吞吐型湖泊湿地最低生态需水研究——以鄱阳湖湿地为例

作为吞吐型湖泊湿地典型代表的鄱阳湖湿地,蕴藏有许多珍贵物种基因,具有极高的生物多样性.近几十年来由于各种原因鄱阳湖湿地的面积一直在萎缩.现从生态学和水文学观点出发,运用湖泊形态分析法对鄱阳湖的水位面积资料进行分析计算,得到作为中国第一大淡水湖的鄱阳湖,最低生态需水位为9.37 m,最低水位所对应的生态需水量为8.46×108 m3.     

水利工程群对洞庭湖城陵矶特征水位的综合影响

基于1956-2020年洞庭湖城陵矶水文站的实测水文数据,运用Mann-Kendall检验法分析水利工程群影响下洞庭湖湖口城陵矶特征水位的时序演变特征。结果表明：城陵矶年特征水位呈显著上升趋势(P<0.05)。与时段1相比,时段2、3、4的年均水位分别抬升了0.68、1.04、1.61 m,年最高水位分别抬升了0.35、1.14、1.78 m,时段5的年均水位、年最高水位分别下降至24.97、30.50 m,年最低水位逐期抬升(18.09、18.84、19.32、20.26、20.87 m);城陵矶水位存在“涨-丰-退-枯”4个水文期,涨水期最高水位抬升了2 m以上,丰水期平均水位和最高水位在前4个时段抬升后,于第5时段分别回落至28.69、30.42 m,退水期平均水位和最高水位呈波动变化,最低水位在后4个时段逐期下降,枯水期平均水位和最低水位逐期抬升,时段5的特征水位抬升了2 m以上;水利工程群对城陵矶特征水位的影响在各典型年表现出不同的特征,三峡水库蓄水后,城陵矶特征水位在丰水年丰、枯水期下降,在平水年丰水期抬升、枯水期下降,而在枯水年丰水期下降、枯水期抬升。     

鄱阳湖湿地1954～2016年水位变化分析

湖泊水位是影响其生态系统功能的关键因素.基于1954～2016年鄱阳湖湿地日均水位数据,选择年极端水位、年区间水位持续时间、年涨水和退水持续时间等指标,分析了63年间鄱阳湖湿地的水情特征.结果表明,鄱阳湖湿地年最高水位呈下降趋势,最低水位和水位极差变化不明显;年水位大于16.00 m的天数呈现递减趋势,存在连续性低、高水位现象,而水位低于8.00 m、10.00 m、12.00 m的天数呈现递增趋势,并且出现连续性的低水位现象;年涨水天数延长,退水天数下降,退水至10.00 m的天数呈现明显下降趋势,特别是2000年以来,退水时间明显加快.总体上,鄱阳湖湿地水位变化比较明显,特别是2000年以来,鄱阳湖湿地水位变化更加剧烈,人类有必要对当前鄱阳湖湿地水位变化引起高度重视.以上研究结果,可为鄱阳湖湿地生态系统的深入研究提供参考.     

鄱阳湖枯季水位变化对越冬水鸟生境面积的定量影响

长江及鄱阳湖水系上游水库群运用后鄱阳湖枯季水文节律出现新的变化,给湿地水鸟越冬造成尚不明晰的潜在影响。为量化枯季水位变化对鄱阳湖越冬水鸟生境面积的影响,基于EFDC水动力学模型和生境适宜度曲线,构建了鄱阳湖枯季越冬水鸟栖息地数值模拟模型;以水深作为关键生境因子,对三峡水库175 m试验性蓄水后鄱阳湖枯季越冬水鸟潜在生境面积变化进行了连续模拟;以越冬水鸟数量峰值期(12月和1月)为关键时段,建立了越冬水鸟潜在适宜生境面积和浅水区(≤60 cm)面积变化与水位的三段式定量响应函数,提出了星子站水位11.70 m左右时越冬水鸟潜在生境面积将达到最大。三峡水库运用后鄱阳湖枯季越冬水鸟潜在适宜生境及浅水区面积均保持总体稳定,其均值相比运用前仅略增加1.02%和1.97%;扰动幅度明显减小,序列标准差在三峡水库运用后减小近50%。针对拟建的鄱阳湖水利枢纽工程,分析了不同水位调控方案下枯季越冬水鸟潜在生境面积的变化,结果显示补偿调节期特别是越冬候鸟数量峰值期内鄱阳湖水位不宜超过12.5 m,11～12 m之间对越冬水鸟保护影响最小,其潜在生境面积相比最大值偏小幅度可控制在10%以内。成果明晰了枯季水位变化对鄱阳湖越冬水鸟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枯季生态水位保障提供了量化依据。     

三峡水库运行对鄱阳湖影响及对策研究

为了评估三峡工程建成运行对鄱阳湖的影响,本文选取典型水文年,在演算分析基础上,初步分析了三峡水库运行对鄱阳湖湖口水位、湖区水情的影响程度。研究认为三峡水库汛末蓄水(10—11月份)将降低湖口水位0.4～1.6m,导致湖区水位相应下降0.3～1.2m,鄱阳湖枯水期提前将使湖区抗旱能力降低,同时部分洲滩提前出露将对湿地生态环境产生影响,而其它月份三峡水库运行对鄱阳湖影响较少。从消除或减免三峡水库运行对鄱阳湖影响角度,建议优化三峡水库汛末蓄水方式,并做好与鄱阳湖五河支流蓄水工程调度之间的协调。     

长江中游典型河段底栖动物的物理栖息地模型构建与应用

考虑水生生物生境需求的物理栖息地模型被认为是评估河流流量变化对水生态系统影响的最可信的方法之一。本研究选取长江干流含有河漫滩的监利江段为实例,建立底栖动物各类群的物理栖息地模型,计算变化流量下栖息地适宜面积的时间序列,并据此进行生态流量决策。结果显示长江中游底栖动物最敏感的环境参数是流速,适宜范围为0～0.2 m/s;其次是水深,适宜范围为0～6 m。在考虑敏感环境参数的前提下,得出监利江段底栖动物的最佳生态流量为20 000 m3/s。三峡大坝蓄水后枯水期和平水期底栖动物适宜面积的低值部分减小,丰水期适宜面积增加。为了保护底栖动物栖息地,建议三峡大坝在防洪蓄水的同时能兼顾底栖动物的生态流量需求,调节枯水期和平水期的流量,让监利江段接近4000 m3/s,丰水期接近20 000 m3/s。在枯水年增大枯水期和平水期的流量,平水年增大枯水期的流量,丰水年减少丰水期的流量。本研究方法可以供长江其他河段目标物种的生态流量决策和生态修复方案设计参考。     

考虑水文变异的河道生态径流研究

采用Mann-kendall等多种突变检验方法对广西澄碧河流域坝首和平塘两水文站径流序列进行突变综合检测,并用逐月最小生态径流计算法和逐月频率计算法分别研究变异前和变异后的河道内最小生态径流和适宜生态径流情况。结果表明,变异后最小生态径流总体小于变异前,丰水期时段变异前适宜生态流量普遍小于变异后,平水期变化不明显,枯水期时段变异前适宜生态流量普遍大于变异后;坝首及平塘适宜生态径流满足率枯水期平均下降分别为10.8%和7.5%,丰水期则平均上升分别为3.7%和5.8%,平水期无明显变化。     

鄱阳湖湖流特征

基于2010—2014年湖流监测资料,分析了鄱阳湖湖流分布特征。结果表明:(1)鄱阳湖北部湖区流速最大,其次为主湖区、入江水道区,东部湖区最小;主槽流速大于洲滩和湖湾;枯水期流速大于平水期和丰水期。(2)相比于上世纪60~70年代,都昌站和康山站流速在同级水位情况下有所增大,棠荫站流速在同级水位落差下有所增大,星子站流速在同级水位落差下有所减少。     

鄱阳湖枯期水位与湿地生态响应关系

鄱阳湖湿地具有动态变化、开放和类型多样等特点,湿地植物、湿地鸟类和湿地类型等多样性极为丰富。采用机理分析法分析了鄱阳湖枯水期不同水位与鄱阳湖湿地生态的响应关系,从维护鄱阳湖湿地系统开放、生境多样性和冬候鸟栖息地保护等方面提出了鄱阳湖枯期水位调控、湿地监测与观测、科研等湿地生态保护的对策与建议,为鄱阳湖水系水资源开发利用与重要湖泊湿地生态保护的协调提供理论参考。     

鄱阳湖枯水期入湖径流变化特征分析

依据1957—2012年鄱阳湖流域控制水文站的实测资料,运用Mann-Kendall检验法、小波分析方法,对该时段内枯水期入湖径流的趋势及周期变化特征进行分析,分析其变化规律对鄱阳湖水资源合理利用、水生态保护具有重要意义。结果表明:1957—2012年鄱阳湖流域各站点枯水期径流大致呈增加的趋势,平均增加幅度约为0.199/a,且在0.1的显著水平下,万家埠站、梅港站、虎山站枯水期径流增加趋势显著;鄱阳湖流域各站点的枯水期径流变化具有较显著的周期特征,其中21 a为鄱阳湖流域枯水期径流变化主周期,各站点径流变化还存在5,12,28 a的变化小周期。鄱阳湖流域枯水期径流的周期规律的研究,为流域水利工程建设、生态环境保护及水资源合理利用提供了科学依据。     

鄱阳湖水利调控对湖区典型丰枯水年水动力水质影响研究

鄱阳湖水利枢纽工程的修建会在一定程度上阻拦长江与鄱阳湖的江湖连通性,湖区水流情势将发生改变。本研究采用有限体积法求解非结构网格下的二维浅水水动力水质模型,根据初定的枢纽工程水位调度方案,研究典型丰枯水年湖区水动力与水质条件变化。结果表明,枢纽工程建成后,丰水年星子站年平均水位抬升1.49 m,枯水年星子站年平均水位抬升1.88 m,枯水年水利枢纽工程对湖泊水位抬升变幅值、流速变幅值和工程影响的持续时间均高于丰水年。工程后丰水年枯水期水面面积增加15.3%,水量增加29.2%,枯水年枯水期水面面积增加22.8%,水量增加54.1%。选用示踪剂模型研究工程后湖区物质输运条件的改变,发现湖区物质输运过程明显减慢。典型丰水年水力滞留时间增幅为1~2 d,典型枯水年水力滞留时间增幅2~9 d;典型丰水年示踪剂传输时间增加值1~9 d,典型枯水年示踪剂传输时间增加值1~20 d。     

调节鄱阳湖枯水位 维护江湖健康

2003年以来,鄱阳湖枯水期水位连创新低,持续时间延长,导致水质恶化、湿地生态系统遭受破坏、候鸟栖息地受到威胁;生产生活用水、农田灌溉、航运和水产捕捞受到严重影响．为了改变鄱阳湖枯水期持续处于低水位状态,确保江湖水系健康,提出了鄱阳湖枯水调节的基本原则：改善生态环境为主要目的,调枯不调洪;从整体出发,做到江湖两利;以简单工程进行调节,趋利避害;保持工程运用的灵活性,实施适应性管理．同时,规划了鄱阳湖枯水调节工程的地点、规模和运行方式．作为一个以保护和改善生态环境为主的水利工程,其具有改善水环境、保护水生态、维护水安全,保护鄱阳湖湿地的生态环境及确保候鸟越冬条件,缓解长江下游枯水期低水位状态和促进湖区经济社会发展等方面的效益．     

鄱阳湖湿地植被秋冬季变化多源遥感监测分析

近年来,鄱阳湖枯水期水位连创新低,湖区湿地环境有退化的趋势。为了分析鄱阳湖湿地不同类型土地在不同季节的变化情况,通过收集2003~2009年间60多幅景湖区MODIS、Landsat TM清晰无云遥感图片,对湿地植被变化情况进行了监测分析,提出了湿地植被地类的识别和分类计算方法,计算出2009年各月鄱阳湖区植被面积,首次重点分析了2003~2009年汛期过后的秋冬季（10~12月份）湖区湿地植被多年变化规律,并对湖区11月份植被群落进行了分类和初步识别,分析出各群落的变化趋势及其与水位的关系。     

长江干流九江段与鄱阳湖不同季节的同位素特征

为了分析不同时期鄱阳湖与长江及其他各条河流的关系,初步探讨三峡水库运行对鄱阳湖水量的影响,对九江段长江干流、鄱阳湖地区河水、湖水进行了采样和氘氧稳定同位素分析。结果表明:水体同位素存在明显的时间和空间变化,可用于揭示湖泊与河流之间的关系。三峡补水调度过程能有效减少鄱阳湖春季的水量流失,4月份鄱阳湖流域已进入雨季,大量内河来水导致鄱阳湖水以较大的流量向长江补给;调洪削峰调度阶段,较高的长江水位对鄱阳湖存在一定的顶托作用,导致湖水难以排泄;三峡蓄水过程引起的长江水位降低加速了枯水期鄱阳湖水的流失。三峡水库的调度需要考虑到鄱阳湖流域水情,以免加重该流域丰水期的洪涝灾害和枯水期的水资源短缺。     

基于稳定碳同位素比的植物水分利用效率分析——以鄱阳湖湿地为例

植物水分利用效率是表征植物生长状态的一个综合性生理生态指标,对植物水分利用效率的研究有助于揭示变化条件下植物对环境的适应能力。通过在鄱阳湖湿地上布设的3个断面,测定了典型植物样品的稳定碳同位素比δ~(13)C以及断面土壤组成,探究了植物水分利用效率的变化规律。研究结果表明:鄱阳湖湿地植物的δ~(13)C值差异较为明显,变化范围为-14.302‰~-33.134‰,δ~(13)C值的大小可以作为鄱阳湖湿地植物水分利用效率的表征指标;植物类型和土壤水分含量是影响植物水分利用效率的重要因素;鄱阳湖湿地内南荻的δ~(13)C值最大,属C4植物,具有较高的水分利用效率,在水分胁迫条件下更容易生存下来,从而发育为鄱阳湖地区的优势植物种群。研究结论对变化环境下鄱阳湖湿地植被的演变趋势研究具有一定的参考价值。     

三峡枢纽运用后鄱阳湖的水位变化特性分析

为了探究三峡水库运用前后鄱阳湖水位的变化特性,分析了湖口、星子、都昌、棠荫和康山5个水文站1964-2016年的水文资料。研究结果表明:除湖口站的年最低水位为显著增大的变化趋势外,其余4站的年最高水位、年最低水位及年平均水位以及湖口站年最高水位和年平均水位均为下降的变化趋势;鄱阳湖枯水期10月份水位变幅最大,从10月至次年3月枯水水位变幅递减,除湖口站外,其余4站3月水位变幅最小;枯水期鄱阳湖区的水位变化幅度呈北高南低的状态,12月至次年3月,星子站的月均水位变化幅度小于都昌站的月均水位变化幅度,枯季湖口水位较建库前有所抬高;鄱阳湖枯水时间延长,平均延长了41 d,枯水出现时间呈波动提前的趋势。     

三峡工程与两湖河川径流丰枯遭遇研究

基于多种常用的统计技术对三峡工程坝址控制站与两湖入湖控制站天然径流序列进行趋势诊断,识别了其变化趋势;采用多种拟合精度评价方法,从构建的多种边缘分布和Copula联合分布模型中优选出拟合精度较高的模型,计算分析三峡工程与两湖天然径流量丰枯遭遇概率及其变化规律。研究表明:三峡工程坝址控制站径流量呈现不显著下降趋势,两湖入湖控制站径流量呈现不显著增大趋势;三峡工程与鄱阳湖丰枯遭遇概率较洞庭湖略大,全年期三峡工程与洞庭湖、鄱阳湖遭遇同丰同枯概率较汛期、非汛期要大,同丰概率分别为42.10%和44.71%,同枯概率分别为11.74%和16.62%。研究成果可为三峡水库供水调度研究提供理论参考。     

鄱阳湖与长江关系及三峡蓄水的影响

通过机理研究,结合实测资料分析,说明了鄱阳湖河相与湖相的分界水位,阐明了长江干流来流对湖口出流的顶托作用,并给出了湖口出现倒流的条件,得到了鄱阳湖对洪水的调节作用系数,初步理清了鄱阳湖与长江干流江湖相互影响规律。分析了三峡水库蓄水期的影响及鄱阳湖的枯水特性。三峡水库运用初期,其蓄水的前半段时间,鄱阳湖向长江干流多补水量23亿m3,后半段少补水量11亿m3。三峡水库运用30年后,在河道冲刷、可补水量减少和蓄水的共同作用下,鄱阳湖的枯水季节相当于提前了1个月左右。本研究对认识江湖关系及鄱阳湖治理具有重要意义。     

鄱阳湖湿地典型植被对关键水文要素的响应规律研究

为了揭示鄱阳湖湿地植被对关键水文要素的响应规律,综合运用EFDC水动力学模型和高斯模型,建立了湿地植被分布面积对淹没水深、淹没时长和退水时间的响应关系,明确湿地植被对关键水文要素的生态需求。结果表明:鄱阳湖湿地典型植被对这3种关键水文要素的生态阈值点由小到大依次均表现为:芦苇苔草虉草蓼子草,从而形成了芦苇、苔草、虉草和蓼子草由高到低的空间分布格局;苔草的生态幅宽最大,表明其对生境的适宜范围最广、适应能力最强,从而使得其在鄱阳湖的分布范围最广。