、鸿雁(Anser cygnoides)、小天鹅(Cygnus columbianus)为研究对象,分析越冬候鸟种群数量与鄱阳湖保护区内湖泊水位变化的关系.2003 2007年越冬季节,采用直接计数法调查鸟类的种群数量,通过非参数回归分析鸟类种群数量与水位之间的关系.结果表明,虽然4种食块茎鸟类的种群数量最高值分布在不同水位,但峰值水位差异较小,且种群数量与水位关系的总体趋势呈现一致性.随着保护区内湖泊水位的下降,鸟类种群数量呈现先增长后减少的倒V字形趋势.在水位由16.0 m降至14.8 m(吴淞高程)的过程中,鸟类种群数量随着湖泊水位下降逐步增加达到最高峰;在水位由14.8 m降至13.5 m的过程中,鸟类种群数量随着水位下降而减少.当鄱阳湖水位处于14.5~15.5 m之间时,食块茎鸟类的种群数量较高,其种群数量最高点出现在水位14.8 m左右.2003 2005年3个年度鸟类种群数量与水位的关系相似,呈现出先增多后减少的单峰趋势,峰值水位均位于14.75~14.90 m之间,2006和2007年平均水位升高,鸟类种群数量分布的峰值水位也高于前3年,峰值水位出现在15.25 m附近.由于受到良好保护,大湖池和沙湖鸟类种群数量与水位的关系稳定,而梅西湖未呈现出有规律的变化趋势.研究表明在本研究区域中,水位在14.5~15.5 m之间4种食块茎鸟类的种群数量较高,该研究结果对鄱阳湖国家级自然保护区水位管控具有指导意义.     

鄱阳湖水位变化对候鸟栖息地的影响

鄱阳湖越冬候鸟保护最重要的环节是保护栖息地,候鸟栖息地的面积和空间分布随水位过程而变化.在分析认定鄱阳湖湿地景观分类中水陆过渡带及其上下摆动区(稀疏草滩区和浅水区)为越冬候鸟主要栖息地的基础上,选择不同水位的遥感影像资料,经解译定量分析不同水位水陆过渡带面积及其空间分布,从而分析不同水位条件对候鸟柄息地的影响.进而分析...     

鄱阳湖水质现状及变化趋势

根据鄱阳湖1990年监测资料,对水质污染现状进行分析,同时利用1981—1990年资料,分析了水质变化趋势。分析表明:湖体、河口水质均属较清洁水或尚清洁水。但是,随着入湖污染负荷量的增加,湖区水体污染呈上升趋势,宜引起有关部门高度重视。     

鄱阳湖浮游植物功能群的长期变化特征(2009-2016年)

鄱阳湖是中国最大的淡水湖,每年都有剧烈的季节性水位变化.为了解鄱阳湖浮游植物功能群特征及其与环境因子的关系,2009-2016年每季度在鄱阳湖15个采样点采集水样,分析鄱阳湖的水质和浮游植物群落结构,并对浮游植物进行功能群划分.研究结果表明,鄱阳湖共检出浮游植物8门106属.2009-2016年平均生物量分别为0.044、0.252、0.335、6.379、3.945、2.912、3.562和1.550 mg/L.硅藻门为鄱阳湖浮游植物的优势门类.鄱阳湖浮游植物可划分为27个功能群,其中15个功能群（C、D、G、H1、J、Lo、M、MP、N、P、S1、Tc、Wo、W1和Y）为优势功能群.2009-2011年,功能群P、Y、MP、D为优势类群,2012-2016年,功能群P、Y、MP、H1、Lo为优势类群.鄱阳湖浮游植物优势功能群不同水文阶段的演替规律为：枯水期P、MP、Y、Lo、D,涨水期P、Y、D、MP、H1,丰水期P、Y、D、MP、Lo、H1,退水期P、Y、MP、G.RDA分析结果显示,水位变化、水温、透明度、电导率、悬浮物浓度和亚硝态氮浓度是影响鄱阳湖浮游植物功能群的主要环境因子.