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。     

太湖水质的时空分异特征及其与水华的关系

在大量调查数据的基础上,分析了太湖水质的时空分异特征,探讨了太湖不同湖区、不同季节水质差异的原因。研究结果显示：北部的入湖河口区、几个湖湾、湖心区、西南湖区、东部湖区水体的透明度、高锰酸盐指数、氮、磷、叶绿素等富营养化指标差异显著。入湖河口区的高锰酸盐指数和营养盐含量高于南部湖区数倍,也明显高于北部湖湾区,这反映出太湖西北部入湖河道污染对太湖影响显著。不同季节太湖水质指标也差异显著,冬春期(12～次年5月份)水体的氮含量高于夏秋季(6～11月份)近1倍。水质季节性的显著差异进一步说明了外源输入对太湖水质的影响。研究表明太湖水质的时空异质性既受太湖湖泊形态特征本身的影响,也更多受到外源污染的影响,解决太湖的蓝藻水华问题,首先要在太湖的外源污染控制方面取得突破.     

鄱阳湖典型洲滩湿地土壤质地与水分特征参数研究

频繁干湿交替增强了鄱阳湖洲滩土壤水对湿地系统的动态调节作用。以鄱阳湖吴城国家自然保护区的一个典型洲滩湿地为研究区,调查分析了土壤质地沿高程梯度的分布特征,确定了不同土壤质地的水分特征参数,并阐述了土壤质地与其水分特征参数的空间异质性。结果发现:该洲滩湿地主要分布砂土、粉壤土和粘土三种类型。水平断面方向上,粒径较粗的砂土和粉壤土主要分布在高位滩地,而粒径相对较细的粘土主要分布在近湖区开阔水面的低位滩地;土壤剖面方向上,土壤质地呈现出固有分层特性。van Genuchten模型应用于鄱阳湖洲滩湿地土壤水分特征曲线拟合,证实了该模型在鄱阳湖洲滩湿地的适用性。模型结果表明土壤残余含水率θr变化约9%~19%,饱和含水率θs变化约42%~57%,土壤进气值的倒数α约0.01 cm~(–1),水分特征曲线形状参数n介于1.11~4.65之间。土壤含水率变化对van Genuchten模型中参数α和n较为敏感,而对θr和θs的敏感性相对较弱。研究成果可为后续该区域以及全湖区湿地生态水文模型的构建和发展提供背景信息和参数资料。     

鄱阳湖水体垂向分层状况调查研究

湖泊水体混合或分层对环境和生态具有显著指示意义,能够提高对未来湖泊水环境状况的评价与管理。针对洪泛鄱阳湖水位季节性变化显著等特点,基于剖面温度和稳定氢氧同位素的调查分析来探明多因素影响下鄱阳湖水体垂向分层或混合状况。结果发现:鄱阳湖枯水期和洪水期水体垂向温差大多处于0~1.0℃,大部分水域温差小于0.5℃,但偶见洪水期部分水域会达到1.5℃的较大温差。总体表明,在季节变化尺度上,鄱阳湖具有较为稳定的等温层,没有明显温度分层特征。同位素分析结果得出,枯水期和洪水期的氢氧稳定同位素值在深度剖面上呈均一分布,表明鄱阳湖水体混合状况较好或完全混合。虽然湖区气象条件和水文条件均是影响鄱阳湖水体分层或混合的重要因素,但鄱阳湖入流和出流等水文条件是影响鄱阳湖水体垂向混合的主要因素。鄱阳湖水体混合同时对湖泊水环境因子的垂向分布特征可能产生重要的影响或控制作用。首次基于大量野外监测有针对性地开展鄱阳湖水体分层研究,结果有助于对湖泊水流结构的深入认识,可为湖区水体污染物的输移模拟与作用机制阐释等方面提供科学参考。     

青藏高原NPP时空演变格局及其驱动机制分析

青藏高原植被生态系统对全球变化的响应较为敏感。该研究引入重心模型等方法分析和探讨了2000～2015年青藏高原NPP时空变化格局及其驱动机理,并定量区分了NPP变化过程中气候变化和人类活动的相对作用。结果发现:(1)2000～2015年,青藏高原NPP年均值总体上呈现从东南向西北递减的趋势。在年际变化方面,近16年青藏高原不同生态子区的NPP均呈现不同程度的增加趋势。(2)近16年青藏高原NPP重心总体向西南方向移动,表明西南部NPP在增量和增速上大于东北部。(3)NPP与降水显著相关的区域主要位于青藏高原中部、青藏高原东南部及雅鲁藏布江流域中下游,而NPP与气温显著相关的区域主要位于藏南地区、横断山区北部、青藏高原中部和北部。(4)气候变化和人类活动在青藏高原NPP变化过程中的相对作用存在显著的时空差异性,在空间上呈现"四线-五区"的格局。研究成果可为揭示青藏高原区域生态系统对全球变化的响应机制提供理论和方法支撑。     

基于DID模型的洱海流域生态农业政策效应研究

生态文明建设下,探讨高原湖泊流域的生态-经济协调发展具有现实意义。实践表明,生态环境政策对工业与服务业等点源污染的管控效果显著,但对农业面源污染的针对性、实效性和可操作性存在瓶颈。因此,本文运用DID模型,对洱海流域内政策区和非政策区农业生产方式与水环境指标进行双重差分分析,揭示生态农业政策效应。分析结果显示:政策实施下农业生产方式对水环境污染指数的影响效应为-12.59,生态农业政策对农业生产方式调整与优化效应显著,其中农业从业人口、肉蛋奶总产量变量对水质污染指数负相关;化肥施用量、农药施用量与水质污染指数正相关。分析结论:生态农业政策实施后,农业生产方式的优化对流域内面源污染程度得到缓解,农业产值稳步提升,但与"北三江"5乡镇比较,环湖8乡镇农户绿色生产观念、无公害农业种植技术、养殖业循环发展与林下经济等四方面生态化趋势更显著,政策响应更积极。政策建议:"养殖+沼气循环农业"是降低入湖水质富氧化,提升养殖集约化发展的首要措施;"测土配方+平衡施肥"可在兼顾单位产量的同时,约束过度施肥,减少农业面源污染,实现有机无害农产品种植的重要路径;退耕还林还湖,发展林下经济,能够优化农业生产结构,培育特色林业经济;扩大非农产业对农村剩余劳动力的吸纳,也是缓解农业面源污染,促进农民增收的必要措施。     

基于最小累积阻力模型的贵阳市景观生态安全格局构建

贵阳市是我国典型的喀斯特地区,水土流失严重,生态环境脆弱。在生态重要性、景观连通性和生态需求分析的基础上进行生态源地识别,根据土地覆被状况、人为干扰程度和夜间灯光数据构建了生态阻力面,基于最小累积阻力模型识别生态廊道网络,在此基础上构建了贵阳市域和市区的景观生态安全格局。结果表明:(1)贵阳市最重要和重要生态斑块总面积5 393.43 km2,主要分布在西部和北部;生态用地斑块的景观连通度总体较高,其中园地最好,林地最差;生态需求较高的区域主要分布在人口密集的城市建成区周边。生态源地占总面积的18.56%,集中分布于北部及西南部红枫湖、百花湖等区域;(2)贵阳市生态廊道总长为933.58 km,其中关键廊道长287.6 km,沿东北向西南方向延伸。现状廊道遍布市域,主要为河流水系;潜在廊道和关键廊道98%都为林地,主要分布于北部和西部生态环境较好的山地丘陵区;(3)市区景观生态安全格局中,生态源地主要集中在百花湖、红枫湖、香纸沟、相思河等风景区,花溪湿地和南明河作为市区关键廊道纵贯南北。最后,在此基础上提出了"保护和建设并重、区县间统一规划的"生态系统管理对策,为贵阳市生态环境建设提供切实可行的科学指导。     

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     

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。     

1956~2011年鄱阳湖水沙特征及其变化规律分析

近年来,鄱阳湖水沙研究集中在鄱阳湖"五河"各水文站的单站分析上,且水沙数据采用大多仅至21世纪初期,对缺测资料未进行有效插补。将鄱阳湖作为一个研究整体,分析了鄱阳湖水沙特征及其变化规律,以便为鄱阳湖泊形态变化研究以及水、沙资源的合理开发利用提供有利的参考依据。运用水沙相关、上下游泥沙相关法对部分缺测泥沙进行插补,获得1956~2011年的鄱阳湖入、出湖水沙系列数据。利用数理统计法、水沙双累积曲线法、Mann-Kendall法分析鄱阳湖入、出湖径流量与输沙量变化特征,并且探讨了水沙变化的原因。结果表明:(1)入湖径流量和输沙量的年内分配相一致,而长江水沙的倒灌影响了出湖径流量和输沙量的年内分配;(2)鄱阳湖入湖悬移质泥沙从90年代开始下降趋势加剧,而出湖悬移质泥沙1956~2000年整体呈下降趋势,2001~2011年呈现上升趋势;(3)鄱阳湖入、出湖年输沙量出现明显的突变点分别在1998年左右、2003年左右;(4)径流量总体处于相对稳定状态,但近10a来径流量略下降,主要受到降水量变少的影响,入湖输沙量变化受"五河"流域的水库蓄水拦沙、流域水土保持工作加强、人类河床采砂等因素影响;而出湖河段河床深度下切、江湖水面比降加大、人类在鄱阳湖采砂扰动河(湖)床均加大了近10a来出湖悬移质泥沙的输出。     

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。     

鄱阳湖流域水化学环境参数的变化特征

分别于2010年2月和7月，对鄱阳湖湖区和入湖河流的pH、TDS以及主要离子浓度进行了测定，分析了主要离子组成的时空变化特征及其影响机制。结果表明，鄱阳湖流域水体属于弱矿化度软水，Ca2+是湖水和河水的主要阳离子，分别占阳离子总数〖JP〗的5935%、4989%；HCO-3是湖水和河水的主要阴离子，分别占阴离子总数的5337%、5937%，水质类型为Ca-HCO-3型水；主要离子组成和TDS浓度具有明显的季节和沿程变化特征，这与降雨季节性变化以及不同水系的地质背景有关；从河流水系上游至湖区的水化学特征依次为HCO-3型、HCO-3-SO2-4和SO2-4型。从水化学控制机制上看，鄱阳湖丰水期受大气降水作用和地质条件影响显著，而枯水期降雨量大大减少，主要受岩石风化、蒸发沉淀作用和人为输入的影响。除此之外，SO2-4型水的增加与长江干流酸化以及丰水期长江顶托倒灌现象有密切关系     

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。     

鄱阳湖圩区滞洪与水土资源利用协调

鄱阳湖区有圩堤564座,保护耕地近4200km^2、人口720多万。圩堤对保护湖区人民生命财产安全起到了积极的作用,但有些圩堤占据了湖泊的正常行洪通道,给湖区防洪带来了不利影响,对这些野区应当平圩还湖。还有些中小型野区没有占据湖泊的正常行洪通道,但在洪水期间经常遭受洪水淹没,对这类好区应根据实际情况实施“高水还湖滞洪,低水种植养殖”的运用方式,以缓解鄱阳湖区人多地少的矛盾。从洪水水力学基本理论出发,根据鄱阳湖洪水特征和好区实际情况,定量分析了因中小野区滞洪而降低湖水位的幅度、减少湖周边的淹没面积以及减轻湖区防洪压力,对鄱阳湖可滞洪中小野区“高水滞洪,低水种养”的运用方式进行了探讨,提出了鄱阳湖不同规模的可滞洪野区的滞洪启用水位和启用频率分别为：6．7km^2以下好区为21．65m与10％、6．7—33．3km^2为22．05m与6．67％。建议采用自湖下游至湖上游的野区滞洪启用次序,井对与滞洪需求相协调的好区水土资源利用方式进行了初步研究。     

鄱阳湖生态环境保护与资源利用技术模式研究

鄱阳湖是我国第一大淡水湖泊，也是国际重要湿地，在维系长江水量平衡和生态安全方面，发挥着十分重要的作用和功能。近年来，鄱阳湖生态环境受到经济发展和人口增长的威胁，主要表现为：湿地生态系统退化，湖泊生态功能下降，流域生物多样性减少，水生植被萎缩，水污染程度日趋严重。湖区内产业结构和资源利用的不合理也限制了其经济发展。建设鄱阳湖生态经济区发展战略的确立要求江西尽快探索出一条保护生态与发展经济的双赢之路。结合鄱阳湖区生态环境与资源利用现状，通过2 a多的集成研究与示范，已形成了湿地恢复、沙化综合治理、农业污染治理和资源合理利用等十多种技术模式，在保护环境的同时提高了农民收入，为实现鄱阳湖生态经济区建设目标提供了技术支撑.