鄱阳湖主湖区与碟形湖水位变化及其对水质的影响

水位作为鄱阳湖重要的水文因子,对鄱阳湖水动力过程和水质变化具有重要影响。根据2014~2015年鄱阳湖主湖区和碟形湖水位、水质监测数据,分析了主湖区和碟形湖水位及主要水质指标的年内变化特征,阐述了主湖区和碟形湖水质对水位的响应特征。结果表明:(1)丰水期碟形湖与主湖区联通,碟形湖水位与主湖区水位呈直线型相关,枯水期碟形湖水位高于主湖区,主湖区年内月平均水位变异系数为0.13,而碟形湖年内月平均水位变异系数为0.08;(2)丰水期,主湖区和碟形湖的氮磷比分别为19.29和46.27,枯水期主湖区和碟形湖水体的氮磷比分别为17.88和40.39;(3)鄱阳湖主湖区水质主要指标与水位的相关性显著强于碟形湖,主湖区总氮、氨氮、总磷和溶解氧均与水位呈负相关性,而碟形湖中只有p H与水位有相关性;(4)枯水季节,碟形湖水体具有较高的总氮,而鄱阳湖主湖区则具有较高的总磷和氨氮。总之,枯水期进行合理的水位调控能够有效降低富营养化风险。     

近35a长江中游大型通江湖泊季节性水情变化规律研究

长江中游自然通江的洞庭湖和鄱阳湖,在长期的季风气候以及江湖交互作用下形成了相对稳定的涨-丰-退-枯季节性水位波动模式。近几十年来,受水利工程及气候变化的双重影响,两湖季节性水情均发生了显著改变。揭示和对比两湖季节性水位波动近年来的变化趋势及强度并分析其形成的可能原因,对于指导两湖地区的湖泊管理与实践,理解长江中游江湖关系演变现状具有重要意义。基于此,以2003年为断点(即1980~2002年与2003~2014年两时段),首先通过湖区多站点水文要素的单因素方差分析揭示两湖各自的季节性水情变化特征;然后通过两湖季节性水情变化状况的对比,分析长江中游大型通江湖泊水情变化的规律及其形成原因。得出的主要结论如下:(1)2003年后,涨水期和枯水期的两湖水情均呈偏枯趋势,且水位降幅均在由上游到中游的过程中扩大,由中游到下游的过程中减小,甚至涨水和枯水期的洞庭湖下游湖区还出现了水位的小幅抬升。(2)2003年后,丰水期和退水期的洞庭湖偏枯趋势呈现不同的空间分异,丰水期的洞庭湖水位下降程度在上、中游湖区更为剧烈,而退水期的水位下降程度在中、下游湖区更为剧烈。与此同时段的鄱阳湖偏枯趋势在丰水期和退水期均在由上游至下游的过程中增加。(3)2003年后的洞庭湖水位降幅在各个季节各个湖区均显著小于位于其下游的鄱阳湖。江湖关系对两湖及其不同湖区的作用方式和强度的差异是造成两湖季节性水情演变差异的主要原因。     

鄱阳湖蓝藻时空分布特征及其驱动因子研究

富营养化引起的局部水体蓝藻水华问题给鄱阳湖水生态环境保护带来挑战。为弄清鄱阳湖蓝藻时空分布特征及其影响因素,于2019～2020年对鄱阳湖蓝藻进行了现场监测,并通过冗余分析(RDA),探讨了影响蓝藻时空分布的主要驱动因子。结果表明：调查期间,共检出浮游植物7门128种,其中蓝藻15种,占总种类数量的11.72%,蓝藻种类数呈丰水期>平水期>枯水期,主湖区>入江水道>东湖区的分布规律。蓝藻细胞密度为0～2.19×10⁷ cells/L,各点位蓝藻占比为0%～83.98%,其中蓝藻细胞密度主湖区>东部湖区>入江水道,丰水期>平水期>枯水期,2020年>2019年。假鱼腥藻(Pseudanabaena sp.)为东部湖区蓝藻优势种,微囊藻(Microcystis sp.)、假鱼腥藻为主湖区和入江水道蓝藻优势种。水温(T)、悬浮物(SS)、高锰酸盐指数(COD_Mn)、风速(VW)是主湖区蓝藻群落分布的主要影响因子,特殊的湖流和风场也是影响该湖区蓝藻分布格局的重要因素;透明度(SD)、SS和COD<...     

鄱阳湖水位-淹水面积关系不确定性的分析

湖泊淹水范围的时空变化特征往往决定了湖泊湿地的景观结构和功能。鄱阳湖是我国最大淡水湖,水位和淹水范围的季节变化悬殊,鄱阳湖淹水特征对研究鄱阳湖湿地生态系统的结构与功能都具有显著意义,过去很多研究关注鄱阳湖水位-淹水面积关系,不同的研究者得到的水位-淹水面积关系各有差异,表现出一定的不确定性。利用多时相的卫星遥感影像提取的鄱阳湖水面面积的基础上,结合鄱阳湖长时间序列的水位观测资料,探讨鄱阳湖水位-淹水面积关系不确定的原因。研究结果表明:(1)尽管鄱阳湖水面面积与水位表现分段线性关系,但在相同水位条件下,鄱阳湖水面面积表现出较大的不确定性;(2)鄱阳湖水位表现南高北低的空间异质性格局,随着水位增加,鄱阳湖水位的空间异质性降低,并且水面坡降具有季相性,相同水位下退水期的水面坡降大于涨水期的水面坡降;(3)受洲滩地形和"堑秋湖"渔业方式的影响,相同水位下退水期出露洲滩中子湖泊的水面范围大于涨水期中子湖泊水面范围;(4)此外,鄱阳湖采砂显著改变采沙场的湖盆地形,从而改变低水位下的主要采沙场的淹水范围。综上所述,鄱阳湖水位-淹水面积关系的不确定性除了受湖盆地形、"五河"来水、长江顶托等自然原因,还有采砂和堑秋湖渔业方式等人类活动的原因。     

鄱阳湖区氮磷污染物分布、转移和削减特征

根据入湖污染负荷监测、调查资料和不同水文条件下流场-水质同步监测资料,应用数理统计方法,研究了鄱阳湖氮磷营养物质分布、转移和削减特征。研究结果显示:(1)总磷、总氮是影响鄱阳湖水环境质量的主要污染物,入湖污染负荷与入湖径流水量紧密正相关。(2)鄱阳湖换水周期短,水流更换频繁,氮磷污染物在湖区不会充分混合;氮磷超标水域随着水体流动,逐步向下游转移、扩散;湖水位处于消落状态,通江水道部分水域氮磷浓度超标。(3)湖相状态水环境比河相好,湖相状态一般不会出现大面积的总氮和总磷同时超标。(4)鄱阳湖水环境勉强维持Ⅲ类标准,如果出现损害环境的人类活动,脆弱的水环境将会恶化。针对这些特征提出了保护鄱阳湖"一湖清水"的对策建议。     

应用生态系统方法研究鄱阳湖枯水调节

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，利用生态系统方法，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，初步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和候鸟越冬条件，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。     

东洞庭湖湿地生态水位阈值研究

水位是湖泊湿地水文情势和生态系统健康的关键指标,如何确定适宜生态水位阈值是确保湖泊湿地健康的关键.以东洞庭湖城陵矶站和鹿角站突变前水位过程(1959～1978年逐日水位资料)为基准期,采用RVA法、年内展布法和数理统计的方法建立了东洞庭湖适宜生态水位过程.结果 表明:(1) RVA法计算逐月生态水位阈值的波动范围均值是2.18 m,而年内展布法计算逐月生态水位阈值的波动范围均值是5.12m,水位波动较大,对于东洞庭湖适宜生态水位来说,RVA法计算生态水位的波动范围更有利于维持湿地植物群落健康和生物多样性;(2)受湖底高程影响,鹿角站的高低水位发生时间会比城陵矶站提前15 d左右,而高低水位的历时和波动范围以及动植物敏感期(3～6月)的平均水位变化速率并未有显著差别;(3)水位变异后(2003～2016年),东洞庭湖水位大部时间处于生态水位阈值内,只需要对不满足生态水位的消落期采取调整措施,鹿角站和城陵矶站年均水位差距减少0.46 m,洞庭湖的水动力系统减弱,给洞庭湖生态健康带来了消极的负面影响.研究可为东洞庭湖生态水位和三峡及上游电站联合调度提供依据.     

洪泛湖泊水位-流量关系的非线性特征分析

湖泊的水位-流量关系是湖泊水文特性的重要表征。该关系与湖盆形态、湖泊与周围水系的水力联系等因素有关。鄱阳湖是长江中游的大型通江湖泊,洪泛特征显著。本文以鄱阳湖为例,研究洪泛湖泊入湖流量-湖泊水位关系及非线性特征。基于1960~2010年实测湖泊日水位和流域日径流数据,采用交叉小波和小波相干方法分析多时间尺度上水位对入湖流量的响应关系。结果表明,鄱阳湖入湖流量-湖泊水位关系存在3个特征阶段:阶段1中,入湖流量与湖泊水位相位差从0°过渡到45°~90°,水位上升初期与流量同步上升,后期水位对流量的响应产生迟滞效应,滞后时间为2~9d;阶段2中,入湖流量与湖泊水位相位差在90°左右波动,入湖流量率先下降,湖泊水位却保持缓慢上升;阶段3中,入湖流量与湖泊水位的相位变化与阶段1相反,从45°~90°过渡到0°,湖泊水位与入湖流量下降逐渐变为同步。本文提出鄱阳湖入湖流量-湖泊水位关系的3个阶段并分析其产生的主要原因,概化其水文特征,对通江洪泛湖泊的水文特征有新的认识,为下一步湖泊水文过程的刻画与模拟提供重要理论基础。     

近50年鄱阳湖水位变化特征研究

基于鄱阳湖棠荫水文站近50 a(1962～2012年)水位资料，采用Mann Kendall法和最大熵谱法分析鄱阳湖湖区水位的演变趋势和周期性。研究表明：(1)年平均水位、年最高水位没有显著变化趋势，年最低水位具有显著下降趋势；(2)年平均水位、年最高水位的突变点为2005年，突变后期转为微弱下降趋势，年最低水位的突变点为2003和2005年，突变后期下降速度加快；(3）年平均水位以25~26 a为第一主周期，6~7 a为次主周期，11 a、12 a、16 a年为第三主周期，年最高水位以19 a为主周期，年最低水位以6 a为第一主周期，16 a为次主周期;(4）未来10 a内鄱阳湖水资源量并无显著衰减趋势，洪水位并无上升趋势，年最低水位持续走低，进入枯水时间提前，枯水持续时间延长     

鄱阳湖流域分布式水文模型的多目标参数率定

以鄱阳湖流域为研究区,构建其分布式水文模型WATLAC。以鄱阳湖流域6个水文站点2000～2005年河道径流量及地下水基流指数为多目标函数来优化耦合模型,采用PEST进行WATLAC模型参数自动率定。结果表明：6个水文站点拟合的纳希效率系数变化范围为071～084,确定性系数介于070～088,取得较好的模拟效果。基于遥感反演的实际蒸散发结果进一步验证模型,模拟值和遥感反演值在时间和空间上的变化趋势呈现较好一致性。基于地下水位及流场特征模拟效果的定性评价,表明地下水位模拟空间趋势性较好,水位与地面高程的空间变化一致,地下水主要以下游平原区和河道为主要排泄区,符合大尺度流域地下水流运动基本规律和评估结果。所提出的多目标率定方法及率定技术应用于大尺度鄱阳湖流域,也为其它水文模型在相似区域的连续模拟及参数率定方面提供借鉴。〖HJ1〗〖HJ〗     

基于BP神经网络的鄱阳湖水位模拟

考虑到鄱阳湖水位受流域五河与长江来水等多因素的共同作用而表现出高度非线性响应,采用典型的三层BPNN神经网络模型来模拟鄱阳湖水位与其主控因子之间的响应关系。分别将湖口、星子、都昌、棠荫和康山水位作为目标变量进行BPNN模型构建和适用性评估。结果显示：综合考虑流域五河及长江来水（汉口或九江）的BPNN水位模型,空间站点水位模拟精度（R2和Ens）可达090以上,各站点的均方根误差（RMSE）变化范围约050～10 m,若忽略长江来水的影响作用,仅将流域五河来水作为湖泊水位的主控影响因子,模型训练期与测试期的纳希效率系数（Ens）和确定性系数（R2）显著降低,且低于050,均方根误差（RMSE）也明显增大（124～288 m）,意味着综合考虑流域五河与长江来水是获取结构合理、精度保证的鄱阳湖水位模型的重要前提。同时建议针对鄱阳湖湖盆变化对水位的影响,尽可能选择一致性较好的长序列数据集来训练和测试BPNN模型。所构建的BPNN神经网络模型可进一步结合流域水文模型,用来预测气候变化与人类活动下流域径流变化对湖泊水位的潜在影响,也可作为一种有效的模型工具来回答当前鄱阳湖一些备受关注的热点问题,如定量区分流域五河与长江来水对湖泊洪枯水位的贡献分量,为湖泊洪涝灾害的防治和对策制定提供科学依据     

鄱阳湖出流水质2004~2014年变化及其对水位变化的响应:对水质监测频率的启示

通过对鄱阳湖湖口2004~2014年以周为单位的水质指标，包括溶解氧（DO），氨氮（NH₄⁺-N）和高锰酸盐指数（COD_Mn）的变化特征及其与水位响应关系进行分析，并对合理的监测频率进行了探讨。结果表明：（1）就DO，NH₄⁺-N和COD_Mn而言，鄱阳湖出湖水质在2004~2014年没有显著恶化的趋势，然而在年内呈现明显的周期性变化，其浓度与湖泊水位波动有较显著的负相关性（p<0.01），相关系数分别达到-0.63，-0.67和-0.36；（2）考虑水质指标在湖相状态与河相状态存在显著的差异（p<0.01），概率密度分布曲线进一步表明，在鄱阳湖呈湖相时，湖口NH₄⁺-N浓度小于0.25 mg/L的概率为93%，而在河相时仅为32.8%。DO与COD_Mn浓度在河湖相的特征与NH₄⁺-N相似。因此，在湖相状态下，鄱阳湖出流水质良好的概率更大，而高水位下的稀释作用可能是影响湖泊年内变化的主要控制因素；（3）时间序列分析表明DO，NH₄⁺-N和COD_Mn存在明显的自相关性，1~2月一次的监测频率基本能够准确的描述NH₄⁺-N和DO的动态变化特征，而COD_Mn仍需要1~2周一次的监测，从而避免过多的损失动态信息。能够为将来更深入的研究湖泊水情与水质定量关系提供基础和思路，从而为湖泊水环境管理和调控提供对策和建议。     

基于环境同位素的鄱阳湖与长江关系变化解析

在气候变化和三峡工程调节的双重影响下,长江中下游通江湖泊江湖关系发生显著改变,而最大的通江湖泊—鄱阳湖—水情的变化及其引发的一系列生态和环境问题受到了高度重视和关注。为了揭示不同时期鄱阳湖与长江间的江湖关系,并初步分析三峡运行对鄱阳湖水情的影响,通过对鄱阳湖北部通江水道湖水、降水和九江段长江干流水同位素特征进行调查并探讨长江水与湖水同位素联系。结果表明:湖水、降水和长江水中δ~(18)O和δ~2H值存在明显的季节和空间变化,可用于揭示湖泊与长江间的关系。在三峡调洪削峰期(7月)湖水δ~(18)O和δ~2H值明显要高于长江水,且湖水主要以外排形式补给长江为主,其比例达75%;在三峡蓄水期(10月)长江水位高于湖口水位,从鄱阳湖出口到老爷庙湖水与长江水同位素值具有较高的相似性,表明了此水域受长江水倒灌影响;而在三峡蓄水期(11和12月)湖水同位素值偏大说明了其受到一定较强的蒸发富集影响。三峡水库运行明显改变了长江水位和流量,进而影响了鄱阳湖与长江的补排关系,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。因此,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。     

鄱阳湖区地下水位动态及其与湖水侧向水力联系分析

基于野外定点监测数据,运用统计学方法解析鄱阳湖区地下水位年内分布特征和动态变化,辨析湖水和典型区地下水之间的侧向水力联系与程度。统计结果表明,不同洲滩地下水埋深变化范围约–8.1~–0.1 m,洲滩地下水和湖水在6~9月份保持完全水力连通。湖水位和洲滩地下水位动态变化呈现高度一致性,表明了洲滩地下水和湖水具有密切的侧向水力联系。湖岸带不同典型区的地下水埋深变化范围介于–10~–2.2 m。湖岸带地下水位与湖水位并不具有日时间尺度变化上的高度一致性,但两者却很好呈现了月尺度上的较好一致性,表明了湖岸带地下水与湖水之间具有一定的相互关系和水力联系。小波分析得出,湖水位和洲滩、湖岸带不同典型区的地下水位均在60 d尺度的周期上存在着极大可能的显著相关,总体上两者呈正相关关系变化,表明湖水和洲滩地下水具有密切的水力联系,但与湖岸带地下水的侧向水力联系可能体现在个别典型时段。为今后鄱阳湖地下水方面的相关研究奠定基础,也为鄱阳湖湿地生态环境保护、水资源评价等方面提供科学依据和参考。     

鄱阳湖湿地现状问题与未来趋势

近年来鄱阳湖秋冬季水文呈干枯态势,湿地生态系统及其关键因子也发生了变化。如何合理保护和利用鄱阳湖湿地引起各方关注。系统综述了鄱阳湖湿地生态系统在水文、江湖关系、水质、水鸟栖息地、渔业资源等方面存在的问题,梳理了引起这些问题的外部和内部因素。针对"一切照常"和"水位调控"两种情景,预测了湿地未来的变化趋势,并指出了当前研究中的不确定性问题。研究认为:鄱阳湖秋冬季的低枯水位,对水质、湿地植被、水鸟栖息地以及鱼类食物资源和"三场"(即:产卵场、洄游通道、索饵场)产生了一定不利影响。建议通过模型模拟和情景预测来分析不同调控方案的影响效果,优化调控方案、将生态系统的负面影响降到最低。     

基于遥感技术的鄱阳湖-长江水体清浊倒置现象的分析

长期以来，在鄱阳湖和长江的交汇处，江水混浊而湖水清澈，然而，近年来江水清澈而湖水混浊。这种鄱阳湖 长江清浊倒置现象引起了广泛的关注，但鲜有研究人员系统分析这种现象的成因。借助中分辨率成像光谱仪（MODIS）和Landsat影像分析这种清浊倒置现象的起始时间和成因。基于MODIS影像反演的鄱阳湖和长江水体透明度显示在2004年以前鄱阳湖北部的水体透明度明显高于长江，而在2005和2006年长江水体透明度高于鄱阳湖北部，出现清浊倒置现象；同期鄱阳湖北部和长江水体透明度对比分析发现这种水体清浊倒置现象受长江水体透明度增加和鄱阳湖水体透明度下降的双重影响，但鄱阳湖北部水体透明度的变化在其中扮演主要角色；由Landsa影像识别的采（运）砂船数量及其与鄱阳湖北部水体透明度关系的分析表明，自2001年开始的鄱阳湖北部的采砂活动引起此区域水体透明度的显著下降.     

基于实测数据与遥感影像的鄱阳湖水体光学分类

鄱阳湖是我国最大的淡水湖泊,受季风气候影响其水体空间动态变化大,且广阔的水域内部差异也较大,因此湖泊水体光学分类对反演湖泊水质参数及监测湖泊水质有着重要意义。以鄱阳湖为研究区,根据实测的反射光谱数据形态特征将鄱阳湖的水体分为4类:特别浑浊、中等浑浊、轻度浑浊和清水区,并分别对每一类结果进行分析。考虑到实测光谱数据局限于湖区某些离散点的情况,不足以观测整个鄱阳湖区域内所有不同水体类型的空间分布和动态变化,从而将该方法利用于遥感影像以便观测整个湖区水体类型。在Landsat OLI遥感影像上任意选取采样点,根据其波谱形态建立基于斜率的分类算法,并应用决策树模型把鄱阳湖水体分为5类:特别浑浊、中等浑浊、轻度浑浊、清水区和特别清澈,影像的分类结果图与实地考察的情况相一致。把模型应用于其他时期的遥感影像进行鄱阳湖水体分类,对比影像的分类结果图表明:2002、2005和2009年鄱阳湖区分别出现3种、4种和4种不同的水体类型,且水体浑浊范围呈现出动态变化。研究表明水体光学类型分类可以更好的监测湖泊水质的时空变异性。