1982~2010年洞庭湖流域植被指数的变化及其与气候因子的相关分析

基于GIMMS 3 g、PAL、LTDR V3、FASIR及MODIS 5种不同的遥感影像数据,及洞庭湖流域30个气象站点的气温、降水和日照时数月值数据,采用逐像元一元线性回归模型,对比分析了在不同数据集背景下的植被变化趋势,并基于时间序列长度以及数据精度的考虑,选择GIMMS 3 g作为研究洞庭湖流域植被覆盖变化的基础数据集,进而利用相关系数和多元线性回归分析模型探讨流域植被覆盖变化与降水、气温、日照时数的关系。结果表明:(1)过去29 a间,流域GIMMS 3 g NDVI在时空尺度上均以增加趋势为主,1998~2000年出现最大的降低,以植被覆盖较好的山区减少最快;(2)去除年际变化趋势和季节性影响的NDVI与同期降水量距平、累积3个月气温距平值及同期日照时数距平值相关性程度最高;(3)统计意义上,降水量、气温和日照时数解释洞庭湖流域植被月NDVI变化的37%,日照时数对该流域NDVI变化的影响最大,其次为降水和气温;(4)在时间和空间范畴,生长季NDVI可以作为反映洞庭湖流域森林覆盖率变化的指标。     

洞庭湖区近30年土地利用/覆盖变化对湿地的影响分析

洞庭湖是我国面积仅次于鄱阳湖的第二大淡水湖。近些年来,洞庭湖区降水在减少,湘、资、沅、澧四水的来水量也在降低,尤其2011年春季以来,洞庭湖水域遭受了前所未有的持续干旱,洞庭湖地区的降水量累计比历年同期减少了50%至60%。本文基于1985年、2000年和2011年的遥感影像数据,运用RS、GIS等,系统分析了洞庭湖区近30年土地利用/覆盖的数量和空间格局动态变化。结果表明,过度围湖垦殖成为洞庭湖湖面萎缩的主要原因。湖区耕地总量持续增加,增幅达36.01%;湿地、林地、草地总量减少,其中湿地和草地面积有较大幅度的减少,分别为72.88%和62.98%。研究结果为区域土地利用规划管理及政策的制定提供科学依据,为洞庭湖区湿地的管理提供背景资料和依据。     

遥感降水产品在澜沧江流域径流模拟中的适用性研究

以澜沧江流域为研究区域，基于实测降水数据，从日尺度、月尺度到年尺度分别评价了TRMM 3B42 V7、CMORPH CRT、TRMM 3B42 RT、PERSIANN 4种遥感降水产品在格网尺度上的精度，并用实测降水数据和筛选出的精度较高的遥感降水产品驱动SWAT模型进行了径流模拟，以进一步探究遥感降水产品在澜沧江流域的适用性。结果表明：4种遥感降水产品在日尺度上精度都不高，与实测降水的相关系数都低于0.5。从整体看，TRMM 3B42 V7精度最高，月、年尺度下与实测降水的相关系数依次为0.95、0.90，CMORPH CRT精度稍低于TRMM 3B42 V7，其在月、年尺度下与实测降水的相关系数依次为0.89、0.77，TRMM 3B42 RT和PERSIANN精度较差，两者在不同时间尺度下与实测降水的相关系数都较低，基本都维持在0.5以下；径流模拟结果发现TRMM 3B42 V7和CMORPH CRT两种遥感降水产品对流域出口断面日、月径流模拟的能力均不如实测降水，但整体上三者都能够较好地反映出实测径流变化的趋势，三者径流模拟对应的纳西效率系数NS在0.65~0.94范围内；从纳西效率系数NS看，三者对应的数值相差幅度极小，从多年平均径流RE看，三者都表现出低估的情形，但与前两者（低估值在 -4%~-10% 范围内）相比，CMORPH CRT（低估值在 -10%~-20% 范围内）低估的幅度较大；TRMM 3B42 V7在整体上的径流模拟效果优于CMORPH CRT，在澜沧江流域具有更好的径流模拟适用性。     

东洞庭湖湿地景观变化研究

在遥感和地理信息系统的支持下,对东洞庭湖1989和2001年两个时段的TM（ETM）卫星影像进行了遥感解译。应用景观生态学的理论和方法,对不同景观类型的斑块和面积大小、形状特征进行分析,计算了湿地景观多样性、优势度、均匀度、破碎度及斑块分形维数。定量分析和〖HJ〗研究了1989~2001年东洞庭湖湿地景观的动态变化,结果表明,由于泥沙淤积,东洞庭湖湿地的面积正在日益缩小,湿地景观多样性和均匀度下降,景观优势度和破碎化程度增加,说明东洞庭湖部分湿地景观逐渐从以小斑块、多种景观类型共同控制的景观格局向大斑块、类型较单一的景观格局演变。     

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     

近三十年云南九大高原湖泊水面面积遥感变化监测

云南省九大高原湖泊对于云南省社会经济可持续发展具有极其重要的意义。利用30 m分辨率的Landsat系列遥感数据和1.5 m分辨率的SPOT6/7遥感数据分别对云南省九大高原湖泊1989,1993,2000,2007,2015年的湖面面积进行了动态监测。结果表明:云南省九大高原湖泊在1989~2015年间总体上较为稳定,湖体湖面面积共减少了约41 km~2(约4%),但各湖变化差异较大。杞麓湖和异龙湖湖面面积持续快速萎缩,至2015年异龙湖已萎缩了1989年湖体湖面面积的40%。其中异龙湖萎缩的主要原因是干旱和围湖造田,而滇池变化波动较大,原因主要在于工业发展及工程治理。通过对同期的Landsat 8OLI数据与SPOT6/7数据解译的杞麓湖和异龙湖湖面面积对比发现不同空间分辨率的解译结果有较为明显差异(2.8%和1.7%),表明在采用多源遥感数据进行湖泊面积解译时需要考虑不同空间分辨率的影响。     

三峡水库蓄水前后长江中下游江心洲的演变及其机理分析

长江中下游河道存在数量众多的江心洲,三峡水库蓄水运行后这些江心洲的演变深为人们关注。选取2000~2011年宜昌、汉口、大通站的年均流量和输沙量,1999、2001、2003、2005、2007、2009和2011年长江中下游20个代表性江心洲的遥感影像,分析三峡水库蓄水前后水沙变化及江心洲面积变化过程,同时利用概念模型分析江心洲面积变化与流量和含沙量之间的关系。研究表明:(1)三峡水库蓄水后(2003~2011年)宜昌、汉口、大通站的年均径流量较蓄水前分别减少6.1%、7.3%、9.5%,输沙量分别减小90.3%、72.1%、66.9%,平均含沙量分别减少了89.6%、70.8%、64.8%;(2)2003年蓄水前,12个(60%)江心洲面积逐年增加,相对于1999年其平均变化率为26.8%;2003年蓄水后,只有9个(45%)江心洲面积逐年也增加但是平均变化率减少至22.1%,11个(55%)江心洲面积逐年减少,相对于1999年其平均变化率为19.4%;(3)概念模型分析表明:江心洲面积变化量跟水位、冲蚀量成正相关,而水位、冲蚀量跟流量、悬沙减少量成正相关。江心洲面积变化量主要受水位变化控制,这种关系导致长江中下游江心洲演变的一种假象:既蓄水后面积不断增加的少数江心洲实际上也处于不断冲蚀的过程。     

长江口前缘沙洲演变与流域泥沙要素关系

为了研究河口前缘沙洲演变过程与流域入海泥沙要素关系，建立了长江口前缘沙洲面积冲淤速率和流域入海泥沙要素关系曲线，并预测沙洲发展趋势。结果表明：长江河口前缘沙洲1958~1989年-5 m以浅面积表现为淤涨，1989~2000年为淤涨和侵蚀交替变化，但幅度较小，自2000年起为冲刷趋势发展，这一过程伴随流域入海泥沙量和含沙量的减少而产生。同时沙洲面积的锐减过程中存在临界泥沙要素条件，并建立了相应的经验曲线，当沙洲面积冲刷和淤涨达到平衡时，临界入海沙量和含沙量临界值分别为283×10⁸t/a，0318 kg/m3。依据以往三峡水库蓄水后入海沙量预测数据，三峡水库蓄水后60 a左右前缘沙洲-5 m以浅面积将侵蚀到1958年水平，其后沙洲面积增加趋势，面积逐渐恢复。2003~2011年长江流域入海泥沙量小于三峡水库蓄水前的预测数值，沙洲面积的冲刷趋势将加剧，应引起有关机构和部门重视     

基于MODIS数据的洞庭湖水体面积与多站点水位相关关系研究

针对洞庭湖区，以30 m分辨率的环境减灾卫星CCD影像为参考，对比分析了归一化差异植被指数（NDVI）和比值植被指数（RVI）应用于MODIS遥感影像水体面积提取的优缺点。研究发现，选取NDVI并且赋予各月份各自适应的阈值进行水体面积提取，有效避免了采取单一阈值造成的枯水期水体误提以及丰水期水体漏提问题。将提取湖区面积与相应日期水位数据组成水位 面积组，建立湖区面积 水位相关关系。考虑到建立湖区面积与单一水文站点水位间相关关系存在一定空间不合理性，选取逐步多元回归法建立2003~2006年湖区面积与多站点水位间相关关系。结果表明：在高水位和低水位处，洞庭湖面积 水位关系年际间变化不太明显，但在中等水位处（如24~29 m），湖区面积 水位关系有比较明显的变化，同一水位处湖区面积有逐年减小的趋势。     

洞庭湖湿地景观格局变化以及三峡工程蓄水对其影响

通过对近20 a遥感影像的解译分析,结果表明：洞庭湖湿地景观格局变化较为迅速,在几种湿地景观类型中,芦苇分布面积稳定增长,由475 km²增至751 km²,年均增加13.1 km²,湖草的分布面积比较稳定,而水面与泥滩的分布面积则大幅减少。湿地格局演变总体上呈现芦苇挤占湖草的分布空间、湖草挤占水面泥滩的态势。分析认为泥沙淤积和湖泊水情变化改变了洲滩的淹水历时,引起植被分布的变化,是影响洞庭湖湿地景观格局的主要因素。2000年后,随着泥沙淤积减缓,湖泊水情变化对湿地景观格局影响更为重要,其中三峡水库的运行使洞庭湖中、低位洲滩提前出露,淹水历时缩短,导致湖草的分布界线明显向下延伸     

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     

三峡工程运用对鄱阳湖水资源利用影响分析

三峡工程是我国有史以来建设的最大型的工程项目，具有防洪、发电、航运等方面巨大的经济和社会效益。然而，三峡工程的运用不可避免地会对原有江河湖泊水文情势产生一定影响。通过建立长江中下游（宜昌~大通）水沙模拟模型，定量分析了三峡工程运用对鄱阳湖水位的影响。三峡水库蓄水期（9月中下旬~11月），三峡水库下泄流量比水库运用前减少3 000~6 000 m3/s，湖区各站水位最大降幅为07~19 m，平均降幅04~09 m。以此为基础，通过典型调查分析了三峡水库蓄水对鄱阳湖区农田灌溉用水和城镇供水的影响，提出了消除或降低影响的对策措施。研究结果可为鄱阳湖及长江中下游地区经济社会可持续发展和鄱阳湖综合治理提供科学依据和技术支撑     

三峡工程运行后洞庭湖水环境变化及影响分析

以入湖水系、湖体、出湖口为研究区域,基于20多年的监测数据,运用水质单因子评价、综合营养状态指数(∑TLI)等评价方法,系统地分析了洞庭湖水文、水质、营养化状态的时空变化规律,探讨三峡工程运行后洞庭湖水环境变化及原因。结果表明:(1)洞庭湖入湖水量及沙量均明显降低、水位变幅减小。(2)透明度(SD)、总氮(TN)、总磷(TP)、浮游植物等指标的时空分异特征较为明显,4个指标年均值均总体呈上升趋势,其中,SD、浮游植物种类数量及密度自三峡工程运行后变化尤为明显。西洞庭湖的SD高于南洞庭湖,东洞庭湖的SD最低。ρ(TP)在湖体最高,ρ(TN)则在湖体最低。(3)入湖水系水质最好,出湖口水质最差。入湖水系水质一直维持在Ⅱ～Ⅲ类之间,水质良好;出湖口、湖体水质自三峡工程运行后以Ⅳ～Ⅴ类为主,变劣趋势明显。湖体富营养化日趋严重,东洞庭湖的富营养程度稍高于西洞庭湖和南洞庭湖。(4)初步认为:洞庭湖水文水动力环境条件的变化,整体上对水质产生一定的不利影响,对湖体富营养化有一定的促进作用。     

三峡工程蓄水运用期库区干流水质分析

分析了三峡库区蓄水前后（1998～2009年）干流水质的变化及原因。结果表明，同蓄水前相比，蓄水后库区干流水质变好，库区干流断面月度达标率均值由蓄水前的623%变为蓄水后的783%，库区干流超标污染物主要为高锰酸盐指数、总磷、铅等。蓄水后水质时空分布出现新的特点，近坝水体悬浮物、浑样高锰酸盐指数、总磷、铅等可吸附污染物浓度显著降低。蓄水后年内悬浮物及浑样高锰酸盐指数、总磷和铅浓度仍然是丰水期＞平、枯水期，但近坝水体不同水期间浓度差别比蓄水前明显减小。蓄水后，库区干流浑样高锰酸盐指数、总磷、铅浓度整体上表现为从库尾至库首沿程下降，尤以丰水期沿程下降最为突出。浑样高锰酸盐指数、总磷、铅浓度以上变化特征主要缘于库区水位抬高后，流速减小导致的澄清作用，即高锰酸盐指数所代表污染物、磷、铅等随泥沙发生了不同程度的沉降。蓄水前后清样高锰酸盐指数和总磷未发生明显变化，156 m蓄水后至今，清样铅浓度明显低于蓄水前。     

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     

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。     

三峡水库汛末175 m试验蓄水过程对香溪河库湾水环境的影响

为研究解决三峡库区支流水华问题,实现三峡水库生态调度,需探明现行三峡水库175 m蓄水方案对库区支流水环境的影响。基于2008~2010年三峡水库开展的汛末175m试验性蓄水工作,及香溪河库湾2008~2010年野外监测数据,从库湾水华暴发程度、营养盐水平及水动力特性方面分析了2008~2010年三峡水库汛末175 m试验性蓄水对香溪河库湾水环境的影响。结果表明：分两阶段蓄水时间提前方案有利于库湾中上游上层水体的交换和紊动,降低库湾中上游水体表层营养盐浓度,破坏了浮游植物赖以生存较稳定的环境,抑制藻类的生长,降低水体表层叶绿素a的浓度,减少水华暴发频次、持续时间以及强度,有利于库湾水环境的改善