三峡水库调节典型时段对洞庭湖湿地水情特征的影响

洞庭湖与长江联系紧密，三峡工程运行将改变洞庭湖的水文过程，影响湖泊湿地生态系统。为了评估三峡工程运行对洞庭湖湿地的水文影响，选取水文情势变化大且可能对植被生长产生重大影响的汛末蓄水和汛前腾空两个时段，运用反映江湖水动力交互的水动力学方法计算了三峡水库不同调节流量下湖泊水位与流量的变化特征，并结合湖泊高程和面积关系曲线，分析了不同增减下泄流量对洲滩湿地淹没出露的影响。结果表明，洞庭湖吞吐长江，复杂的江湖水动力交互作用使得湿地水文过程变化有明显的非线性。在恒定流条件下，汛末蓄水减泄4 000 m3/s流量可使城陵矶水位降低1 m。同样抬高1 m水位，汛前腾空约需增泄3 500 m3/s。在空间分布上，三峡水库调节对洞庭湖水情影响具有明显的异质性，受江湖关系和湖盆地形的影响，与长江水力联系紧密的东洞庭湖、南洞庭湖东部和西洞庭湖北部受三峡水库调节影响大，而西洞庭湖南部影响较小     

洞庭湖主要生态环境问题变化分析

通过对近几十年来洞庭湖水情、泥沙、污染和湿地生态等不同方面问题的回顾分析，认为在三峡工程建设、洞庭湖退田还湖和极端天气事件影响下，洞庭湖主要生态环境问题发生了一些变化。由于气候干旱化，加之三峡水库蓄水影响，导致洞庭湖入湖水量季节性减少，湖区水位下降，干旱期延长。模拟显示2006和2009年三峡秋季蓄水使洞庭湖出口水位平均下降2.03和2.11 m；由于三口来沙急剧减少，入湖泥沙打破了以淤积为主的模式，2006年洞庭湖第一次出现从拦蓄泥沙变成向长江净输出泥沙。低水位运行不仅对洲滩演进和湖泊水质带来影响，也加速了对湖滩的开发利用，外来物种的发展威胁了湖泊湿地生物多样性和动物栖息地的稳定。同时，湖区复合型水污染威胁加重，洞庭湖水质从2008年的Ⅳ类水下降为Ⅴ类水。洞庭湖在缺水与洪涝矛盾中，正从单一洪灾为主转向矛盾的两个方面共存。这些变化一方面与气候变化有关，也是流域生产由传统农业转向农、林、水、工的综合发展，以及湖泊与流域关系改变的结果。     

三峡水库防洪调度运行对洞庭湖区防洪减灾的贡献

位于长江中游的洞庭湖区为中国洪涝灾害频发地区之一。2010年的洪水是长江1998年大水后，也是三峡水库蓄水运用以来所遇到的首次较大洪水，在5次洪水过程中，三峡水库实施了5次防洪调度，较大程度地减轻了长江中下游地区的洪水压力。长江中游荆江既是连接三峡水库和长江中下游河道的纽带，又是沟通洞庭湖的水流通道。基于三峡水库出库流量与荆江三口、洞庭湖城陵矶的水文对应关系，以实测水情、灾情资料为依据，运用对比分析方法，揭示2010年汛期三峡水库防洪调度对减轻洞庭湖区的洪水压力及减少洪涝灾害损失的贡献率。结果表明：6~8月份三口入湖洪量减少约24261×108 m3，湖口城陵矶洪水位降低082 m；湖区减少洪涝灾害直接经济损失约19983×108元，间接经济损失约0638×108元     

三峡工程对洞庭湖水环境质量的影响

通过实地调查与水样检测,运用BP神经网络模型、湖泊富营养化评价法以及Shannon-Weaver指数分别评价了三峡工程蓄水前后典型年(1986、1991、1998、2004、2006和2010年)洞庭湖水环境质量、营养化水平和水生生物状况。结果表明:三峡水库蓄水后,典型年洞庭湖水质总体变差,各断面水质超标率有明显上升,呈现以氮、磷污染为主并伴有有机污染的特征;营养化指数有上升趋势,东洞庭湖2008~2010年综合营养指数超过50,出现轻度富营养;隐藻门代替硅藻门成为洞庭湖浮游植物优势种,其生物多样性下降;东洞庭湖底栖动物优势种为梨形环棱螺,而苏氏尾鳃蚓成为西、南洞庭湖的优势种,其种类和密度呈波动下降的趋势。影响洞庭湖水质的因素除了"三口"、"四水"污染物聚集和湖区生活污染、面源污染外,三峡水库运行后入湖水沙量大幅减少以及土地利用格局变化也是其关键。     

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。     

洞庭湖演变趋势分析

洞庭湖的演变制约湖区的资源开发与环境整治。根据洞庭湖的湖底淤积与湖泊水面缩小的速率，分别论述了目平涌，南洞庭湖和东洞庭湖的自然演变趋势。结合三峡工程对洞庭湖的影响。分析了建坝后洞庭湖泊水面的变化及河流入湖三角洲的发育。     

近十年鄱阳湖区极端干旱事件频发现象成因初析

近10 a来鄱阳湖区极端干旱事件频发，引起国内外媒体舆论的广泛关注。针对这一情况，运用流域降水、地表蒸散和出湖径流等数据，从流域水量收支平衡的角度，较为系统地分析了导致鄱阳湖区极端干旱事件频发的原因。结果表明，近10 a来鄱阳湖水文干旱起始日期提前，枯水期拉长。虽然干旱持续时间的长短呈现2~3 a的波动，但在总体上呈现逐渐加长的趋势。从流域水分收支的角度来看，近10 a来以水分亏缺为主，流域降水亏缺是基本的致旱因素，流域蒸散量增加则起到一定的增强作用，而出湖径流所起的作用比较复杂，在多数情况下其致旱的影响程度弱于流域降水作用。长江顶托作用强弱变化可以调节流域的水分收支平衡，强化或者减轻湖泊的干旱程度。2003、2004、2007、2008和2009年发生的极端干旱事件主要由流域水分收入项的大幅度减少所造成的，而长江水情变化在多数情况下加剧了流域水分收支的不平衡。这些研究结果明晰了鄱阳湖流域气象干旱与湖泊水文干旱之间的关系以及长江水情变化所扮演的重要角色，为应对未来的干旱变化和制定合理的抗旱防旱对策与措施提供了科学的依据     

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。     

三峡工程与长江中游湿地(文摘)

长江从宜昌至湖口为中游，全长900 km，其间有四湖地区、洞庭湖区和鄱阳湖区，为湿地集中地带。 
（1） 四湖地区〓位于荆江北岸，属江汉平原，是长江出三峡后第一个大平原湖区，包括长湖、三湖、白露湖和洪湖，总面积原有11000 km2，现有1793 km2，耕地面积约454万hm2，人口450万。荆江河水通过新滩口排水闸汇入长江，汛期关闸，靠电力抽排渍涝，枯季开闸自流排水。长江对地下水侧向补给是地下水主要来源。
四湖地区是湖北的“水袋子”，历史上长江、汉江洪水多次在此决堤泛滥。四湖下游江湖相通，每到汛期，长江、汉江洪水倒灌，形成洪泛区。湖区围垦耕地约7万hm2，地势低洼，多为湖积淤泥，排水不畅，存在潜育型、沼泽型渍害。
（2） 洞庭湖区〓位于荆江南岸，总面积原有18730 km2，1950年时有4350 km2，由于不断围湖垦殖，现仅有2691 km2，耕地面积533万hm2，高程在43~26 m。湖区水网密布，土地肥沃，历来为鱼米之乡。洞庭湖为过水性湖泊，接纳湘、资、沅、澧四水和长江松滋、太平、藕池三口来水，由城陵矶注入长江。近百年来，由于长江泥沙沉积湖内，加之围湖垦殖，湖泊容积显著减少，洪涝灾害日趋严重。
（3） 鄱阳湖区〓位于长江南岸，鄱阳湖是我国最大的淡水湖泊，总面积3900 km2，耕地面积约37万hm2，高程在16 m以上。接纳赣、抚、信、饶、修五河来水，经湖口注入长江。湖区16 m以下大多为湖草滩地，已垦耕地一般在湖水退落后种植，汛期湖水涨落频繁，汛后淤积，土质粘性较重，有机物含量高，地势低洼，排水不畅，耕地土壤脱潜过程缓慢。
人类历史活动，从原始游牧狩猎部落演进为农业定居聚落。江汉平原的湿地主体是“云梦泽”，洞庭湖平原的湿地主体是“江南之梦”，春秋战国时期均为楚国皇家猎区。两个湿地生物多样性丰富，生活着大象、犀牛、麋鹿、扬子鳄等。随着历史变迁，水陆交错型湿地逐渐转化为农业用地和聚落用地，最终成为人工湿地和水体湿地。13世纪后，人类开始围湖造田，与水争地。汉朝时代的大象、犀牛灭绝，宋代后成为老虎栖息地，湿地生态结构转为以湖泊湿地为主，成为水禽栖息地和越冬地，生活着天鹅、野鹤、鸳鸯、家雁等，17～18世纪时老虎绝迹，水禽亦成为濒危物种。由于围湖垦殖，人水争地，自然湿地中70%转化为耕地，多样性损失严重，洪涝灾害不断。1998年长江大洪灾后，中央提出 “封山育林、退耕还林、退田还湖、平垸行洪、以工代赈、移民建镇、加固干堤、疏浚河道” 32字方针，其关键是退耕还林、退田还湖，旨在恢复生态。 
　　根据历史记载，堤垸始于春秋，南宋时形成围垦高潮，围湖造田普遍。20世纪50年代以来，人口剧增，“以粮为纲” 驱动围垦新高潮，堤垸经济蓬勃发展，带来生态失衡，人水矛盾。必须协调耕地保护与湿地保护矛盾，推行科学耕种和农、牧、渔协调发展，确保湿地总量动态平衡。长江中游江汉平原及两湖地区，河网交错，湖泊密布，应多建国家级自然保护区，争列《国际重要湿地名录》，逐步扩大湿地保护范围，滋润地球之“肾”；发展生态旅游，保护生态环境，重建湿地生物、景观和文化多样性，促进湿地可持续发展。
三峡建库后，长江枯季1～5月份下泄流量有所增加，水位将略有抬高，但仍在建库前天然水位变幅范围内；10月份水库蓄水，下泄流量减少，但三峡水库将实施人工实时调度，确保中下游生产、生活及航运用水需求。四湖地区潜育型、沼泽型渍害农田主要在总干渠两侧的湖盆地带，远离长江，地下水位不受长江水位变化影响，排水状况也不会改变，三峡建库后不会加剧这些地区农田潜育化、沼泽化。10月后水库蓄水，长江水位降低，有利于四湖地区汛后排涝排渍，提前降低湖、田水位和农田地下水位。 三峡建库后，洞庭湖泥沙淤积将会减少，可延长湖泊寿命。长江枯季下泄流量有所增加，城陵矶水位略有升高，但湖区水位仍低于圩区地面3～4 m，不会影响湖区农田自排。每年10月水库蓄水，下泄流量减少，城陵矶附近江水位比建库前降低2 m，湖区水位可尽快退落，对洞庭湖汛后排涝排渍有利。三峡建坝后如遇长江干流发生特大洪水，经三峡水库调蓄后，可减少鄱阳湖及中下游平原湖区分洪的负担和损失。遇鄱阳湖水系发生大洪水时，还可减少下泄流量，降低湖口水位，有利鄱阳湖水排入长江。每年10月三峡水库蓄水，鄱阳湖可提前退水，有利于湖区农田排涝排渍。1～4月下泄流量比建库前略有增加，湖口水位抬升不超过0.6 m，湖区农田地面仍高出长江水位3 m以上，既不会影响枯季排水，也不会加重湖区土壤的地下渍害。
由于三峡建库后，水位随洪、枯季节调蓄变化，结合中下游平原湖区排灌抽提，湖水交换相对频繁，促使水生生物生长茂盛，为水体稀释自净，消纳降解污染提供有利条件。三峡工程建成后，防洪、发电、航运等综合效益和有利影响将得到充分发挥，并采取有效措施，使不利影响得到减免。随着时间的推移，水利、水电、航运、农业、水产、湿地及自然资源的逐步开发，环境保护和湿地保护必将统筹安排、综合利用、协调发展。三峡工程将有力地保护湿地、保护环境。     

基于投影寻踪的洞庭湖生态系统健康评价

以历史文献、图件及1986～2010年水沙、水质等实测资料为依据,选取环境要素、生物指标、水动力条件和外部指标等4类共13个表征洞庭湖生态系统健康状况的指标,采用加速遗传算法的遗传寻踪模型,基于matlab7.0平台对典型年洞庭湖生态系统健康状况进行评价。结果表明:（1）1986～2010年,洞庭湖生态系统健康样本投影值呈下降趋势。1991年左右出现较高点（投影值为1726 4）,2006年出现了较低点（投影值为1625 8）,而2010年投影值有所回升（投影值为1679 0）;（2）从空间分布上看,南洞庭湖健康状况相对较好,其次是西洞庭湖,最差的是东洞庭湖。这说明受湖泊围垦、退田还湖和三峡水库运用等影响,洞庭湖的水文水动力条件、湖泊生物多样性以及水质状况等发生了较为明显的变化,且各湖泊存在一定的差异     

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。     

三峡水库蓄水期不同调度方案对洞庭湖出口水位的影响

洞庭湖水情受到长江和四水的综合影响，因此三峡水库蓄水运行必将对洞庭湖出口水位产生影响。通过构建模型对洞庭湖出口的水位过程进行模拟，以三峡出库日均流量、洞庭湖四水合成日均流量为输入，城陵矶站日水位过程为输出，以量化和分析城陵矶水位变化受三峡水库调度的影响。通过三峡入库流量代替出库流量，还原自然状态下的水位过程，并根据各调度方案计算的出库流量模拟各调度方案下城陵矶的水位变化过程。对比各调度方案下三峡水库蓄泄水对洞庭湖出口水位的影响可以发现：各蓄水方案对洞庭湖出口水位都造成了一定的影响，起蓄时间较早的方案影响时间较长，整体上平均水位变化也较大，但起蓄后水位变化较为平缓；起蓄时间较晚的方案影响时间较短，整体上平均水位变化相对较小，但起蓄后水位变化较为剧烈。考虑到不同年份和不同来水类型情况对洞庭湖出口水位的影响存在差异，各蓄水方案的优劣需要具体分析和讨论     

三峡对长江中下游干流汛末水位影响——2006~2011年实例模拟

为了阐明三峡水库调节对长江中下游汛末水位的影响，基于2006～2011年三峡试验性蓄水实例，采用长江中游江湖耦合模型定量解析了近6年因三峡水量调节直接引起的长江中下游水位变化分量。结果表明，三峡使长江中下游汛末水位提前快速消落，枯水提前约半月余；螺山、汉口和大通三站汛末水位因三峡的水量调节而分别下降07，06和041 m。水位频率分布有明显变化，汛末中高水位区间内频率有所下降，而低水位频率则升高。三峡工程建成运行后每年汛末将集中蓄水，长江中下游供水量减少必成为常态。汛末水位的这些趋势性变化可能会对水资源利用和湿地生态造成影响，值得关注     

国内外生态补偿基础理论与研究热点的可视化分析

随着人类面临的生态环境问题加重，生态补偿已成为国内外学者广泛关注的热点问题。为清晰地了解国内外生态补偿的研究现状和未来发展，以Web of Science、中文社会科学引文索引（CSSCI）数据库中1998～2011年有关生态补偿的929篇文献为基础，应用CiteSpace II 软件分析了论文发表数量、文献共被引和关键词共现等特征，并以知识图谱可视化的方式，归纳了近年来生态补偿的重要学术文献和生态补偿领域的研究热点。结果表明：1998~2011年，生态补偿论文数量呈现波动增长趋势；全球气候变化背景下碳汇、REDD生态补偿，生态补偿分区及实施后的评价，湿地、自然保护区、流域尺度生态系统服务功能评估与补偿标准，计算机软件如GIS、SWAT、InVEST等在生态补偿中的应用是当前生态补偿的研究热点。相对于国外而言，国内生态补偿的理论研究较多；但近年来在森林、流域、自然保护区和湿地等方面的实践探索得到了加强     

卫星遥感洞庭湖主汛期水体时空变化特征及影响因子分析

基于1989~2011年的长时间序列卫星遥感数据,利用综合水体信息提取方法提取了洞庭湖区6~9月主汛期的水体信息,通过较高分辨率卫星遥感数据验证,水体面积提取精度达到90%以上。洞庭湖年平均径流入湖量、NCEP再分析资料计算的湖体上空和流域累计月平均降水量分别与水体面积变化的关系进行分析,结果表明: 1989~2011年间洞庭湖水体面积最大值主要分布在7和8月,这两个月也是洞庭湖区域发生洪涝灾情的高风险期;洞庭湖水体面积与年平均径流入湖水量的相关系数为0.67(置信度为95%);2003年以前,洞庭湖主汛期间水体面积波动比较大,2003年三峡水库运行后,洞庭湖的面积波动有所减少;洞庭湖上空累计月平均降水量对于水体面积存在正相关性,相关系数为0.68(置信度为99%);2003年以前,洞庭湖流域累计月平均降水量和水体面积相关系数为0.50(置信度为90%),2003年三峡水库运行后,两者相关性有所减弱。     

2006年长江特枯径流特征及其原因初探

2006年长江流域出现了百年罕见的特大枯水,对长江流域用水和生态环境都产生了深远影响。使用2006年长江干支流主要水文站水情资料和长江流域气象资料,并同时考虑了三峡蓄水的影响,分析了2006年长江径流过程特征及其原因。研究发现,2006年长江径流量减少主要是汛期径流量显著减少所致,表现出“汛期特枯”的特点。径流量和水位最大降幅都出现在8~9月份,各站径流量最大减幅都超过50％,水位汛期也有显著下降。洞庭湖、汉江与历史同期相比,汛期来水也明显偏小;而鄱阳湖来水略丰,对干流枯水起到一定的缓和作用。7、8月份长江上游区（特别是屏山至宜昌区间）降水少气温高是形成长江汛期特枯的主要原因。气象变化与径流变化存在较好的对应关系。三峡蓄水使2006年10月宜昌站径流量减少了一半左右,而对10~11月大通径流减少影响率为187％。