基于IHA/RVA法的近年来鄱阳湖生态水位变异研究

湖泊水位是影响其生态功能正常发挥的重要因素，开展湖泊水位变异特征研究是正确认识湖泊水资源系统变化的前提。基于鄱阳湖区5个水文站1960~2014年的日水位监测数据，研究分析了近年来鄱阳湖水位年际变化的异常特征，并借鉴IHA/RVA法，定量揭示了2000~2014年鄱阳湖生态水位变异程度及其空间差异。结果表明：鄱阳湖水位近年来下降明显，湖口、星子和都昌站年平均水位自2009年以来呈现高度一致的变化特征，水位差几乎消失；2000~2014年鄱阳湖生态水位发生中度改变，整体改变度为38.86%；各水文站改变程度由高到低依次为都昌站、星子站、湖口站、康山站和棠荫站；主要水位指标体系中6和11月平均水位、最小3日和30日平均水位、年最高水位出现时间、年高水位频率和年水位减少率等指标变异程度均达到50%以上。近年来鄱阳湖水位异常及其空间差异与人为采砂导致的湖盆地形变化密切相关，这种水位变异已对湖泊湿地生态系统产生了众多不利影响。     

堑秋湖渔业模式对鄱阳湖南矶湿地越冬候鸟种群数量的影响和保育对策

鄱阳湖是我国最大的淡水湖、国际重要湿地。“堑秋湖”是当地老百姓根据鄱阳湖夏涨秋落的规律，在湖底低洼处堑壕沟、围矮堤，以便在秋季退水时截留更多的鱼和水，最后将鱼类资源一网打尽的渔业方式；也是长江流域中下游湖区以及鄱阳湖流域老百姓利用季节性浅水蝶形湖泊中渔业资源最主要的捕鱼和管理方式。采用PRA方法对江西鄱阳湖南矶湿地国家级自然保护区“堑秋湖”历史及现状进行问卷调查，采用样线样点结合方法对越冬候鸟种群数量进行调查分析。研究表明：鄱阳湖南矶湿地国家级自然保护区拥有蝶形湖泊26个，均已承包给个人管理并存在养鱼虾蟹等行为，为典型的“堑秋湖”渔业模式；不同月份越冬候鸟数量变化呈“M”型，不同样线候鸟数量差异较大，而候鸟种类在月份和样线方面差异不大；“堑秋湖”渔业模式对鄱阳湖越冬候鸟的种群数量、分布及栖息地生态功能的发挥存在明显正负面影响。对于建立经济社会可持续发展的“堑秋湖”经营模式进行了探讨，提出了有利于越冬候鸟栖息的保育对策     

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。     

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。     

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。     

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。     

鄱阳湖一些水文特征和整治战略

本文分析研究了鄱阳湖湖水面积和容积大,随水位变动月际变化也大,过境水径流的年际、月际变化大,但对“五河”和长江水量调节量小、又不适时的水文特征。提出了驯服“五河”,人工控制鄱阳湖,协调长江、“五河”与鄱阳湖的关系,整治鄱阳湖的战略。     

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。     

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     

基于洪水过程的农业洪灾变化遥感快速评估模型及其应用

洪涝灾情的准确测度需要同时兼顾淹没区的面积大小和淹水时长信息。利用淹没区内由水和作物等多种地物所组成的"复合水体"不同于水体的波谱时间变化特性,将不同洪灾时期的水体指数和植被指数进行信息复合,以有效凸显水体和洪涝淹没区之间的影像差异,据此进行了灾初期、峰期和中后期等3个时次受淹范围的有效识别。在此基础上,根据洪涝灾情随着淹没时长而加重以及灾区内淹水时长非均匀分布的特性,建立基于淹没时长的受淹面积不等权参与的洪灾扩展动态度指数(Variation Index of Flood,VIF)和区域灾情比较指数(Comparison Index of Flood Disaster,CIFD)两种模型,并将模型应用于鄱阳湖区2016年夏季农业洪涝灾害的时空变化遥感监测。结果显示,应用上述两种模型不仅可以准确获取鄱阳湖区本次农业洪涝灾情的演变趋势,而且能够方便地对比分析区域内不同地方的受灾程度。鄱阳湖区在2016年6月23日~7月25日期间的洪涝灾情具有由弱增强再趋弱的特征,其VIF指数由初始阶段(6月23日~7月9日)的3.75降至后续阶段(7月9日~7月23日)的1.29;鄱阳县是研究区内受灾最严重的区域,其CIFD指数值居于研究区内各受灾县市之首,该县受灾总面积以及多次被淹的灾区面积均高于其他县市。     

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。     

鄱阳湖湿地植被退化原因分析及其预警

2003年以来,鄱阳湖长期处于低枯水位状态,湖盆植被面积减少600km2;洲滩土壤含水量降低,旱生植物物种入侵,占据高程15m以上洲滩,湿地植被演变成中生性草甸,使物种大幅度增加;湿生和水生植物向湖中心下移,生长空间缩减;对水深、污染物敏感的植物群落的物种、生物量减少,生物多样性退化;对水深适应性强和耐污染的植物迅速扩张。无序采砂、防火烧荒、牲畜放牧加剧了这一局面。在气候变化和人类活动影响下,鄱阳湖湿地植被正在逐步退化。为了遏制这一退化现象,正在建立鄱阳湖健康评价体系与标准,加强植物群落固定断面和针对稀有物种、对水深和污染物敏感物种、危害湖泊健康物种进行专项监测,针对发现的问题,用遥感影像辨识、实地勘测研究分析全湖变化状况,判断其危害程度,提出防治对策,向相关部门和地区提出预警建议。     

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     

退田还湖对鄱阳湖洪水调控能力的影响

利用实测资料统计了鄱阳湖近50年来湖盆形态和洪水水情的变化，表明由于围垦的作用，1954~1992年鄱阳湖面积共减小1 300 km2，容积共减少81×108 m3，调节系数从17.3%下降到13.7%，调洪能力降低20.8%；20世纪90年代与50年代相比，年最高水位平均值抬高1.80 m。计算了退田还湖对近50年来两次特大洪水（1954年洪水和1998年洪水）最高水位的效应值，表明分别可使1954年洪水和1998年洪水的最高水位降低0.72 m和0.68 m。估算了退田还湖对鄱阳湖洪水位频率的影响，表明50年一遇和100年一遇的洪水位分别可降低0.63 m和0.68 m。计算还表明，高水还湖（单退）降低洪水位的作用与圩区还湖前夕的内涝程度密切相关，说明及时排除圩区的内涝对保障退田还湖的防洪减灾作用至关重要。分析了退田还湖面临的主要问题，分别是高水还湖圩区的内涝问题和平垸行洪（双退）圩区的血防问题；探讨解决这两个问题的具体对策，分别为单退圩堤采用“限高加固，排空待蓄”的运作方式，双退圩堤采用“敞开进洪，兼顾血防”的运用方式。