Theory and application of nonlinear river dynamics

A theoretical model for river evolution including riverbed formation and meandering pattern formation is presented in this paper.Based on nonlinear mathematic theory,the nonlinear river dynamic theory is set up for river dynamic process.Its core content includes the stability and tropism characteristics of flow motion in river and river selves＇ evolution.The stability of river dynamic process depends on the response of river selves to the external disturbance,if the disturbance and the resulting response will eventually attenuate,and the river dynamics process can be restored to new equilibrium state,the river dynamic process is known as stable;otherwise,the river dynamic process is unstable.The river dynamic process tropism refers to that the evolution tendency of river morphology after the disturbance.As an application of this theory,the dynamical stability of the constant curvature river bend is calculated for its coherent vortex disturbance and response.In addition,this paper discusses the nonlinear evolution of the river peristaltic process under a large-scale disturbance,showing the nonlinear tendency of river dynamic processes,such as river filtering and butterfly effect.     

哈尔滨西泉眼水库夏季浮游植物群落结构动态特征

西泉眼水库作为哈尔滨市第二水源地,事关居民的饮用水安全,而浮游植物群落特征则是水库生态系统健康状况监测与评估的重要研究内容之一,能为水库生态系统健康提供科学支撑.本研究设置13个采样点,对库区和入库河流的浮游植物群落进行对比分析,采样时间为蓝藻水华易发的7月和8月.经镜检,共鉴定浮游植物7门169种,其中绿藻门最多,83种,占总种数的49.11%;硅藻门次之,47种,占总种数的27.81%;蓝藻门15种,占总种数的8.88%;隐藻门最少,仅有2种.浮游植物丰度在10.92×105~88.44×105cells/L之间,均值为51.6×105cells/L,以8月的3#采样点最高;生物量在2.61~22.44 mg/L之间,均值为10.37 mg/L,以8月的5#采样点最高.Shannon-Wiener指数在2.46~4.69之间,均值为3.33,以7月12#采样点最高.研究水域浮游植物优势种群以梅尼小环藻(Cyclotella meneghiniana)、肘状针杆藻(Synedra ulna)、阿氏席藻(Phormidium allorgei)和游丝藻(Planctonema sp.)为主.同时,典范对应分析表明:1)既将西泉眼水库库区和入库河流区分为两个相对独立的生态系统,又展现了同一生态系统内的月份变化趋势,说明西泉眼水库库区和入库河流区的浮游植物群落的时空分布异质性显著;2)库区内河流入库口处、库心和大坝口处浮游植物群落梯级差异显著,入库河流区水质明显优于库区;3)氨氮、硝态氮、总氮和总磷是影响浮游植物种群的主要驱动因子.研究认为,西泉眼水库水体总体上已处于中度富营养水平,并存在进一步富营养化的风险.建议水库管理部门建立水生态系统健康监测与评估预警体系,配套相应的水生态管理制度,并采取适宜的生态修复技术等生态治理措施,以确保哈尔滨市供水水源安全.     

1960年以来洞庭湖江湖连通河道松滋口枯水期分流变化特征及应对策略

河湖水文连通性强弱对于维系流域水资源安全、河湖生态系统稳定等方面具有重要意义.本文首先利用1960-2019年松滋口新江口与沙道观两站与干流枝城站实测水文资料以及河道典型横断面地形资料,采用Mann-Kendall法与趋势线法分析讨论枯水期松滋口分流变化的特征与诱因,然后,针对枯水期松滋口河道的分流问题提出河道治理方案.结果表明：松滋口枯水期的流量主要来自西支.在1960-2019年间,枯水期西支分流量呈现三峡大坝蓄水运行前后从下降趋势转变为显著上升趋势,而东支分流量在下荆江裁弯后至今基本处于断流状态,下荆江裁弯、葛洲坝运行及三峡大坝蓄水运行是其分流量变化的主要诱因.根据建立分流量与水位差（干流水位与河底高程）的回归关系,模拟出在松滋口西东支现有河道的基础上,河床高程分别下降1 m与2.5 m左右,其分流量可达到或接近1960s分流量水平,有助于缓解区域水资源与环境生态问题.     

中国淡水水华甲藻一新记录种及其生态风险

2019年6月,在山东省峡山水库多个位点采集到角藻属(Ceratium)样品,并发现其在局部位点形成明显的浅褐色水华.系统发育分析结果显示该种与角藻属常见种飞燕角藻(C. hirundinella)亲缘关系最近,但形态学上有明显区别,前者具有1块间插板和3个顶板,而飞燕角藻具有4块顶板.通过对比,发现该种为我国淡水甲藻门未经描述的新记录物种——拟二叉角藻(C. furcoides).峡山水库中,水华发生位点的水体叶绿素a浓度高达125.77μg/L,拟二叉角藻的密度达1.23×106cells/L,占总藻细胞密度的1.21%.细胞数量上,占优势的主要是尖头藻(Merismopedia spp.)和浮丝藻(Planktothrix spp.)等一些丝状蓝藻;但因个体细胞体积非常大,鲜重高达86.31 mg/L,占总藻鲜重的49.34%,因此在生物量上拟二叉角藻是绝对优势种.此外,通过核查采自我国东北、华中、西南地区不同时期、温度较高季节的多个标本,基于其自身特性和分布特点,本研究认为拟二叉角藻偏好高温和富营养水体,有在我国不同地区水体扩张并形成水华的潜在能力.     

云南高原渔洞水库鱼类空间分布格局及主要影响因子

鱼类控藻是常用的生物控藻技术之一,其前提需明确水体中鱼类群落结构及分布特征.为科学调整渔洞水库鱼类群落结构,制定合理的生物操纵策略,2013年7月运用Simrad EY60型分裂波束回声探测仪对该水库进行了水声学探测,在结合多网目复合刺网（网目=8.5、4.0、12.5、2.0、11.0、1.6、2.5、4.8、3.1、1.0、7.5和6.0 cm）取样的基础上,研究了水库鱼类群落结构及其空间分布特征,并初步探讨了影响渔洞水库鱼类空间分布的关键因素.调查中在渔洞水库共采集到鱼类5科12种,其平均密度为638.4±310.2 ind./1000 m³.鱼类在水库中呈不均匀分布,库首、库中、库湾及库尾鱼类密度分别为521.5±371.3、561.9±189.2、653.7±323.7和1137.1±90.4 ind./1000 m³,呈逐渐增大趋势,且库尾鱼类的平均个体要大于库首、库中和库湾;在垂直方向上,97.6%的鱼类都分布在水面以下0~10 m的水层,深度超过10 m的水层,鱼类所占比例只有2.4%;0~20 m水层鱼类的平均目标强度最大（-58.6 dB）,20~40 m水层鱼类平均目标强度最小（-63.9 dB）.MRT预测模型表明影响鱼类空间分布的关键环境因子为水温和水深.基于渔洞水库的鱼类组成和空间分布特征,建议一方面加大鲢、鳙放养量,另一方面从所属水系引进中上层土著肉食性鱼类来调整鱼类群落结构,控制藻类生物量.     

热带水库消落区植物群落物种组成与结构特征——以海南松涛水库为例

消落区是河流、湖泊和水库因阶段性或长期性的水位涨落而反复淹没或出露而形成的一种特殊的季节性湿地.消落区植被在维持水陆生态系统的动态平衡、生物多样性、生态安全及生态服务功能等方面发挥着重要作用.通过样方法调查分析了海南松涛水库消落区植物组成、区系特点以及群落分布特征.结果显示：松涛水库消落区共有维管植物40科101属115种,其中被子植物36科97属111种,蕨类植物4科4属4种.植物区系以热带性为主,外来入侵种较多,且既耐水淹又耐干旱植物众多;群落以草本、灌木植物为主,乔木较少且大多以幼苗形式存在.主要群落类型为以铺地黍（Panicum repens）为优势种的复合群落,个别区域零散分布有美洲蟛蜞菊（Wedelia trilobata）、光荚含羞草（Mimosa sepiaria）、猪屎豆（Crotalaria pallida）、马松子（Melochia corchorifolia）、假臭草（Praxelis clematidea）和铺地黍等单优群落.消落区不同海拔区间群落分布存在明显差异,物种多样性从高到低呈显著递减趋势.研究结果可为松涛水库消落区植被恢复工作提供科学指导.     

广东新丰江水库表层水体CO2分压及其影响因素

于2012年7月和2013年1月定点采集新丰江水库表层水样,测定水样的理化及生物学参数,计算水体中二氧化碳分压(p(CO_2))大小并分析其时空变化,探讨新丰江水库p(CO_2)的影响因素及其CO_2源/汇机制.结果表明:丰水期p(CO_2)变化范围为16~3545μatm,均值为999μatm,从水库上游到坝前p(CO_2)逐渐升高;枯水期p(CO_2)变化范围为399~1355μatm,均值为756μatm,从水库上游到坝前p(CO_2)呈下降趋势.丰水期p(CO_2)受温度影响较小,与营养盐(NO-3、DSi)浓度呈正相关,与叶绿素a(Chl.a)、溶解有机碳(DOC)浓度呈负相关,与溶解无机碳(DIC)浓度没有明显相关性;枯水期p(CO_2)受温度影响也较小,受碳酸盐体系的影响,与NO-3、DSi、Chl.a、DIC浓度呈正相关,与DOC浓度没有明显相关性.新丰江水库相对于大气来说是一个通量值偏低的CO_2源.     

40年来江苏石梁河水库重金属污染的沉积记录

根据石梁河水库沉积物粒度和重金属元素(Cu,Cr,Zn,As和Pb)含量的分析,结合137Cs放射性比活度精确定年,研究了石梁河水库沉积速率和重金属的污染变化特征,并利用地累积指数法评价了重金属的污染程度.结果表明:石梁河水库 40年来平均淤积速率为3.85cm/a,Cu,Cr和zn地累积指数一直小于1,处于轻微污染;As污染水平变化较大.现处于低水平的轻度污染;Pb污染水平自柱底始持续恶化,目前地累积指数大于1,且有污染加剧趋势.     

1999-2015年汛后小浪底水库典型支流口门淤积发展影响分析

支流作为水库综合效益发挥的重要组成部分,其河口泥沙大幅淤积会影响水库综合效益的发挥.选取多沙河流水库黄河小浪底库区畛水、石井两支流作为典型实例,在对1999-2015年汛后水库的来水来沙、水库调度、库区干支流淤积量与形态分析基础上,研究干支流淤积形态的变化,重点研究支流口门拦门沙坎抬升变化特征,结果表明：支流的分流及淤积与入库流量、含沙量及库区的淤积形态有关.入库流量越大,支流分流比小,支流淤积规模小;入库含沙量越大,支流分沙比越大,支流淤积规模越大.     

北京官厅水库-永定河水系水体中持久性有机氯农药污染

报道了官厅水库-永定河水系中持久性有机氯农药的污染水平,研究发现在水体中存在六六六(HCHs), 滴滴涕(DDTs), 七氯等在内的有机氯污染物,在所有13个采样点的水样中,18种有机氯农药的浓度为4.2-96.9 ng/L,其中六六六、滴滴涕的含量分别为0.09-53.5ng/L和nd-46.8 ng/L.对污染来源进行分析,发现除了主要是源于历史上农田中有机氯农药的残留外,近期可能有新的农药污染源进入水环境,如林丹和三氯杀螨醇的使用可能造成了新的有机氯农药污染.和国内主要河流相比,官厅水库-永定河水系中有机氯农药的污染属轻度污染.