近40年洞庭湖区内湖水面面积变化及其驱动因素

选择1979-2016年间多时期、多类型、多光谱遥感数据,分析评价洞庭湖区内湖近40年的面积变化.结果表明,最近40年洞庭湖区内湖面积保持相对稳定,丰水期间呈上升趋势,枯水期间波动下降,2016年内湖总面积比1980s初减少3.94%.随着湖泊面积增加,湖泊水面面积变化的比例和幅度逐渐减小,大型湖泊（>10 km²）和中型湖泊（5~10 km²）面积相对稳定,小型内湖（<5 km²）面积变化尤为剧烈.内湖水面面积主要受降雨、蒸发等气候因素和生产生活取水、防洪排涝和退田还湖等人为活动调控.1980-2000年和2001-2015年两个时期,洞庭湖区多年平均降雨量呈现不同程度的下降趋势,多年平均蒸发量明显上升.三峡工程运行后,三口分流衰减,但水资源需求量不断增长,退田还湖和留蓄雨洪作为水资源使得丰水期间内湖水面面积增长,气候变化和水资源开发利用导致枯水期水面面积趋于减少.有必要加强洞庭湖区内湖的研究和保护,适当退田还湖提高湖泊率,优化三口水系格局,实施河湖水系连通工程,缓解洞庭湖区季节性水资源紧张问题.     

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.     

1987—2022年新安江水库（千岛湖）水面面积时空变化及其与水位、蓄水量的响应关系

水面面积、水位、蓄水量是水库水资源管理的重要基础数据,遥感是湖库水体提取、水位和蓄水量估算的重要技术手段。由于不同水体提取方法的适用性差异、测高卫星数据的有限时间覆盖度和开源数据集的时空分辨率不足等原因,湖库水面面积、水位、蓄水量的长时序、高频率时空变化监测仍存在一定挑战。本研究以新安江水库为研究区,结合多源遥感、气象、水文和土地利用等数据,基于Google Earth Engine云平台,运用水体指数法,分析1987—2022年新安江水库水面面积时空变化特征,构建水位—水面面积、水位—蓄水量和水面面积—蓄水量响应关系,探究水面面积时空变化成因。结果表明:(1)Landsat 5、Landsat 8和哨兵2号数据的最佳水体提取指数分别为AWEI_sh和GNDWI,F1-score分别为91.93%、91.03%和93.14%。相比于开放数据集GSWED(32.61%)、JRC GSW(76.17%)和ReaLSAT(69.76%),基于最优水体指数的水体提取结果具有最高的F1-score(91.26%);(2)时间上,1987—2022年新安江水库水面面积呈显著上升...     

Landsat卫星观测下的30m全球不透水面年度动态与城市扩张模式(1972～2019)

研究采用自1972年来的超过三百万景Landsat影像,研发了一套从20世纪70年代至今的最细时空粒度的全球不透水面产品(GISA).以全球270个城市随机选取的120,777参考点验证,其漏报率、虚警率和F-score分别为5.16％、0.82％和0.954.与现有全球产品相比,本研究的亮点在于:(1)提供1985年...     

贵州红枫湖近10年来(2009—2018年)水质变化及影响因素

为更好地研究贵州红枫湖的水质变化情况,本文利用贵阳市两湖一库环境保护监测站2009 2018年对红枫湖7个代表性监测点的营养盐、叶绿素a(Chl.a)浓度和水温、气温、透明度、降雨量等水文气象条件逐月监测数据,分析红枫湖10年间水体营养盐和Chl.a浓度以及部分水文气象条件的变化趋势.运用综合营养状态指数(TLI)对红枫湖营养状态进行评价,采用Pearson相关系数法统计分析10年内Chl.a浓度与总磷(TP)、总氮(TN)等水化学组成及水位、气温等水文气象条件的相关性.结果表明,2009—2018年红枫湖水体逐月TN浓度有较大波动(0.56～2.80 mg/L),春、夏季高于秋、冬季;水体逐月TP浓度为0.016～0.103 mg/L,夏季略高于冬季;逐月氨氮(NH3-N)浓度为0.007～0.71 mg/L,春季>冬季>秋季>夏季;水体逐月Chl.a浓度呈季节性波动(0.8～38.9 mg/m3),夏季>春季>秋季>冬季,年内先上升后下降.TP、NH3-N、Chl.a浓度整体呈下降趋势,10年间水质有很大改善.经计算红枫湖在这10年间处于中营养状...     

环境因子及生态补水对乌梁素海“黄苔”年际暴发面积的影响(1986—2021年)

“黄苔”是丝状绿藻大量增殖并漂浮聚集在水面的一种藻类水华,是乌梁素海面临的重大水环境问题之一。本研究基于文献数据整合和Landsat TM/OLI系列卫星影像反演,追溯了乌梁素海近35年(1986—2021年)的水质变化和“黄苔”暴发历程,通过相关性分析和多元线性回归等方法,分析了乌梁素海“黄苔”暴发的年际影响因子。乌梁素海水体化学需氧量、总氮(TN)、总磷(TP)浓度在年尺度上呈下降趋势,但仍处于富营养状态(TLI(∑)>50)。相关性分析结果表明,乌梁素海“黄苔”暴发面积与TP、TN、氨氮、气温呈显著正相关,与出水量、风速、沉水植被面积、入水量呈显著负相关;多元线性回归结果表明,沉水植被面积和出水量是影响乌梁素海“黄苔”暴发面积的主要因子。生态补水工程的实施增加了乌梁素海出入水量,降低了水体TP、TN浓度,也造成沉水植被退化,使“黄苔”暴发的扩张趋势得以遏制。然而,乌梁素海现有营养条件、基质条件仍适宜附着藻生长和“黄苔”暴发。在全球气候变化背景下,气温升高和风力减弱可能会加剧这一现象。建议采取多种措施以防控乌梁素海“黄苔”暴发,如生态补水、外源营养盐管控、沉水植被调控、引水活...     

基于贝叶斯方法的贵州高原百花水库水体营养盐变化及评价(2014—2018年)

为了确定百花水库营养盐变化特征,选取百花水库5个监测点2014年1月-2018年7月共28个月份的水质实测数据,分析溶解氧、高锰酸盐指数、氨氮、总磷和总氮的年际变化特征.采用基于熵权法赋权的贝叶斯理论对5个监测点的水质综合状况进行评价,并结合水库的实际状况,从生态修复、工业污染源、沉积物中营养盐、水库季节性热分层及农业与生活污染源5个方面对其水质变化的影响因素进行分析.结果表明:2014-2018年水体环境波动较大;除总氮外,各污染指标浓度均有不同程度的下降;综合水质后验概率表明百花水库水质有逐渐变差的趋势;总氮和总磷治理应成为百花水库污染治理的主要方面;生态修复工程的开展和工业污染源的削减是百花水库水质转好的主要影响因素,农业与生活污染源的增加是百花水库水质转差的主要影响因素.     

三峡水库水面蒸发年内滞后效应分析

水面蒸发在季节变化上相比净辐射等气象要素的相位延迟反映了水体储热对水面蒸发的影响,量化这一对气象要素波动的滞后响应对理解和估算深水水库(湖泊)蒸发非常重要。三峡水库等河道型深水水库的水位和面积具有显著周期性变动,使得其水面蒸发的响应模式更为复杂,而目前对其认识非常薄弱。本文利用2013年8月—2020年7月三峡水库巴东站水面蒸发场和陆面蒸发场的蒸发和气象观测数据,分析了水面蒸发的季节变化及其年内滞后效应。结果表明:水面蒸发场蒸发量在年内的8和12月呈现双峰变化,与只有8月单峰值的陆面蒸发场蒸发量显著不同。水面蒸发场蒸发量相对净辐射、平均气温和水面温度分别存在4、3和2个月的滞后,而陆面蒸发场蒸发量相对滞后时间均在1个月以内;水面与陆面蒸发场相比,水温、蒸发量和水面与大气饱和差之间的滞后时间分别为1、3和4个月,而平均气温和净辐射之间不存在滞后。本文揭示出三峡水库巴东段水面蒸发年内滞后效应主要受到水库水温引起的水面与大气饱和差在季节上滞后的影响,需通过深入分析水温的时空变化来明确整个三峡水库的水面蒸发特征。     

Identifying surface water evaporation loss of inland river basin based on evaporation enrichment model

Accurately quantifying the evaporation loss of surface water is essential for regional water resources management, especially in arid and semi-arid areas where water resources are already scarce. The long-term monitoring of stable isotopes (δ¹⁸O and δ²H) in water can provide a sensitive indicator of water loss by evaporation. In this study, we obtained surface water samples of Shiyang River Basin from April to October between 2017 and 2019. The spatial and temporal characteristics of stable isotopes in surface water show the trend of enrichment in summer, depletion in spring, enrichment in deserts and depletion in mountains. The Local Evaporation Line (LEL) obtained by the regression of δ²H and δ¹⁸O in surface water has been defined by the lines: δ²H = 7.61δ¹⁸O + 14.58 for mountainous area, δ²H = 4.19δ¹⁸O − 17.85 for oasis area, δ²H = 4.08δ¹⁸O − 18.92 for desert area. The slope of LEL shows a gradual decrease from mountain to desert, indicating that the evaporation of surface water is gradually increasing. The evaporation loss of stable isotopes in surface water is 24.82% for mountainous area, 32.19% for oasis area, and 70.98% for desert area, respectively. Temperature and air humidity are the main meteorological factors affecting the evaporation loss, and the construction of reservoirs and farmland irrigation are the main man-made factors affecting the evaporation loss.     

三峡水库童庄河浮游植物及其与水质的关系

通过对三峡水库支流童庄河库区的浮游植物进行调查,共检出浮游植物132种,其中蓝藻门23种,隐藻门2种,甲藻门3种,硅藻门55种,裸藻门3种,绿藻门46种.其中硅藻门的种类居首位,甲藻和隐藻则在数量上占优势.主要优势种为飞燕角甲藻(Ceratium hirundinella)和隐藻一种(Cryptomonas sp.).浮游植物的种类和数量随季节和水域不同而呈现差异.应用水质理化指标、污染指示种和污染指示群落评价童庄河水质,显示其水质为Ⅴ类,为β-中污型水体.     

三峡库区浮游植物群落结构特征及水生态评价

2020年是长江禁渔开局之年,三峡库区作为长江的重要生态屏障,其水生态环境健康对长江大保护的实施具有重要意义。本文于2020年8月、11月及2021年1月、4月在三峡库区干支流共设置19个断面探究浮游植物群落结构特征,并利用生物量、多样性指数、综合营养状态指数和浮游植物Q指数等多种评价方法评价三峡库区水生态健康并分析其影响因素。结果表明:(1)三峡库区共鉴定出浮游植物8门105属266种,年平均丰度为6.4×10⁴ cells/L,年平均生物量为0.038 mg/L。不同季节优势种组成不同,变异直链藻(Melosira varians Agardh)、骨条藻(Sheletonema spp.)、脆杆藻(Fragilaria spp.)为全年优势种。(2)三峡库区共划分24个功能群,B、D、MP、S1、P、Y为优势功能群。RDA分析表明,电导率、总氮、化学需氧量、总磷、pH、总溶解性固体与三峡库区四季功能群呈现显著关系。(3)相较于丰度、生物量和多样性水质评价结果,浮游植物Q指数更适用于三峡库区水生态评价,显示三峡库区干流水生态环境总体较好,但春、夏两季支流浮游植物...     

三峡水库高位蓄水后的地震安全防范

三峡水库完成175m高位蓄水后,对可能出现诱发新地震灾害的可能性和危险性进行探讨,提出加强地震监测,深入开展水库诱发地震研究、认真进行地震应急准备的有效措施,以做好三峡水库高位蓄水后的地震安全防范工作。     

三峡小江回水区透明度季节变化及其影响因子分析

三峡成库后其季节调蓄过程使该水域湖沼学特征具有独特性.根据三峡小江流域回水区段为期2年的定位跟踪观测,对透明度(SD)和主要环境指标的相互关系进行分析研究.研究期间,小江回水区透明度均值为170±7cm,各采样点透明度差异不明显且季节变化过程一致,自春末夏初开始降至最低水平,夏季汛期相对稳定,夏末入秋持续升高,冬季维持在较高状态,入春后下降.对透明度和主要环境指标的相关性分析发现,无机悬浮颗粒(PIM)是影响透明度的主要指标.透明度同PIM、Chl.a多元回归模型为:SD=(-89.389±8.101)·lg(PIM)+(-84.008±8.624)·lg(Chl.a)+(264.132±8.232).汛期低水位状态下(145-150m)小江回水区水动力条件趋于天然河道,河道输沙量增加使无机悬浮颗粒含量远高于藻类生物量而成为影响透明度的主要环境指标.在中水位(150-156m)和高水位(156m以上),虽然藻类进入非生长季节,但水位抬升和水体滞留时间的延长促使悬浮颗粒物大量沉淀,悬浮生长于表层水体的藻类成为影响透明度的主要环境指标,生物作用对透明度的影响明显.     

水面蒸发与散热系数公式研究(二)

根据自1976年以来全国水面蒸发与散热研究协作组在我国各典型地区的原体与室内实验资料和大量水文站历史资料,通过理论分析和统计检验,确定了影响水面蒸发的诸因子及其非线性相互作用,引入了新的无量纲参数和公式结构,用实测资料统计确定了公式中的常系数,得到了用开敞湖面一般水文气象资料计算逐日蒸发和散热系数的公式。经全国务典型气候带内务季节湖泊(水库)和受热污染水体上原体观测和室内专题实验共1860组日平均检验,公式的精度高于现有其他公式。全文分两部分,本文刊出第二部分,内容包括:公式的检验;水文气象要素对α的影响;水面散热系数的计算和结语。     

三峡库区的入侵鱼类及库区蓄水对外来鱼类入侵的影响初探

三峡水库已于2010年10月完成175 m的蓄水目标,蓄水后三峡库区形成一个生态位严重空缺的人造湖泊生态系统.近年来,库区及长江上游外来入侵鱼类呈增长态势,已发现外来入侵鱼类23种,且部分已处于种群数量暴发阶段.水库蓄水初期营养盐输入增加和初级生产力的提高通常也利于广适性鱼类和外来种的生存,对外来鱼类的入侵和种群数量的扩散暴发产生一定的促进作用.外来鱼类在生态位竞争上与土著鱼类相比处于明显优势地位,可能将严重危害三峡库区的渔业资源及其水域生态系统的安全.因此,对于三峡库区的鱼类入侵及其所带来的相关效应等问题,应引起密切关注和重视,尽早建立三峡库区入侵鱼类的预警和防治体系,严格评估人为引种活动,深入研究外来鱼类得以成功入侵的原因与机理.     

极端天气下三峡库区土地利用对河流水质的多时空尺度影响

为探究极端天气下流域内水质对土地利用的响应关系,本研究基于不同空间尺度(1000 m河段缓冲区、500 m河岸带缓冲区及子流域)的土地利用指数以及旱季(2019年11月)、雨季-洪水期(2020年7月)和雨季-干旱期(2022年8月)的水质数据,探究流域内土地利用对水质的多时空尺度影响,从而得到保护流域水质和规划流域内土地利用格局的最佳时空尺度和对水质影响最显著的预测因子。研究表明:(1)流域水质受极端天气影响,降雨会增强水体的稀释能力,高温会加快水中微生物反应速率,具体表现为雨季-洪水期的水质较好,雨季-干旱期次之,旱季较差。(2)土地利用对水质指标的影响存在时空尺度效应,土地利用在子流域和旱季尺度下对河流水质影响最显著。(3)不同土地利用指数对流域水质影响存在差异,耕地、林地、斑块密度、最大斑块指数和边缘密度是影响水质指标最显著的解释变量。其中林地与多数水质指标具有负相关关系,建设用地、耕地、斑块密度与较多水质指标存在正相关关系。本研究结果为合理规划土地利用格局以及保护河流水质提供科学依据,对三峡库区环境可持续发展及生态保护具有一定意义。