西藏近25 a湖泊变迁及其驱动力分析

作为全球气候变化敏感区,分析气候变暖与经济发展背景下西藏湖面动态变化,对揭示区域环境演变特征与规律具有重要意义。基于1990—2015年Landsat遥感影像获取湖泊水域边界信息,分析近25 a西藏湖泊的时空分布及变化特征,结合气候因素与人为因素变化特征分析湖泊变化的主要驱动力,及湖泊变迁对气候的响应。结果表明:近25 a,西藏新增湖泊261个,总面积从24 161.1 km²增加到了30 549.2 km²。时间上,流域内湖泊总面积1990—1995年严重萎缩,1996—2006年迅速扩张,2007—2013年湖泊扩张速度减缓,降雨量、气温、蒸散发的变化趋势较好地反映了湖泊由萎缩到扩张的变化原因。空间上,不同地区湖泊变迁存在明显的空间差异:西藏中部地区温度和蒸散发相对较低,降雨量较大,湖泊面积扩张迅速;西藏北部地区温度偏高,降雨量少,蒸散发大,但温度升高加速冰川冻土融化成为湖泊扩张的可能因素;喜马拉雅山脉温度较高,蒸发量远大于降雨量,导致湖泊萎缩。人类活动加剧了当地对湖泊等水资源的需求,湖泊却呈扩张趋势,说明西藏地区的湖泊变迁主要受到气候因素的驱动。     

鄂尔多斯湖泊时空变化规律及影响因子分析

利用Landsat数据、Modis数据,分别提取了1980年、1990年、2000年、2008年鄂尔多斯地区湖泊的水体指数与植被指数,统计了不同年代各湖泊的水面面积并分析了湖泊面积变化的原因。结果表明:鄂尔多斯地区湖泊总面积由1980年的297 km2萎缩至2008年的136 km2,萎缩了54%;湖泊萎缩率与海拔高度关系密切,高海拔区域湖泊的萎缩率较高,而地势低洼区域湖泊的萎缩率较低;湖泊萎缩影响因素有降水量减少、人类活动和植被指数增大等,其中植被指数的增大可能是最重要的影响因素。     

1985- 2015 年吉林省湖泊资源演化的时空动态特征

利用 Landsat 遥感影像, 采用面向对象分类法, 获取 30 年( 1985- 2015) 序列的吉林省湖泊空间分布图。基于 GIS 通过时间动态度指数、空间分布矢量密度指数以及多个景观指数对湖泊演变的时空动态特征进行系统分析。 结果表明: 30 年间吉林省湖泊面积总体呈萎缩趋势, 面积由2 667.12 km2 减少到2 131. 25 km2 , 湖泊数量减少了 72 个, 减少比例为 13. 74% ; 吉林省湖泊资源以小型湖泊( 0~ < 10 km2 ) 为主, 占比超过 90% , 30 年间不同面积等级的湖泊数量均有所减少, 其中小型湖泊减少了 63 个, 占 13.04% ; 空间分布矢量密度显示吉林省湖泊资源的分布呈现显著的分区特点, 其中东部湖泊资源稀少且密度指数最低, 湖泊数量增加了 10.39% , 但总体面积减少了 10.83 km2 ; 西部湖泊资源丰富, 以小型湖泊为主, 30 年间湖泊数量和面积均显著减少, 面积减少 266.85 km2 , 数量减少 25. 54% , 中部湖泊资源变化波动较大, 面积总体减少 237. 75 km2 , 数量减少 5. 33% 。     

柴达木盆地湖泊天然生态水文特性辨识

针对柴达木盆地内盐湖资源开发布局与生态空间矛盾日渐突出的问题,以柴达木盆地那棱格勒河尾闾湖泊东、西台吉乃尔湖为例,基于长序列遥感影像及气候观测数据,结合水量平衡等方法进行湖泊天然生态水文特性辨识。结果表明：东台吉乃尔湖以2.19 km²/a的速率呈扩张趋势,湖面积为180～220 km²,西台吉乃尔湖以3.50 km²/a的速率缩小,湖面积为130～140 km²;水量减小时,东台吉乃尔湖以原有形态向内缩小,西台吉乃尔湖从近似三角形形态萎缩至椭圆形,由于地形和上游来水路径的原因,两湖的湖岸线主要在湖西南侧和西北侧发生变化;对长序列湖泊面积变化做累积频率曲线,确定湖泊面积保证率,选取25%、50%、75%和90%的保证率,可识别天然状态的湖泊面积、湖容及空间形态。     

近40年来中国西北内陆5个典型湖泊面积变化遥感分析

在全球气候变暖的背景下,研究中国西北内陆地区湖泊的面积变化不仅对水资源管理和可持续发展战略有着重要意义,也为评价气候变化与人类活动对湖泊的影响提供参考。以中国西北内陆区5个典型湖泊为研究对象,利用1970-2015年的Landsat MSS/TM/ETM+/OLI影像数据,利用归一化差异水体指数(Normalized Difference Water Index,NDWI)和改进型归一化差异水体指数(Modified Normalized Difference Water Index,MNDWI)分别提取5个典型湖泊边界并获取湖泊面积,同时利用5个典型湖泊周边的气象站降雨量、蒸发量等气象数据,尝试分析湖泊面积发生变化的原因。结果表明:红碱淖近30年来面积呈减小趋势,入湖河流拦蓄和煤炭地下开采等是导致面积减少的原因;博斯腾湖近40年来的面积呈先增加后减少的趋势,其面积变化主要受地表径流和积雪融水的影响;呼伦湖近40年来面积呈减少的趋势,其面积变化主要受入湖径流量的影响;贝尔湖近30年来呈相对稳定的趋势,其面积变化主要入湖径流量的影响;青海湖近40年来面积呈现先减小后增大的趋势,其面积变化主要受区域降水和入湖径流量的影响。     

1986—2019年哈拉湖面积动态变化及其成因分析

湖泊面积的动态监测不仅有利于分析区域气候变化的情景,而且还能为区域水资源评估等带来可靠的数据源。利用1986—2019年的多源卫星资料,提取了哈拉湖水体面积,并结合哈拉湖周边德令哈和托勒2个气象台站观测资料,对哈拉湖近36年湖泊年代际、年际及年内动态变化及其成因进行了分析。结果表明:1980s至2010s哈拉湖面积呈现先减小后增大趋势,其中20世纪90年代平均面积最小,2010年以来哈拉湖年平均面积最大;1986—2019年哈拉湖面积呈现先减小后增大的趋势,1986—2001年湖泊面积呈缓慢下降趋势,2002—2019年湖泊呈扩张趋势;从年内变化来看,近3年来,1—12月湖泊面积呈先减小后增大趋势,其中,2019年与前两年相比,湖泊面积除4月和12月与2018年大致相当外,其余各月面积均大于前两年,且近3年月面积最大和最小之间的差值分别为10.08、12.52 km~2;此外,哈拉湖湖岸线变化较明显的区域位于哈拉湖东南部和西南部。气象和冰川资料分析表明:1961—2018年哈拉湖地区气候呈增暖增湿趋势,气温上升速率为0.4℃/(10a)(R=0.296),降水增加速率为19.3 mm/(10a)(R=0.562,P0.01)。气候的暖湿化与冰川面积的退缩共同导致了湖泊面积的扩张,但以降水作用为主。     

近20年塔里木河干流生态环境变化遥感监测分析

针对塔里木河流域综合治理后生态环境的变化状况及植被的恢复状况等热点问题,基于遥感时空变化分析方法从土地利用、地表水体和植被覆盖度的时空变化方面分析了近20年来塔里木河干流生态环境的变化状况。结果表明:(1)塔里木河干流土地利用受到人类活动的影响显著,自2000年以来,塔里木河干流耕地面积增加显著,净增2 229 km~2,草地面积整体下降,萎缩3 157 km~2;(2)综合治理以来,下游河段2009—2018时段水体出现频率明显高于2000—2008时段,水体出现频率提高约15%;(3)2000年以来,塔里木河流域的植被覆盖度持续增加,特别是下游河段植被覆盖度增加明显,覆盖度增加18%。但中、上游流域的植被覆盖度的增加趋势主要贡献来源于耕地,中上游地区耕地的增加仍会对塔里木河流域的生态保护和恢复造成一定的影响。     

基于湖泊形态及水文特征的洱海最低生态水位确定

最低生态水位的设置有利用湖泊的保护与管理,但过多的生态水位阈值又会给管理增加成本,基于洱海大关邑水位站1952—2020年近69 a水位资料,采用湖泊形态法、实际最低生态水位法、生态耗水量法等3种方法研究洱海湖泊年内最低生态水位动态,并提出最低生态水位设定的时段。通过年内最低生态水位的确定和各月直接计算的生态水位做对比,对洱海水位调控做出评价并提出建议。研究表明：(1)湖泊形态法确定的最低生态水位可以突变点来确定,不一定是单位水位的湖面面积差显著减少;(2)对于最低运行水位的湖泊,在10 a以上均以此运行且无较大生态环境问题的,其已经形成一定的生态平衡,建议采用最低运行水位作为最低生态水位;(3)对于吞吐型湖泊,仅确定1个年生态最低水位是无法满足调度需求,应扩展至存在天然水量消耗的月份,通过计算,确定洱海年最低生态水位为1 964.30 m,确定洱海生态耗水期为11月至次年6月,耗水期各月最低生态水位依次为1 964.66、1 964.67、1 964.59、1 964.65、1 964.56、1 964.50、1 964.46、1 964.30 m。     

基于四种水体指数的艾比湖水面提取及时空变化分析

以Landsat5/7/8系列遥感影像为数据源,利用归一化差异水体指数(Normalized difference water index,NDWI)、改进的归一化差异水体指数(Modified normalized difference water index,MNDWI)、自动水体指数(Automated water extraction index,AWEI)、改进的自动水体指数(Modified automated water extraction index,MAWEI )提取艾比湖水体,建立混淆矩阵对4种水体指数提取结果进行对比分析,利用精度最高指数提取艾比湖面积并通过动态度分析湖泊面积变化趋势,同时对艾比湖面积变化的驱动因素进行分析。结果表明:MAWEI指数精度最高,精度达到95%以上,Kappa系数＞0.94。2000—2003年期间,艾比湖面积从768.93 km²增加至982.27 km²,湖泊面积增加27.74％、动态度为9.24％;2003—2014年期间,湖泊面积减至447.08 km²,湖泊面积缩减54.48％、动态度为-4.95％;2014—2018年期间,湖泊面积再次增加至852.77 km²,湖泊面积增加90.74%、动态度为22.68％;2018-2020年湖泊面积减至593.79 km²,湖泊面积缩减30.36％、动态度为-15.18％,总的来说近20 a艾比湖面积变化呈现先扩张再退缩的趋势。湖泊面积变化与年均降水量呈正相关,与蒸发量呈负相关,与博尔塔拉河和精河径流量呈正相关。水资源的减少及其周围人口、灌溉面积及生产值持续增长引起经济社会总用水量的激增,对湖泊面积变化产生一定的影响。研究成果对艾比湖生态环境保护有一定参考意义。     

柴达木盆地湖泊水面变化遥感监测分析

利用2000—2008年连续9 a的MODIS卫星遥感影像资料,结合当地气象资料,分析了柴达木盆地湖泊面积变化情况。结果表明:分布在盆地中部的西台吉乃尔湖、东台吉乃尔湖、察尔汗盐湖群、大柴达木湖、小柴达木湖等湖水面积随着近年气温升高有明显的增大趋势,而位于盆地东南端的都兰湖等其他湖水面积受气温影响较小,多年来无明显变化。产生这一现象的原因是,气温持续升高使盆地周边山区冰川积雪融化汇入溪流,补充高山湖泊,湖泊蓄水溢流,汇入了盆地中部湖群。     

湖泊分类体系及综合分区研究与展望

湖滩围垦、围网养殖等开发利用容易引发一系列的生态环境问题,已引起政府和越来越多学者的重视。开展湖泊分类分区研究是推动湖沼科学发展的一项重要基础研究,有助于深化对湖泊形成、发育、演变和消亡全过程的认识;同时也是强化湖泊管理、维护湖泊健康的先决条件。针对湖泊的分类与分区,首先分类阐述了国内外学者对于湖泊概念内涵的不同观点,并在此基础上重新给出了湖泊的定义;其次,重点从湖盆成因、湖泊水文、湖泊所含物质及湖泊-河流关系4个方面剖析了当前湖泊分类体系,进而针对国内外湖泊分区的已有研究成果进行了系统梳理;最后,提出了当前湖泊分类分区研究中存在的不足,并结合我国湖泊保护修复和湖沼学的发展趋势,前瞻了未来的研究方向。     

重建江(河)湖动态联系修复水网生态环境

受围湖造地、污水直排、无序养殖等人为活动的影响,湖北地区的湖泊数量及面积急剧下降,江(河)湖阻隔日趋严重,水系日益破碎,湖泊生态功能日渐萎缩,生物多样性逆向演替.从分析湖北地区湖泊生态水环境的问题入手,讨论了水系网络修复的必要性,提出重建江(河)湖动态联系、修复水网生态环境的理念和方法,同时介绍了武汉市汉阳地区四湖连通水力调度工程和新洲县涨渡湖引水工程两个实例以及所取得的成效.     

1956-2016年黄河流域河川径流演变规律

黄河流域水资源短缺问题突出,深入分析河川径流的演变规律对于流域水资源管理具有重要的指导意义。基于黄河干流上、中、下游不同位置的代表性水文站实测径流,利用Mann-Kendall非参数趋势检验方法分析了1956-2016年期间黄河流域年、月径流的历史演变规律。结果表明:1956-2016年,除源头区年径流变化不显著以外,黄河流域径流呈现出显著的下降趋势,达到了1%的显著性水平。从上游到下游,河川径流下降幅度越来越大,趋势越来越显著。1980-2000和2001-2016年的多年平均入海径流比1956-1979年分别减少了50. 07%和59. 67%。径流演变呈现出3阶段特征,20世纪50、60年代属于丰水期;随后在70至90年代径流持续下降;在2000年以后径流有所回升。除源头区以外,黄河流域的月径流总体呈现减少趋势;上游和中游地区的月径流占年径流的比例枯增丰减;下游地区月径流占年径流的比例在冬季、夏季增大,春季、秋季减小。     

黄河花园口断面近60年来水量变化分析

根据《黄河水资源综合规划》中1956-2000年和《黄河水资源公报》中2001-2015年黄河花园口断面以上区域降水量,断面实测径流量、天然径流量和水资源总量组成的1956-2015年60年系列花园口断面来水数据,分析60年系列来水过程并对比1956-1979年、1956-2000年、1956-2015年、1980-2000年、1980-2015年和2001-2015年系列平均断面以上区域降水量、断面实测径流量、天然径流量、水资源总量数据成果。1956-2015年60年间,花园口以上区域年降水量年际变化不大,其中1980-2000年系列平均降水量相对偏小;花园口断面实测径流量、天然径流量和水资源总量年际变化大且总体渐次减少,临近近期且均值系列最短的2001-2015年,平均实测径流量、天然径流量和水资源总量均为各系列平均最小值。1990年左右以来,经济社会用水量增加、包括退耕、禁牧和矿山开采等带来的下垫面条件改变,已成为花园口断面来水量渐次减少的主要影响因素。     

云南典型高原湖泊富营养化及其生态修复研究

始于70年代末80年代初的湖泊富营养化问题,严重阻碍了云南社会经济发展,继而引起了人们极大地关注。已有的研究从富营养化特征、机制、演化以及生态、工程修复等方面进行了相关探究,其1980—2010年湖泊水体总磷、总氮、透明度、叶绿素、生化需氧量及营养状况指数等均指示和记录了近30年来云南典型高原湖泊富营养化特征及演化过程。在系统总结前人研究成果的基础上、基于云南高原湖泊富营养化的典型性与差异性、富营养化演化及其修复现状的背景下认为:近年来富营养化水体水质好转大多只是季节性或区域性迹象,云南高原湖泊整体上乃处于持续的富营养化和污染状态,部分湖泊因为周边农业用地和建设的扩展已经导致湖泊处于不可恢复状态,抚仙湖、阳宗海等湖泊周边因开发需水量大,导致湖泊水位出现快速下降和湖容大量减少。进一步对云南高原典型富营养化湖泊开展更大时间尺度的研究,特别是湖泊变化机理的研究和趋势预警的升级是今后努力的重点和方向。     

城市浅水湖泊生态系统健康与保护研究

针对我国东部平原地区淡水湖泊资源丰富,且多为中小型浅水湖,受到社会经济快速发展的影响,城市化率高,人类干扰强烈,境内湖泊面临着富营养化、服务功能丧失等生态环境问题,以太湖流域东南部苏州市吴江区的湖泊群为例,在分析浅水湖泊特征的基础上,提出这一类型湖泊生态健康的概念框架,构建湖泊水生态健康评价体系,选择生态因子、环境因子、人类活动干扰与生态建设4个要素共12个指标描述湖泊健康水平,并分析其原因。结果表明:水环境质量的恶化与人类对湖泊资源的粗放式开发是造成湖泊生态功能失衡的主要原因。以评价结果为指导,制定典型湖泊三白荡的生态修复与建设的措施与方法,旨在为湖泊生态系统管理与修复提供科学依据。     

近 30 年鄱阳湖与洞庭湖水文变化与归因

为揭示鄱阳湖和洞庭湖水文特征并综合分析其影响因素对湖泊水资源管理及江湖关系, 以两湖水系统为研究对象, 采用非参数秩次相关检验法( Mann2Kendall M2K) 分析方法和近 30 年两湖2流域2长江水位和流量长序列数据集, 解析湖泊水文变化特征、趋势和程度, 并通过两湖水文的对比来系统分析长江中游大型通江湖泊水文变化规律及其影响因素, 旨在对两湖流域水资源的整体认识和把控, 丰富对江-河-湖复杂水系统作用机制与内涵的深入理解。结果表明: 两湖水位在近 30 年总体上呈“上升-非稳定状态-下降” 3 个变化阶段。2003 年前, 鄱阳湖和洞庭湖水位总体呈上升趋势, 且在 1980- 2000 年间基本处于不稳定的波动状态, 2003 年后两湖水位呈明显的下降趋势。 Mann-Kendall 分析得出: 两湖水位可能在 2005 年左右发生明显突变, 且鄱阳湖和洞庭湖水位与之前相比, 最大降 幅分别可达 9. 4% 和 3. 4% , 表明两湖水位变化的趋势程度存在差异, 鄱阳湖水情变化的敏感程度要强于洞庭湖。 对长江干流的补水期洞庭湖为 4- 10 月, 鄱阳湖为 3- 8 月, 表明两湖对长江干流水文的不同调节补偿作用。     

降水和下垫面对流域径流量影响的定量研究

定量分析降水和下垫面变化对径流的影响,对流域水资源规划管理具有重要的意义。以北京市漫水河流域为研究对象,对漫水河1956-2016年年降水量、天然径流量的变化趋势及突变性进行了分析,以径流变异前1956-1979时间段为基准期,建立降水径流双累积曲线关系,识别与基准期相比不同时期降水和下垫面条件变化对天然径流的贡献率。结果表明:2000年以后流域内耗水、水利工程调蓄水等人类活动的直接影响有所减少,与1956-1979年基准期相比,1990-1999年降水量的影响程度大于下垫面,为63. 9%; 1980-1989、2000-2009、2010-2016年3个时期下垫面对径流量减少的影响程度均大于降水,降水量和下垫面对径流量减少的贡献率分别为44. 9%和55. 1%、47. 9%和52. 1%、44. 5%和55. 5%。     

浅析湖、塘水生态修复措施

湖、塘水环境污染使其丧失了生态功能,为改善湖、塘水生态环境,本文以西湖苑内湖为例,介绍了该工程在水生态修复过程中使用的源头污染控制、水生植物群落修复、本土微生物修复、水体生态系统调控等水生态修复综合集成技术,并据此提出了在今后管理和维护过程中的措施建议,该经验对湖、塘生态修复具有一定的推广借鉴作用。     

城市湖泊生态系统健康评价与修复研究

城市湖泊是城市湿地重要的组成部分,随着我国城市化进程不断地发展,对城市湖泊各种资源的需求日趋加强。在分析城市湖泊特征的基础下,提出了城市湖泊健康的内涵,基于此内涵构建评价指标体系,从自然湖泊状态、人-水关系的健康两方面提出12个指标描述城市湖泊生态系统的健康,并给出各指标的量化标准。以苏州市吴江市潜龙渠为例进行研究,计算表明潜龙渠健康综合指数2011年与2014年分别是0.343和0.582,可见潜龙渠已从"微病态"过渡为"亚健康"状态,湖泊生态环境改善明显,说明该指标体系适用性较强,充分体现城市湖泊的特征,评价结果较为客观,易于推广。评价结果表明,潜龙渠生态修复措施颇有成效,梳理潜龙渠生态修复方案以供其他城市湖泊借鉴,为城市湖泊生态系统的管理、治理提供决策依据与经验。