基于MODIS影像的鄱阳湖湖面积与水位关系研究

利用统计分析的方法,根据2001年获取的13景鄱阳湖区无云MODIS影像中的9景提取的水体面积,并结合同步观测的水文数据分别采用线性、对数和指数3种模型模拟湖面积-水位之间关系。结果显示对数模型相关性最好（R2=0.918）,其次为线性和指数模型。利用另外4景MODIS影像对模型进行检验表明,该模型精度较高,模拟的最大误差为3.36%。本研究显示,可根据鄱阳湖水位观测值,利用该模型预测鄱阳湖洪涝期洪水淹没面积,以弥补云天状况下光学遥感难以监测到洪水淹没范围的不足。本研究为利用遥感影像实时监控鄱阳湖水情空间动态变化提供了可行的方法,对湖泊、水库的泛洪监测、调洪功能分析具有重要意义。     

洞庭湖面积容积与水位关系及调蓄能力评估

洞庭湖水位,直接影响到湖泊面积、容积等的变化,加剧水患危机,并由此引发严重的洪涝灾害。本文通过大量遥感成果的分析总结,建立了洞庭湖湖泊面积、容积与水位关系及蓄洪调节评估数学模型。     

基于长时间序列遥感数据的鄱阳湖水面面积监测分析

国产高分辨率卫星的快速发展可有效弥补遥感湖泊监测中影像分辨率不足的问题,更加及时、准确地实现湖泊动态监测。利用1996～2012年155景Landsat影像和2013～2016年34景GF影像为数据源,结合湖口站水位监测数据,分别选用改进的归一化差异水体指数MNDWI和归一化差异水体指数NDWI方法提取卫星遥感影像的水体信息,同时采用统计分析的方法建立了4个时间段的鄱阳湖水体面积-水位关系模型。结果表明:在空间上,鄱阳湖水体面积整体呈现缓慢缩小的趋势;在时间上,除秋季鄱阳湖面积有明显下降趋势外,其他季节整体趋势变化不大;经验证,鄱阳湖四季水体面积-水位呈现二次函数关系。     

水位变化对鄱阳湖苦草潜在生境面积的影响

苦草是鄱阳湖越冬水鸟的重要食物资源,为量化水位变化对鄱阳湖苦草生境的影响,基于环境流体动力学模型(EFDC)和生境适宜度曲线,构建了鄱阳湖苦草生境数值模拟模型;对三峡水库175 m试验性蓄水后鄱阳湖苦草潜在生境面积变化进行了连续模拟,建立了苦草潜在适宜生境和水深≤4 m水域面积变化与星子站水位的定量响应函数;并据此分析了三峡水库运用及拟建鄱阳湖水利枢纽对苦草潜在生境面积的影响。星子站水位15 m左右时苦草潜在生境面积最大,潜在适宜生境和水深≤4 m水域面积分别为1 703 km^2和2 336 km^2。三峡水库运用可有效保障鄱阳湖苦草潜在生境面积,但其扰动幅度也明显减小,潜在适宜生境和水深≤4 m水域面积序列标准差在三峡运用后减幅分别达到27%和47%。拟建鄱阳湖水利枢纽调控水位在其下闸蓄水期和长江上游水库蓄水调节期内宜分别控制在16 m以下和13.5 m以上,可保障潜在适宜生境及水深≤4 m水域面积与最大值相比减幅分别控制在20%和10%以内。成果明晰了水位变化对鄱阳湖苦草潜在生境面积的定量影响规律,为江湖新水沙条件下鄱阳湖生态系统保育提供了量化依据。     

水位变化对鄱阳湖苦草潜在生境面积的影响

苦草是鄱阳湖越冬水鸟的重要食物资源，为量化水位变化对鄱阳湖苦草生境的影响，基于环境流体动力学模型（EFDC）和生境适宜度曲线，构建了鄱阳湖苦草生境数值模拟模型；对三峡水库175 m试验性蓄水后鄱阳湖苦草潜在生境面积变化进行了连续模拟，建立了苦草潜在适宜生境和水深≤4 m水域面积变化与星子站水位的定量响应函数；并据此分析了三峡水库运用及拟建鄱阳湖水利枢纽对苦草潜在生境面积的影响。星子站水位15 m左右时苦草潜在生境面积最大，潜在适宜生境和水深≤4 m水域面积分别为1 703 km²和2 336 km²。三峡水库运用可有效保障鄱阳湖苦草潜在生境面积，但其扰动幅度也明显减小，潜在适宜生境和水深≤4 m水域面积序列标准差在三峡运用后减幅分别达到27%和47%。拟建鄱阳湖水利枢纽调控水位在其下闸蓄水期和长江上游水库蓄水调节期内宜分别控制在16 m以下和13.5 m以上，可保障潜在适宜生境及水深≤4 m水域面积与最大值相比减幅分别控制在20%和10%以内。成果明晰了水位变化对鄱阳湖苦草潜在生境面积的定量影响规律，为江湖新水沙条件下鄱阳湖生态系统保育提供了量化依据。     

鄱阳湖星子站水位变异诊断研究

为分析鄱阳湖水位的变异情况,通过综合变异诊断系统对星子站年均水位和逐月平均水位进行变异诊断,设定α=0.05的显著性水平,采用了滑动T检验法、克拉默法、山本法、佩蒂特法等多种经典变异诊断方法对水位序列进行了检验,并将各种检验结果互相比较印证,以避免错误结论。结果表明,检验出的水位序列变异年份集中在1999～2004年,其中2003年的变异最为显著。年均水位的均值减小幅度为1.12m。研究结果可为鄱阳湖流域水文情势分析和水资源利用规划提供指导。     

青藏高原山地湖泊扩涨与山地关系分析

基于1∶10万与1∶50万地形图,考察了青藏高原的山地湖泊及其流域的河流(水文)、雪线、冰川高度、各高度山地面积与湖泊面积之间的关系。高原湖泊的规模与流域山地(其高度,中、西部湖拔大于500～750m,东部大于250m)存在密切关系。揭示山地降水是湖泊水的主要来源,其质(低温)与量是维持湖泊一定规模与稳定存在的主要因素。由于山地湖泊存在这种特殊的水文特点,因此,地质历史时期的暖湿期,高原山地湖泊比之低地、丘陵湖泊,扩涨规模可能更为显著。40～23kaB.P,高原山地湖泊异乎寻常地扩涨,可能是降水在暖期季风雨增加时,在山地区增高更甚,更多的低温水流贮湖泊造成的。     

鄱阳湖水质时空变化及受水位影响的定量分析

基于2008~2012年水质水位数据,分析水位变化下的鄱阳湖水质时空变化特征,并定量研究水位变动对水质的影响。结果表明:(1)鄱阳湖水质自2007年起呈恶化趋势,主要在水位涨落下湿地植被生物净化作用强弱转换影响下,丰水期水质好于枯水期。但有时因降雨初期非点源污染加剧,水位上升而水质下降;(2)水质沿主航道水流方向从主湖体东南部到入江水道逐渐好转,主要受乐安河、信江等入湖河流携污影响,同时受到滨湖城镇排污、采砂加剧内源污染释放等的影响;(3)星子站水位每上升1m,鄱阳湖全湖Ⅰ~Ⅲ类水比例提高6.2%。     

鄱阳湖吴城站水位变化及修河对大湖池和沙湖水位的影响分析

为了深入分析赣江和修河对鄱阳湖国家级自然保护区大湖池和沙湖水位的影响,通过1953~2010年期间58年修河吴城站水位实测资料及2010年大湖池和沙湖水位数据,对赣江修河水位的基本特征、演变趋势及江湖关系进行分析。结果表明:(1)吴城水位变化表现为年过程线呈"单峰型"特征;在58年长时间尺度上水位的年内变化规律稳定,最高水位通常出现在6、7、8和9月,最枯水位出现在12、1、2和3月;(2)修河水位与大湖池、沙湖水面最大相差水位分别为5.43m和5.30m;枯水季节修河与大湖池、沙湖没有水流联系,因闸口控制水位,大湖池、沙湖常年不干涸;修河吴城站水位高于16.11m大湖池与修河连通,修河吴城站水位高于16.45m沙湖与修河连通。     

人类活动对鄱阳湖水位变化的影响

进入21世纪以来,长江干流上游水库群运行和鄱阳湖区采砂等人类活动对鄱阳湖与长江之间水沙交换过程产生了重要影响,加速了江湖关系演变。主要采用Mann-Kendall趋势检验法和其他统计分析法,分析了近50年来鄱阳湖水位变化阶段性和趋势性特征,并探讨了长江干流上游水库群调节和湖区采砂活动对鄱阳湖水位变化的影响机制。结果显示:2000～2014年鄱阳湖水位分阶段降低,2006～2014年水位降至最低,比2000年前低了1.08m。2000年之后,鄱阳湖全年、汛期和枯季平均水位都有减少趋势,特别是10月份平均水位有非常显著的减少趋势;不同季节主湖区与入江水道水位变化趋势不一致。长江干流上游水库群调节对鄱阳湖水位影响存在时空差异,水库群蓄水期加剧了鄱阳湖水位下降的幅度。人工采砂活动对鄱阳湖水位的影响在枯季尤其是冬季影响更明显。合理调度长江干流上游水库群及湖区采砂活动对维护鄱阳湖和长江关系的健康维持具有重要意义。     

近50年鄱阳湖形态和水情的变化及其与围垦的关系

根据1954、1957、1961、1965、1967、1976、1984年量测的鄱阳湖高程与面积、容积关系,分析鄱阳湖不同时期的形态参数及其变化特征;统计年最高水位的变化,用以揭示水情变化特点。利用典型年交叉调洪计算结果,探讨围垦对洪水位的影响;建立洪水位围垦效应与围垦面积的关系,用以反映洪水位围垦效应随围垦程度而变化的规律;根据退垦效益与退垦面积的关系和湖区大中型圩堤的堤高现状,确定鄱阳湖退垦还湖面积。     

基于SPI的鄱阳湖流域干旱时空演变特征及其与湖水位相关分析

以标准化降水指数(SPI)为工具,以鄱阳湖流域为研究对象,选择流域内13个气象站共50a的逐月降水量和5个水位站共50a的逐日水位为实验数据,通过Mann-Kendall检验方法和Kriging插值方法,分析了鄱阳湖流域干旱的时空演变特征,以Spearman秩相关系数为评价指标,比较了流域不同时间尺度的SPI值与各站湖水位、不同时间尺度干旱强度与各站年最低水位之间的相关程度。研究表明:鄱阳湖流域的干旱具有明显的季节性特征,春季和秋季具有较为明显的干旱化趋势;鄱阳湖的干旱覆盖面较广,干旱在不同区域内的不同时期都有可能发生和转移;鄱阳湖流域的气象干旱对湖水位具有较为显著的相关性,湖水位对3个月尺度和6个月尺度的SPI值响应最为明显,其与湖水位的相关程度,自近出湖口地区向远离湖口地区递增。     

鄱阳湖区农业环境质量地球化学分区

在《江西省鄱阳湖及周边经济区1∶25万多目标地球化学调查》成果的基础上,依据地球化学特征(包括土壤酸碱度、营养元素、有益元素丰缺、有机质含量、重金属污染情况等)和环境质量情况(包括地貌类型分区和光、热、水影响条件),将全区划分为优质农业区、中等农业区、低级农业区等3种类型。其中,优质农业区农业营养元素Mg比较丰富,Mn、Cu、Zn及Mo等有益元素出现高背景分布,As、Cd、Pb和Hg含量呈正常分布,土壤重金属元素综合污染指数属无污染等级;中等农业区营养元素Mg在背景值及高含量分布范围,Mn等有益元素含量在低背景和高含量范围内,表层土壤重金属As等综合污染指数为轻度污染;低级农业区营养元素Mg含量属中等和缺乏,Mn等有益元素在背景值和低含量分布,属缺乏的元素含量,As等有害元素为轻度污染和中度污染。     

江西鄱阳湖地区土壤酸化与人为源氮的关系

江西鄱阳湖地区是我国土壤酸化严重的地区之一,对比研究区多目标区域地球化学调查与第二次土壤普查资料发现,研究区土壤酸化趋势严重,强酸性土壤占研究区面积比例由58.22%上升到78.44%;赣江、抚河水系入湖区和饶河流域表层土壤酸化明显。研究区因施肥、大气干湿沉降和灌溉输入到农田的氮素分别为123.84 kg.hm-.2a-1、74.13 kg.hm-.2a-1、11.02 kg.hm-.2a-1。研究区因人为氮带入农田的H+为18.67 kmol.hm-.2a-1。化肥氮是引起土壤酸化的主控因素,氮沉降也是影响土壤酸化的主要因素之一。土壤pH与氮含量呈较差负相关,说明土壤中的有机氮对土壤酸化作用有限,增施有机肥和复合肥,适当减少氮肥,特别是铵态氮肥的比例,可以补充盐基物质的相对不足,达到缓解土壤酸化的作用。土壤pH与钙含量呈极显著正相关,适量增施含钙物质可以有效地防止表层土壤酸度降低。     

鄱阳湖水系重金属元素地球化学特征及入湖通量

江西省多目标区域地球化学调查显示,鄱阳湖流域河流两岸土壤(河漫滩沉积物)中存在明显的重金属异常带。为揭示河流两岸河漫滩沉积物(土壤)中重金属元素的来源、输送通量及其沉积历史,分别于丰水期和枯水期系统采集了鄱阳湖流域赣江、信江、饶河、抚河、修水及鄱阳湖湖水、悬浮物等样品,分析As、Cd、Pb等元素含量。研究表明：As、Pb、Cu、Zn等元素在研究区河流中的含量普遍较高,不同时期河水中的元素含量有较大的差异;各重金属元素在研究区河流迁移形式有很大的差别,As和Cd主要以离子态形式迁移,但Cd悬浮态迁移形式所占比例也很大;Pb、Zn、Cu和Ni主要以悬浮态形式迁移;重金属在河流水体和悬浮物两相中的分配受水体pH值、温度和悬浮物浓度等因素影响,不同的元素受这些因素的影响程度有很大的差别;按各支流输送通量,赣江和信江对湖区重金属元素输入通量的贡献最大,是鄱阳湖Cd等重金属元素的最主要来源。     

基于水体光学分类的鄱阳湖悬沙浓度反演方法研究

鄱阳湖是我国重要的湿地生态系统,对调节流域的水沙变化有着重要作用。由于鄱阳湖湖区面积广,内部差异大,单一的悬浮泥沙反演模型不足以准确反演出湖区的悬浮泥沙浓度。以实测的反射光谱数据、泥沙浓度数据为基础,提出一种基于分类后的反演模型,即根据实测数据的光谱形态特征分类出5种典型的水体类型。在此基础上,将分类后的各类水体分别建立各自合适的反演模型进行反演。结果表明基于水体分类的经验模型反演达到满意效果,平均绝对误差为0.00217g/L,平均相对误差为3.022%。基于分类后的经验反演模型适用于鄱阳湖悬沙浓度分布的监测研究,有助于更加宏观、准确的掌握鄱阳湖泥沙浓度的空间分布和变化,为保持鄱阳湖资源的可持续开发与利用提供决策依据。     

江西省鄱阳湖地区饮用水健康风险评价

按照美国环境保护局风险评价模型,对江西省鄱阳湖地区24个县市的饮用水中As、Cd、Hg、Pb、F、氨氮和酚进行了健康风险评价。研究结果表明,通过饮水途径所致健康风险中,As在彭泽县所引起的致癌风险最大(29.1×10-6.a-1),Cd在鄱阳县的致癌风险最大(7.94×10-7.a-1),但均低于国际辐射防护委员会(ICRP)推荐的通过饮水途径最大可接受风险水平(5×10-5.a-1);通过饮水途径引起的非致癌健康风险中,酚的风险最大,出现在鄱阳县(4.99×10-9.a-1),远低于ICRP推荐的最大可接受风险水平。最后将致癌风险和非致癌风险相加得出鄱阳湖24个县市的整体健康风险,结果显示研究区的总风险水平介于10-6~10-11.a-1,基本处于可接受的水平。高风险区主要为彭泽县、南昌市、南昌县、湖口县,这些地区的饮用水环境健康问题应引起更多的关注。     

鄱阳湖自然保护区湿地植被群落与水文情势关系

以鄱阳湖自然保护区为研究对象,通过构建植被群落-水文参数直方图和计算敏感性指数,分析植被群落对水文条件变化的耐受性和敏感性,研究湿地植被群落与水文情势的关系。结果表明,在鄱阳湖自然保护区内,不同的植被群落对水文情势变化的耐受性和敏感性不同,苔草群落、假俭草群落对水文条件变化敏感性较低;苔草-廖子草群落、苔草-虉草群落和虉草-苔草群落对水文条件变化的敏感性较高,喜欢相对湿润的环境;南荻群落所能承受的水文条件变化范围较窄,喜欢相对干旱的环境。