洞庭湖生态水位及其保障研究

湖泊生态水位是维持湖泊生态系统健康的重要因素.基于洞庭湖城陵矶、杨柳潭、南咀3个水文站1959-2016年日平均水位序列进行分析,采用Mann-Kendall法、累积距平法和滑动T检验法综合确定洞庭湖水位变异时间节点,结合生态水位年内展布法以及IHA-RVA法,计算分析湖泊最小和适宜生态水位,并且采用Tennant法进行合理验证,在此基础上对水文变异前、后湖泊生态水位保障度进行研究.研究结果表明:(1)洞庭湖城陵矶和杨柳潭水文站年均水位呈上升趋势,而且城陵矶站水位上升趋势显著,南咀站年均水位呈显著下降趋势.(2)洞庭湖3个典型水文站水位年际变化突变年份为2003年,突变年份基本上与三峡工程蓄水时间相符.(3)城陵矶、南咀和杨柳潭年均最小生态水位分别为21.41、28.95和27.84 m,分别占多年平均水位的86.3%、95.9%和95.7%,城陵矶、南咀和杨柳潭年均适宜生态水位分别为23.29、29.51和28.36 m,分别占多年平均水位的93.9%、97.8%和97.5%,生态水位计算结果考虑了天然湖泊水位年内丰枯变化,满足了湖泊生态目标需求.(4)洞庭湖最低生态水位保障程度较高,基本能达到80%以上,但适宜生态水位保障程度相对较低,其中2003年以后洞庭湖10月和11月生态水位保障程度显著下降,与上游水利工程蓄水有关,建议在此期间采取调度措施适当增加洞庭湖水量,以保障湖泊生态系统的健康与生物多样性.     

近60年洞庭湖水位演变态势研究

辨析洞庭湖历史水位演变态势对保护湖泊生态系统健康运转以及确保长江中下游防洪安全和水资源利用均至关重要。为了定量评估洞庭湖近60年来水位变化特征、程度及规律,基于洞庭湖鹿角、杨柳潭和南咀水文站1961—2020年逐日水位监测数据,应用Mann-Kendall检验法、小波分析法、累积距平法、滑动t检验法等方法对洞庭湖水位变化趋势性、周期性、突变性进行分析,进而采用IHA-RVA法综合评价洞庭湖突变年前后各站点水位改变度和整体水位改变度。研究结果表明:(1) 1961—2020年,鹿角站和杨柳潭站年均水位呈上升趋势,南咀站年均水位呈下降趋势;3个站点水位周期性变化较为明显,呈现4～5个时间尺度的周期变化规律,第一主周期为55～56年;鹿角站水位突变年份为1979、2003年,杨柳潭站水位突变年份为1978、2003年,南咀站水位突变年份为2003年,综合确定2003年为3个站点突变年份。(2)通过分析突变前后3个站点的水位、时间、频率、延时和改变率5组32个水位指标改变度,发现杨柳潭站水位改变度大于鹿角站和南咀站,鹿角、杨柳潭、南咀站的整体水位改变度分别为43%、48%、42%,均属于中度改...     

洞庭湖流域气候变化特征(1961-2003年)

以22个气象站1961-2003年的气象观测数据为基础,对洞庭湖流域的气温、降水和参照蒸散量进行趋势与突变分析．从1970年开始,洞庭湖流域经历了一个缓慢而稳定的增温过程,1990s发生突变进入快速增温时期;尤其是是在春、冬季节,这种突变式的增温特征非常显著;秋季持续而稳定增温,而夏季气温并无明显变化．进入1990s,洞庭湖流域降水有明显增多,尤其是夏季降水突变式增加;与此同时,夏季暴雨频率也突变式增大,但是暴雨强度并无明显变化．1900s迄今,参照蒸散量持续而稳定的减少,夏季减少量尤为显著．全球变暖的区域响应,驱动洞庭湖流域水循环速度加快,夏季降水增多,而蒸发能力减弱,这是1990s洞庭湖流域洪水频发的主要气候因子．     

1988-2018年滇池氮磷比的时空演变特征与原因解析

氮、磷浓度是制约湖泊营养状态和生产力水平的重要环境因子,而氮磷化学计量比是湖泊生态系统的主要指标,因此,判识氮磷比变化趋势及其驱动力对湖泊生态恢复具有重要意义.研究基于19882018年连续观测数据,分析了滇池氮磷浓度和氮磷摩尔比(简称氮磷比)的时空分布演变特征;采用多元线性回归模型分别对滇池草海和外海氮磷比驱动效应进行定量解析,筛选出影响湖体氮磷比变化的潜在驱动因子.结果表明:①19882018年滇池氮磷比呈现显著的线性上升趋势,其中草海和外海氮磷比分别上升1.3和0.7 a^-1.②草海和外海分别在2008年和2004年发生了氮磷比上升突变,突变前上升归因于总氮浓度快速增加,突变后则是由于总磷浓度下降较快.③滇池的氮磷浓度变化主要是受流域氮磷输入负荷、跨流域调水、流域氮磷削减、风速和水位的综合影响,但受控因子在不同区域可能存在差异.④气温是滇池氮磷比变化的主要驱动因子,流域人为氮磷输入差异是滇池氮磷比变化的次要驱动因子.     

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.     

太湖表面温度与表层水温差异及其影响因素的观测分析

湖泊“皮肤效应”指表面温度与表层水温的差异,量化“皮肤效应”并分析其影响因素有助于理解湖泊物理、化学、生物和生态过程对气候变暖的响应。本文基于太湖中尺度通量网2011—2020年水温梯度、辐射四分量和小气候观测数据,定量分析了在不同时间尺度和不同天气条件下“皮肤效应”的差异及其影响因素。结果表明,太湖暖“皮肤效应”在15:00—16:00最强,可达1.95℃;冷“皮肤效应”在7:00—8:00最强,达-0.50℃。“皮肤效应”强度春季最强,夏季最弱。因此,无法用表层水温观测值直接验证卫星午后过境反演得到的太湖湖面温度,其偏差可达2℃,尤其在春季。年际尺度上,太湖表面温度上升速率为0.14℃/a,与同期气温上升速率相当,表层水温上升速率为0.12℃/a。使用遥感反演的表面温度表征的太湖升温速率会比传统的表层水温观测结果快0.02℃/a。晴天小风时暖“皮肤效应”最强,为1.64℃;阴天大风时“皮肤效应”最弱,仅为0.32℃。相较于太阳辐射,风速对太湖水温“皮肤效应”的影响更大,风的扰动是影响太湖水温“皮肤效应”的首要因素。此外,基于10年观测数据建立了适用于太湖水温“皮肤效应”的风速参数化...     

过去40年太湖剧烈的湖泊物理环境变化及其潜在生态环境意义

过去40年,全球气候变暖、辐射变暗和变亮、风速减弱、气候异常波动等自然环境变化以及筑坝建闸、岸堤硬质化和调水引流等强烈人类活动势必会深刻改变太湖湖泊物理环境和过程,驱动湖泊生态系统演化.基于历史文献、档案数据以及气象水文和透明度等长期观测数据,本文系统梳理了太湖气温、水温、风速、水位和透明度等物理环境空间分布和长期变化特征,探讨了气温和风速、水位和透明度相互协同作用机制及其潜在生态环境意义.受全球变化和城市化等影响,过去40年太湖气温和水温呈现显著升高趋势,而近地面风速则表现为持续下降,湖泊增温和风速下降有利于藻类生长和蓝藻水华漂浮聚集,某种程度上增加了蓝藻水华出现频次和集聚的面积.为防洪和满足流域日益增长的水资源需求,闸坝管控和调水引流使太湖水位呈现缓慢增加趋势,而入湖污染物增加和富营养化则造成水体透明度逐渐下降,致使透明度与水位(水深)的比值明显降低,减少了湖底可利用光强,恶化水下光环境,在一定程度上驱动了太湖水生植被和草型生态系统退化.湖泊物理环境长期变化逐渐拓展了太湖藻型生境空间而压缩了草型生境空间,加剧了草型生态系统向藻型生态系统转化和增强了藻型生态系统的自我长期维持.太湖湖泊物理环境的显著变化也会部分抵消流域营养盐削减和湖体营养盐下降对藻类生物量和蓝藻水华的控制,增加了太湖蓝藻水华防控和湖泊富营养化治理的难度.这意味着未来流域控源截污需要更加严格的标准,而湖泊水位等物理环境的有效管控是应对藻华加剧和恢复草型生态系统的适应性管理策略.     

洞庭湖近几十年来湖盆变化及冲淤特征

洞庭湖是我国著名的五大淡水湖泊之一,位于长江中游荆江段南岸,湖南省境内.历史时期,曾经是我国第一大淡水湖,直至新中国成立初期,湖泊面积仍然有4350km2,居我国淡水湖泊之首位.但由于洞庭湖承纳“四水”,吞吐长江,长江大量水沙涌入洞庭湖,造成了湖盆迅速淤高,加之由此诱发的人类大规模地湖泊垦殖活动,湖泊急剧萎缩.目前,洞庭湖已退居鄱阳湖之后,为我国第二大淡水湖泊.湖泊的严重泥沙淤积,已经造成了湖泊调蓄长江中游洪水功能的严重衰退,不但危及湖南省的防洪的安全,而且危及长江中下游地区的防洪安全,研究洞庭湖的湖盆冲淤演变具有重要意义.本文根据1974、1988和1998年洞庭湖125000水下地形资料,并针对洞庭湖具有显著上下游水位落差的实际,分不同高程和不同水位情况下,分析洞庭湖湖泊面积和容积演变特征,探讨洞庭湖近几十年来的湖盆变化及冲淤规律,试图揭示洞庭湖湖泊调蓄能力的变化过程.     

洞庭湖近30a水位时空演变特征及驱动因素分析

洞庭湖地处北亚热带季风湿润气候区,水情时空变化尤为明显.为了探明洞庭湖水位时空演变特征,以洞庭湖6个水位站(城陵矶、鹿角、营田、杨柳潭、南咀、小河咀)、出入湖流量("三口"总入湖流量、"四水"总入湖流量、城陵矶出湖流量)和长江干流流量(宜昌、螺山)等1985-2014年逐日数据为基础,通过构建泰森多边形计算湖泊水位,运用Morlet小波分析、层次聚类分析和地统计理论研究湖泊水位的周期性变化规律及空间分布格局和自相关性.研究结果表明:洞庭湖水位变化具有典型的季节性,且年际变化具有28和22 a的多时间尺度特征;水位空间分布格局呈现出小河咀、南咀、杨柳潭(Group 1)以及城陵矶、鹿角、营田(Group 2)两种聚类,且在不同水文季节的空间自相关性依次表现为丰水期退水期涨水期枯水期.通过建立两类水位在不同水文季节与径流量的多元逐步回归模型揭示了洞庭湖水位时空演变的驱动因素,其中Group 1水位演变主要受长江干流水文情势的影响,Group 2水位演变由出入湖径流量和长江干流径流量共同作用,并随着不同水文季节江湖关系的改变以及湖泊自身水力联系的变化而变化.研究结果对于科学认识洞庭湖水位的时空演变规律以及湖泊生态系统保护和水资源的规划、管理与调控具有重要意义.     

太湖流域典型中小型湖泊富营养化演变分析(1991-2010年)

通过分析太湖流域的中小型湖泊富营养化指标近20年的变化趋势,探讨流域富营养化特征的总体演变趋势.从全流域看,总氮浓度在近20年里呈稳中略降的趋势;而总磷浓度在近20年里有较明显上升趋势;作为营养物上升的直接响应指标叶绿素a呈快速上升趋势,平均值从1991年的7.0μg/L上升至2010年的27.5μg/L,20年间上升了近3倍,叶绿素a数据离散程度出现大幅上升,标准差从1991年的1.25μg/L上升至2010年的19.06μg/L,说明各湖富营养化程度的空间分异性在加大,藻华风险增加;透明度在近20年中虽有波动,但整体仍呈下降趋势.综合营养状态指数(TLIc)计算结果显示,近20年过水型湖泊淀山湖和昆承湖的TLIc指数明显高于封闭型湖泊水源地尚湖和傀儡湖.典型过水型湖泊(淀山湖)、封闭型湖泊水源地(尚湖和傀儡湖)以及典型的渔业生产型湖泊(长荡湖)的富营养化演变过程有所差异,主要受湖泊本身自然属性、污染控制强度、管理模式、功能定位等影响.     

江苏省五大湖泊水体重金属的监测与比较分析

2001—2011年(不含2004年)10年间对江苏省五大湖泊(太湖、滆湖、洪泽湖、高宝邵伯湖和骆马湖)的水体重金属浓度进行长期定点监测,按系统分组资料进行方差分析,以比较各重金属浓度在湖泊间的差异显著性,并在此基础上应用多指标综合评价法(TOPSIS法)对5个湖泊水体重金属进行综合比较.结果表明:除铜浓度外,5个湖泊间铅、镉、汞和砷4个指标浓度均存在极显著差异;5种重金属浓度湖泊内站位间均差异不显著;铅、镉和汞浓度站位内年份间差异显著或极显著.TOPSIS分析结果表明,总体而言高宝邵伯湖水体重金属污染程度最小,骆马湖水体重金属污染程度最大,洪泽湖、太湖和滆湖水体重金属污染综合评价优劣相当.     

滆湖和骆马湖春季浮游植物光合作用活性的研究

本研究应用Phyto-PAM荧光仪测定滆湖和骆马湖春季浮游植物的光合活性,包括浮游植物最大光量子产量Fv/Fm(可变荧光与最大荧光之比)、有效光量子产量Φ_PSII(实际光合作用效率)和快速光响应曲线(RLC);同时,采用显微镜对浮游植物进行镜检和计数.结果表明:滆湖蓝藻和硅藻的最大光量子产量分别为0.36~0.52和0.27~0.53,实际光量子产量分别为0.25~0.37和0.25~0.36,没有检测到绿藻的光合活性,RLC曲线表明蓝藻有较高的光合作用效率,更易形成优势种群;骆马湖绿藻和硅藻的最大光量子产量分别为0.45~0.65和0.41~0.49,实际光量子产量分别为0.25~0.32和0.19~0.25,没有检测到蓝藻的光合活性;滆湖浮游植物丰度在530×10⁴~4200×10⁴cells/L之间,平均值为2918×10⁴cells/L,群落组成以蓝藻门、硅藻门、隐藻门和裸藻门为主;骆马湖浮游植物丰度在260×10⁴~510×10⁴cells/L之间,平均值为379×10⁴cells/L,群落组成以硅藻门和绿藻门为主.综合滆湖和骆马湖水体的营养水平、浮游植物丰度和光合作用活性表明,湖泊富营养化能提高浮游植物种群丰度和蓝藻的光合作用活性,进而有利于蓝藻在浮游植物群落中占有竞争优势.     

Changes in ice phenology on polish lakes from 1961 to 2010 related to location and morphometry

Observations of lake ice at the shore, complete ice cover, ice duration, ice thickness and other measures for 18 Polish lakes were collected for the 50 year period (1961–2010). Average ice dates in early winter became later: first appearance of ice along shore 2.3 days decade⁻¹ and complete ice cover 1.2 days decade⁻¹ while complete ice cover disappeared earlier (5.6 days decade⁻¹) as did last ice at the shore (4.3 days decade⁻¹). The duration of ice cover decreased by 5.6 days decade⁻¹ and average ice thickness declined by 6.1 cm decade⁻¹. The magnitude of these values for individual lakes decreased from eastern to western Poland. This geographic gradient is likely related to regional atmospheric circulation because in winter this part of Europe is strongly affected by continental air, an influence that is greater in the east. A multivariate redundancy analysis (RDA), used in order to examine the dependence of ice measures on lake physical properties and location, indicated longitude and altitude as key factors explaining lake ice dynamics such as the disappearance of ice and ice cover, ice cover duration and thickness. Lake volume and average depth influenced mostly the appearance of ice and ice cover.     

根据生物指标区分东太湖和西太湖

The methods and analytical results for distinguishing lake types of East Taihu Lake and West Taihu Lake by biological markers were dealt in this paper.     

Effect of variations in net basin supply on lake levels and outflows

Starting from a simplified version of the water balance equation, it is shown how the levels and outflows from a open lake can be related to the magnitude and statistical characteristics of the annual net basin supply series, which is defined as the net inflow arising from tributary inflows, rainfall on the lake surface and the lake evaporation. Using the models, estimates are derived for the response time for several large open lakes in Africa and Asia. Also, the observed net basin supply series for three major lakes (Victoria, Malawi and Toba) are investigated in detail. It is suggested that, on an annual basis, the assumption of a random normally distributed series of net basin supply can provide a reasonable first guess for the equilibrium response of a lake and for the likely range of variation of levels. These estimates are likely to be useful in water resources assessments and for investigations of the effects of land use and climate change on lake levels. The effects of departures from this simplified approach are discussed and are illustrated with some practical examples. © 1998 John Wiley & Sons, Ltd.     

长江中下游湖泊沉积物生物可利用磷分布特征

利用化学提取方法对太湖6个样点,巢湖4个样点和龙感湖3个样点的表层沉积物和沉积物柱样进行了生物可利用磷(BAP)测定．北太湖表层沉积物的平均含量为259．5mg／kg,而西部湖区平均含量为114 6mg／kg,湖心区平均含量为40．6 mg/kg,而东太湖平均含量为50．7 mg／kg,呈显著北高南低的特点．巢湖西部湖区表层沉积物的BAP平均含量为 254．2 mg／kg,而东部湖区BAP含量降低为101．9mg／kg．龙感湖表层沉积物BAP平均含量为67．8 mg／kg．显著表明污染程度较高的湖区沉积物的BAP相应较高．BAP在沉积物中随深度呈指数降低,显示生物可利用磷在沉积作用下向稳定的非活性磷转化．夏季沉积物中的BAP由于生物活性的增强向溶解态活性磷转化过程增强,显示为较低的BAP含量．BAP 含量与水体溶解态活性磷呈正相关关系,且该相关性在BAP含量较低的样点好于高BAP的样点．     

湖泊沉积物的矿物磁性测量及其环境应用

本文结合太湖沉积物的磁性研究，简要地阐述了湖泊沉积物磁性测量的方法与磁信息的环境应用，通过分析太湖沉积样芯的磁参数曲线所内含的环境信息，揭示了磁测方法在古湖沼学研究中的应用前景。     

波浪作用下湖泊底泥的输沙试验研究

湖泊底泥的运动过程产生内源污染,加剧湖泊生态环境的恶化.研究湖泊底泥在波浪作用下的输沙规律,可为研究湖泊的水质变化成因及生态环境治理提供参考依据.利用大型波浪水槽,在波浪作用条件下对太湖、龙感湖、巢湖的底泥进行了起动和输沙试验,对多组波浪水文条件下湖泊底泥的输沙试验结果进行分析,详细地阐述了太湖、龙感湖、巢湖底泥在波浪作用下的输沙变化规律.分析整理试验数据,得出输沙率变化公式,为3个湖泊的水质变化成因分析及生态环境治理提供参考依据.     

2007年太湖五里湖浮游植物生态学特征

研究了2007年太湖五里湖浮游植物的生态学特征.结果表明:五里湖共检出浮游植物8门123种;其中绿藻种类最多,共57种,占浮游植物总种数的46.3%;硅藻次之,共23种,占浮游植物总种教的18.7%;浮游植物种数以冬春季多、夏秋季少.调查期间.浮游植物数量和生物量分别变化在386.2×10~4-5581.9×10~4cells/L和0.541-3.491mg/L,均以绿藻最高;浮游植物数量的季节变化表现为夏季>春季>秋季>冬季;且除绿藻外,浮游植物的季节演替规律与PEG模型基本一致.相似性分析显示,五里湖1、3、4、5月份的生境相似,6、7、8、9、11月份的生境相似.优势度分析显示,五里湖各个月份的浮游植物优势种都在2种以上,优势种主要有小球藻(Chlorella vulgaris)、小球衣藻(ChLamydomonas microsphaera)、尖尾蓝隐藻(Chroomonas acuta)、铜绿微囊藻(Microcystis aeruginisa)等14种,优势种种数较多且优势度不高,变化在0.02-0.78之间;多样性和均匀度分析显示,五里湖浮游植物多样性指数和均匀度指数分别变化在1.5-2.7和0.26-0.59之间,多样性和均匀度都较好:表明2007年五里湖浮游植物群落结构比较复杂、处于较完整状态.     

洪泽湖、骆马湖、南四湖径流丰枯遭遇分析

依据洪泽湖,骆马湖,南四湖径流量资料,对湖泊历年不同时期径流进行丰枯评述。统计分析了洪泽湖,骆马湖,南四湖年径流,汛期径流,、枯情况,提出了洪泽湖,骆马湖及洪泽期,南四湖各种时期情况下水量丰或枯的遭遇频次。