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。     

长江中游大型通江湖泊湿地景观格局演变特征

鄱阳湖和洞庭湖湿地是长江中游仅有的两个天然通江湖泊湿地,具有不可替代自然和人文价值。近年来,尤其是三峡工程运行以后两湖湿地景观格局发生改变,对区域生态系统平衡和社会经济发展产生重要影响。以Landsat 7为数据源,通过决策树分类及高斯回归的方法定量评估了三峡工程运行前后两湖湿地景观格局的演变特征及其差异性,旨在正确认识大型水利工程的生态效应,为湿地保护与重建提供科学依据。结果表明:2000~2014年,洞庭湖枯水期水位变化不明显。从历史演变特征来看,虽然有少部分植被挤占泥滩和水体,但总体上3种湿地景观类型面积变化不大。相比之下,三峡工程运行后鄱阳湖枯水期水位显著下降,水体面积萎缩近14%,植被面积增加约8%。与2000年相比,2014年鄱阳湖植被分布高程下降了1 m多。不同程度的干旱胁迫是形成两湖湿地景观格局差异性演变特征的主要原因。     

洞庭湖、鄱阳湖白鱀豚和长江江豚的生态学研究

１９９７年至１９９９年对洞庭湖和鄱阳湖的湖区及其支流的白豚和长江江豚的分布、数量和活动规律进行了系统的调查。调查结果表明,白豚已在洞庭湖和鄱阳湖绝迹。长江江豚随着水位的变化,其分布范围、数量和活动规律也随之而变化。长江江豚在洞庭湖的分布范围主要集中在从城陵矾到鲶鱼口一带,其种群数量大致力１００～１５０头。洞庭湖各支流中已看不到江豚的踪迹。在鄱阳湖主要分布在湖口至龙口一带,老爷庙至小矶山是其集中分布区。赣江南北支、抚河下游及康山河在涨水季节也有少量江豚活动。洞庭湖和鄱阳湖大规模的围湖造田,湖区的迅速淤积变浅,大桥的修建,有害渔具渔法的大量使用,船舶数量的大量增加是长江江豚迅速减少的重要原因,两大湖泊中的长江江豚急待保护。     

洞庭湖、鄱阳湖白暨豚和长江江豚的生态学研究

1997年至1999年对洞庭湖和鄱阳湖的湖区及其支流的白暨豚和长江江豚的分布、数量和活动规律进行了系统的调查。调查结果表明,白暨豚已在洞庭湖和鄱阳湖绝迹。长江江豚随着水位的变化,其分布范围、数量和活动规律也随之而变化。长江江豚在洞庭湖的分布范围主要集中在从城陵矶到鲶鱼口一带,其种群数量大致为100－150头。洞庭湖各支流中已看不到江豚的踪迹。在鄱阳湖主要分布在湖口至龙口一带,老爷庙至小矶山是其集中分布区。赣江南北支、抚河及游及康山河在涨水季节也有少量江豚活动。洞庭湖和鄱阳湖大规模的围湖造田,湖区的迅速淤积变浅,大桥的修建,有害渔具渔法的大量使用,船舶数量的大量增加是长江江豚迅速减少的重要原因,两大湖泊中的长江江豚急待保护。     

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。     

三峡工程对两湖的生态影响

长江干流的渔业捕捞量从1954年的43万t下降到2011年的8万t,降幅达81%,而两湖(洞庭湖和鄱阳湖)的渔业捕捞量分别在2~4万t之间波动。三峡大坝对洞庭湖三口径流量的影响有限,但使江水倒灌鄱阳湖的天数和水量进一步降低。长江来水占洞庭湖径流量的30%,而在鄱阳湖中仅有0.1%,因此,对维持长江干流的渔业资源(特别是产漂流性卵鱼类)来说,洞庭湖的重要性远超鄱阳湖。干流渔业资源的衰退主要是江湖阻隔的结果,虽然过度捕捞起到了推波助澜的作用,因此,即使在干流休渔十年,也未必能使长江的渔业资源大幅回升。如果在两湖建闸,长江渔业资源的衰退将会进一步加剧,江豚的灭绝可能难以避免,因此,维持两湖与长江的生态联系,对长江干流生物多样性的维持至关重要。     

洞庭湖近年干旱与三峡蓄水影响分析

季节性水文干旱是洞庭湖近年突出的水情问题,并因三峡影响而倍受关注。基于洞庭湖水文干旱的关注焦点（湿地生态影响）及其与湖泊水情的对应关系,建立了湖泊滩地出露与持续时间为依据的干旱度量指标;并利用水文分析方法,揭示了洞庭湖水文干旱发生的时空特点和水情机制;最后,基于BP神经网络模型获取的三峡水库蓄水对洞庭湖的水位影响量化了三峡水库秋季蓄水对湖区干旱的贡献分量。结果认为：（1）2000年后,洞庭湖的干旱频次明显增多、旱情加重,干旱程度以西洞庭最剧,东洞庭次之,南洞庭最轻;（2）洞庭湖不同湖区干旱成因存在一定差异,其中全湖的春旱基本由洞庭湖流域来水偏少引起,而东洞庭湖秋旱主要由长江来水减少引起,西、南洞庭湖秋旱则由长江和洞庭湖流域来水共同减少形成;（3）三峡水库蓄水对东洞庭湖秋旱起到一定的加重作用,但并非洞庭湖近年干旱的主要因素     

鄱阳湖枯水水位及流速时空分布模拟

大型通江湖泊鄱阳湖水文节律独特,水位和流速是其生态系统功能维持的关键因子。为探究其水位和流速时空特征,基于EFDC(Environmental Fluid Dynamics Code)模型,利用五河及湖口水文数据、气象数据及湖底高程作为输入条件,模拟出鄱阳湖的枯水水文统计年(2010-07-01~2011-06-30)水位和流速时空变化过程。模拟结果表明:(1)星子等4个站点拟合程度较好(r20.85),达到了复杂湖库水动力模拟的精度。(2)高水位期,湖区水位空间分布无明显差异,水深直接受湖底高程影响,自上游至下游呈逐级递增;低水位期,鄱阳湖水位在空间上出现明显差异,湖区外缘水位至入江水道逐级递减,水深分布空间差异不大,仅入江水道处水深明显高于其他水域。(3)流速也包括一系列时空变化特征,如高水位时期流速小于低水位时期;除大水面时期外,深水道流速大于主湖区;高水位时期上游流速略高于下游,但其他月份,北部入江水道流速均大于南部湖区等。(4)流速与水位关系密切,且不同水位对应流速大小及分布有所差异。鄱阳湖枯水水位和流速模拟分析可为大型湖库枯水水情管理提供科学参考和辅助决策支持。     

鄱阳湖洲滩植被健康状态评价及其典型不健康年水文条件分析

在气候变化、人类活动的共同影响下,湿地生态系统退化的形势日益严峻。因此,开展浅水湖泊洲滩植被健康状态评价,探索导致湖泊洲滩植被结构和功能退化的原因具有十分重要的意义。通过构建逐层聚合的指标体系,运用综合健康指数法(EHCI)对鄱阳湖洲滩植被健康状态进行评价;并通过不健康年份湖泊水情与多年平均湖泊水情的对比,揭示对洲滩植物健康状态影响最为显著的湖泊水情。主要结论如下:(1)1989~2010年春季,鄱阳湖洲滩植被处于健康和亚健康状态的年份约占总体的80%,不健康年份约占总体的20%;同时段的秋季,鄱阳湖洲滩植被在健康和亚健康状态的年份约占总体的85%,不健康年份约占总体的15%。1989~2010年,鄱阳湖年均洲滩植被健康状态均在健康与亚健康之间,无不健康年份。鄱阳湖洲滩植被健康状态在年尺度上表现出比单一季节更好的稳定性。(2)涨水期水情是影响鄱阳湖春季洲滩植被健康状态的主要水文要素。1989~2010年春,鄱阳湖洲滩植被不健康年份发生在典型的春旱年份2005年和典型的春涝年份2010年。丰水期水情是影响鄱阳湖秋季洲滩植被健康状态的主要水文要素。1989~2010年秋,鄱阳湖洲滩植被不健康年份出现在典型的丰水期高水情年份1999年和典型的丰水期低水情年份2001年。就鄱阳湖年均水位波动状况而言,其具有比单一季节水位波动更好的稳定性,因此导致鄱阳湖洲滩植被全年的总体健康状态比单一季节具有更好的稳定性。本研究结果对于科学的认识鄱阳湖洲滩植被现状及其变化原因具有重要的现实意义,也为鄱阳湖洲滩湿地管理、生态修复及工程决策提供了重要的科学依据。     

太湖生态修复治理工程

太湖是我国第三大淡水湖泊 ,也是流域的重要水体。近年来 ,随着人口的增长 ,经济高速发展 ,人为社会经济活动影响 ,水资源系统受到很大冲击 ,水质变劣 ,湖体营养过程加剧 ,生态环境受到明显损害 ,制约了流域社会经济的可持续发展。要实现流域水资源的可持续利用 ,必须加快水污染综合治理。除陆域实施严格的达标治理、河网水质调控 ,农业面源及生活污水治理外 ,太湖湖体生态修复和富营养化治理已为当务之急。目前应尽早实施 :①太湖重污染区底泥的生态疏浚 ,减少底泥释放二次污染。②利用浮床陆生植物治理太湖典型富营养化水域 ,利用生物吸收、降解 ,继而富集营养盐 ,净化水质。③建立环湖湿地保护带。④恢复和重建湖滨带水生植被 ,实现长效生态管理和调控。⑤生态渔业工程 ,有效控制过度养殖 ,恢复湖泊生态良性循环。⑥藻类采集和资源化再利用。⑦强化流域     

长江中下游湖泊沉积速率的测定及环境意义——以洪湖、巢湖、太湖为例

对长江中下游洪湖、巢湖和太湖沉积物采用210Pb和137Cs相结合的方法测定沉积速率。洪湖钻孔中210Pbex随深度的增加没有呈现指数衰减分布,因此获得的平均沉积速率并不可靠;而根据137Cs蓄积峰计算得出洪湖钻孔在1963~1986年沉积速率最大,这可能是因为当时大规模开垦导致湖区周围水土流失,大量的侵蚀物质被带入湖中,从而导致沉积速率上升。对巢湖钻孔用210Pb法和137Cs得到的沉积速率具有可比性,研究发现20世纪70年代以来随着深度的减少,巢湖钻孔中沉积通量在增加,说明巢湖流域内水土流失逐步加重,可能与土地开发、植被破坏等人为活动有关。对太湖钻孔利用137Cs 1963年对应的蓄积峰进行校正,采用210Pb计年的CRS模式获得不同时段的沉积速率发现在80年代末尾沉积物堆积通量最高,达到0.6 g·cm-2·a-1。两种计年方法的结合有助于认识沉积速率的变化情况。     

太湖生态修复治理工程

太湖是我国第三大淡水湖泊,也是流域的重要水体。近年来,随着人口的增长,经济高速发展,人为社会经济活动影响,水资源系统受到很大冲击,水质变劣,湖体富营养过程加剧,生态环境受到明显损害,制约了流域社会经济的可持续发展。要实现流域水资源的可持续利用,必须加快水污染综合治理。除陆域实施严格的达标治理、河网水质调控、农业面源及生活污水治理外,太湖湖体生态修复和富营养化治理已为当务之急。目前应尽早实施：①太湖重污染区底泥的生态疏浚,减少底泥释放二次污染。②利用浮床陆生植物治理太湖典型富营养化水域,利用生物吸收、降解,继而富集营养盐,净化水质。③建立环湖湿地保护带。④恢复和重建湖滨带水生植被,实现长效生态管理和调控。⑤生态渔业工程,有效控制过度养殖,恢复湖泊生态良性循环。⑥藻类采集和资源化再利用。⑦强化流域管理。     

太湖西北部湖区入湖河流氮磷水质标准修正方案研究

氮磷污染一直是太湖流域的首要污染问题,有效遏制氮磷入湖量的增加是治理太湖的重要任务。然而由于我国现行的地表水环境质量标准(GB3838-2002)中河流和湖泊氮、磷水质标准存在差异,即河流无总氮控制指标、河湖总磷标准不一致的问题,往往造成通过控制入湖河流污染来改善太湖湖泊水质时,湖泊污染物浓度往往达不到治理目标。以太湖西北部湖区及其入湖河流为例,利用BATHTUB模型模拟入湖河流与湖泊TN、TP的关系,推算太湖在满足现行湖泊水质标准中TN和TP各类别目标值的情形下的环境容量并以此环境容量决定入湖河流的水质,进而提出相应的方案进行比选,从而提出太湖入湖河流氮磷水质标准修正方案。结果表明:(1)当太湖入湖河流执行现行河流水质TP标准时,对应湖泊的水质TP超标,并不能达到保护湖泊的目标;(2)当太湖西北部湖区入湖河流TN、TP执行现行湖泊水质标准,对应湖区水质均能达标并且优于目标限值,然而该方案对于污染较为严重的太湖区域的实际参考意义不足;(3)以现行湖泊水质标准TN、TP各类别为目标值反推计算入湖河流水质指标,既能保证湖泊水质达标,又不会使河流水质标准过于严格,因此其结果可作为入湖河流水质标准修正的参考,从而提出太湖入湖河流TN、TP水质标准建议方案。     

聚类分析在江汉湖群典型湖泊分类中的应用

江汉湖群中的许多通江湖泊由于自然和人为原因失去了与长江及其支流的天然联系,对湖泊生态和湖区经济可持续发展造成了不利影响,重建江湖联系对湖泊生态环境改善和湖区经济发展意义重大。根据4项选择标准,选取江汉湖群中13个典型湖泊作为研究对象,以有关社会经济、生态等方面的调查统计数据为基础,利用聚类分析的方法对江汉湖群中的13个阻隔湖泊进行分类。根据所挑选的16个指标将这些湖泊划分为4大类,并对各类湖泊特点进行了分析,确定了这些湖泊的通江顺序。     

环鄱阳湖区水足迹的动态变化评价

水足迹模型是计量水资源承载力的一个较新颖且日趋成熟的方法。水资源状况对鄱阳湖区生态系统的平衡、稳定以及生态系统良性循环有着重要意义。将水足迹模型运用于环鄱阳湖区进行实证研究,通过计量模型计算出环鄱阳湖区1989~2008年水足迹的时间序列值,并评价其承载状况。结果显示,近20 a来,环鄱阳湖区的水足迹需求由1989年的735亿m3增加至2008年的110亿m3,呈现出波动上升趋势。至今为止水足迹未超载,但盈余空间呈减少趋势。最后从优化水资源利用、倡导绿色消费和促进区域间贸易交流等降低水足迹的需求和增大水足迹供给的角度提出了提高水足迹承载力的对策。进而从水足迹的角度为环鄱阳湖区提高生态系统承载力提供理论依据,促进江西省鄱阳湖生态经济区的建设     

水利调度修复东湖水质的数值模拟

总结武汉东湖水质污染问题基础上,根据湖泊和港渠联通状况设计了长江-东湖水利调度的调水线路和调水方案。基于一维港渠河道水动力水质模型和二维湖泊水动力水质模型,通过嵌套耦合求解的方式实现耦合,建立了一、二维湖泊河网水动力水质耦合模型,并利用实测数据进行了参数率定和验证。采用数值模拟的方式研究了水利调度影响下东湖水质的改善效果,结果表明：水利调度影响下东湖主要湖区水体CODMn和TN指标得以明显改善,但TP指标改善不大;东湖湾汊众多,个别湖区受到调水线路影响较小,水质改善不明显。因此水利调度可以作为东湖水体修复的重要思路。建立的数学模型也可以为东湖以及其他类似水域的水污染治理提供科学参考和依据     

洞庭湖稻作区褐家鼠种群数量预测

1986年10月至1990年9月对洞庭湖稻作区褐家鼠的种群数量进行了逐月调查的基础上，对影响褐家鼠种群数量变动的因子(种群基数、种群年龄结构和气候等因子)进行了逐一分析和筛选。再从简单性、实用性考虑，确定了和预测月份(7月、9月)相关系数显著的主要影响因子，3月份农舍褐家鼠的夹捕率、3月农舍夹捕褐家鼠群体中的成功比和3月份月平均气温。根据洞庭湖稻作区农业耕作制度以及褐家鼠对该地区农业生产危害的特点，建立了2个农田褐家鼠种群数量预测模型：Y1=0.4590X1 0.6523X2-0.4194X3-7.4563和Y2=0.2773X1 0.3978X2-0.2459X3-4.5693,Y1模型预测当年7月农田褐家鼠种群的数量，Y2模型预测当年9月农田褐家鼠种群的数量。实际运用该预测模型对湖南省汉寿县1997年7月、9月，1998年7月、9月，1999年7月、9月，2000年7月农田褐家鼠种群的发生数量进行预报，发生数量级预测值与实测值吻合程度良好。     

洞庭湖渔业水域氮磷时空分布分析

根据2000~2011 年对洞庭湖渔业环境监测数据,对东洞庭湖、南洞庭湖、西洞庭湖和三江口4 个不同渔业水域的总氮、总磷、氨氮和硝酸盐氮浓度的时空分布进行分析。结果表明：（1）洞庭湖总氮、总磷、氨氮和硝酸盐氮浓度均值分别为143±041、009±003、032±005和063±011 mg/L,总氮最大值为2009 年5 月丰水期东洞庭湖的鹿角采样点,为480 mg/L,总磷最大值为2008 年1 月枯水期鹿角采样点,为0417 mg/L,分析得知,所有采样点中鹿角采样点较其它采样点污染严重;（2）洞庭湖氮、磷浓度年均值间差异性显著（P<005）,除总磷变化规律不明显外,总氮、氨氮和硝酸盐氮的年浓度均值总体呈上升趋势,与此同时,洞庭湖在丰水期、平水期和枯水期的氮、磷浓度均值间也存在显著性差异（P<005）,平水期总氮平均浓度最高,枯水期总磷浓度均值最高;（3）东洞庭湖、南洞庭湖、西洞庭湖和三江口4 个湖区氮磷浓度均值间也存在显著性差异（P<005）,总氮、总磷和硝酸盐氮均值以三江口最高,氨氮均值以东洞庭湖最高,主要受城市污水和工业污水影响严重;（4）面源污染是洞庭湖主要污染方式,也是造成洞庭湖水体富营养化程度加剧的主要因素,面源污染占洞庭湖污染总量的94%～99%,主要包括农业污染、城市生活污水和畜牧水产养殖业污染;点源污染占洞庭湖污染总量的1%～6%,主要为工业污水和城市生活污水的排放,虽然排放量相对于面源污染较小,但是工业污水含有高浓度的有毒物质,且瞬时排放量大,很容易造成渔业污染事故,严重时会影响到人类的健康;（5）参照《地表水质量标准》（GB3838 2002）中的水质分类标准,所有监测年份中,仅2000 年水质为III 类,其它年份水质类型多为IV 类,部分年份为V 类,推断洞庭湖渔业水域大部分处于中度污染状态,部分湖区处于重度污染,根据《渔业水质标准》和鱼类对水环境质量的需求,洞庭湖水质不利于鱼类繁殖、早期发育、索饵和越冬等行为,势必会造成洞庭湖渔业资源的衰退     

鄱阳湖湖口水域四大家鱼幼鱼出现的时间过程

作为长江仅存的两个通江湖泊之一,鄱阳湖在长江四大家鱼幼鱼的肥育方面有着重要意义。迄今为止,关于长江四大家鱼幼鱼进入鄱阳湖的相关问题仍不清楚。以鄱阳湖湖口水域为研究对象,分析湖口水域四大家鱼幼鱼出现的时间过程。根据2007～2008年监测,湖口水域四大家鱼幼鱼出现的时间集中在7、8月份,其中7月中下旬~8月底为青鱼、草鱼和鲢幼鱼的高峰期;而鳙幼鱼的高峰期在7月份。青鱼、鳙的体长主要为500～999 cm,草鱼、鲢以500～1499 cm的个体为主。此外,2007和2008年湖口水域四大家鱼幼鱼均以鲢为主,鳙所占比例较小,且它们每天出现的数量都与湖口的水位呈正相关。这为深入研究长江四大家鱼幼鱼进入鄱阳湖的时间过程提供了基础资料。