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     

近百年来洞庭湖堤垸空间变化及成因分析

系统分析洞庭湖堤垸的空间变迁规律对于阐明湖区调蓄水量的变化原因及其洪涝灾害的形成机制具有重要的意义。以《洞庭湖历史变迁地图集》为基础，运用ArcGIS的空间分析技术，对洞庭湖民国前期（1921~1930年）、民国后期（1930~1949年）、解放初期（1950~1963年）、20世纪70年代（1963~1980年）和现状（80年代至今）5个时期的堤垸演变进行了研究，详细分析了其空间格局的变迁规律及其成因。研究结果表明：自民国以来洞庭湖的堤垸面积虽不断增加，但速率明显减慢，从最初的3126%减缓至现在的273%；民国前期洞庭湖堤垸面积为5 08419 km2，民国后期所围堤垸主要集中在沅江中东部；至解放初期，通过兴建国营农场，并且在大通湖及西、南洞庭湖进行围垸，堤垸面积增加至8 10210 km2；至20世纪70年代，堤垸扩展部分主要集中在湖区西北角；近30 a来，由于“退田还湖”政策的实施，堤垸面积及其分布相对变化不大     

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     

三峡工程对洞庭湖区滩地出露天数的影响

通过分析洞庭湖区 8个代表水文站 37年 11× 10 4 个逐日水位数据 ,研究了湖区不同时期滩地出露天数的变化规律 ,根据三峡工程建成前后与建成初期典型年逐日水位数据库资料 ,分析了三峡工程建成后 ,湖区各代表水文站水位的变化 ,在以上研究基础上 ,预测了三峡工程对湖区滩地出露天数的影响。认为 :三峡工程建成后初期 ,滩地出露天数变化的是低位滩地 ,中位滩地出露天数有一定变化 ,高位滩地基本不变 ;1～ 5月低位滩地和 6月中位滩地的出露天数都减少 ,7～ 9月出露情况不变 ,10～ 11月中低位滩地出露天数增加值大 ,12月出露天数变化小 ;其中东洞庭湖区和南洞庭湖区的横岭湖区滩地变化大。建成后中长期 ,所有高程滩地出露天数将逐渐增加。     

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     

基于Landsat的近20余年东洞庭湖湿地草洲变化研究

利用多时相Landsat TM/ETM+影像,采用决策树分类法解译水域、泥沙滩地、草洲3种湿地类型,结合数字高程模型和相关水文信息,通过矩阵转移和贝塞尔曲线插值的方法,对低水位条件下东洞庭湖湿地草洲的时空变化特征进行分析。结果如下：（1）1989～2011年,草洲面积增加30506 km2,泥滩地面积减少27428 km2,水域面积呈波动状态;（2）草洲的主要扩张区域为长洲、新生洲、飘尾洲沿湖盆边缘部分、牛头洲大面积区域、武光洲 柴下洲、中洲 团洲部分;（3）草洲面积按高程分布呈先增后减特征,草洲覆盖的优势区域与非优势区域的高程分界点逐渐降低,水域和泥滩地分布的优势区域高程范围缓慢下移。草洲植被的生长分布和淹水条件关系密切,泥沙淤积和水文条件的改变都能导致淹水条件的变化,进而推进东洞庭湖草洲范围的扩张。此研究对于进一步明确洞庭湖湿地演变趋势及其形成机制具有重要意义     

东洞庭湖湿地生态水位阈值研究

水位是湖泊湿地水文情势和生态系统健康的关键指标,如何确定适宜生态水位阈值是确保湖泊湿地健康的关键.以东洞庭湖城陵矶站和鹿角站突变前水位过程(1959～1978年逐日水位资料)为基准期,采用RVA法、年内展布法和数理统计的方法建立了东洞庭湖适宜生态水位过程.结果 表明:(1) RVA法计算逐月生态水位阈值的波动范围均值是2.18 m,而年内展布法计算逐月生态水位阈值的波动范围均值是5.12m,水位波动较大,对于东洞庭湖适宜生态水位来说,RVA法计算生态水位的波动范围更有利于维持湿地植物群落健康和生物多样性;(2)受湖底高程影响,鹿角站的高低水位发生时间会比城陵矶站提前15 d左右,而高低水位的历时和波动范围以及动植物敏感期(3～6月)的平均水位变化速率并未有显著差别;(3)水位变异后(2003～2016年),东洞庭湖水位大部时间处于生态水位阈值内,只需要对不满足生态水位的消落期采取调整措施,鹿角站和城陵矶站年均水位差距减少0.46 m,洞庭湖的水动力系统减弱,给洞庭湖生态健康带来了消极的负面影响.研究可为东洞庭湖生态水位和三峡及上游电站联合调度提供依据.     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

洞庭湖区湿地景观指数选取与格局分析

在遥感与地理信息系统的支持下，从2000年的LANDSAT TM影像中提取洞庭湖湿地信息，结合景观结构分析软件FRAGSTATS计算湿地景观指数，采用主成分分析法与方差矩阵分析法选取最能表征湿地结构及功能的核心景观指数，分析洞庭湖区湿地的景观结构特征及功能状态。研究表明：Shannon多样性指数、斑块面积标准差、斑块丰富度密度与景观类型平均分维度最能反应湿地景观的信息及特征；研究区景观格局的空间差异性与组织结构状态具有明显的不均衡性，湿地景观类型比例不均，水田与湖泊景观优势显著；以洞庭湖核心区滨湖的县市和远离湿地核心区的县市为两大群体，在景观格局复杂性和多样性状态中表现出两大群体相似的特征。     

人类活动影响下的四湖地区湿地景观格局分析

湿地景观空间结构研究是湿地生态研究的核心之一，景观功能性的性质和发挥，影响着湿地的物质流、信息流和能量流的特征，进而影响湿地区域的资源开发利用与保护。运用景观的空间格局指数，在遥感和GIS技术的支持下，结合江汉平原四湖地区的湿地农业的区域特点，确定了 四湖地区湿地景观分类系统，为了更好地定量分析四湖地区湿地景观格局的特点，我们选取了三类景观格局指数来定量描述于景观空间格局，即基本空间格局指标（多样性、均匀度及优势度）、景观空间构型指标（聚集工、破碎化）及斑块特征指标（斑块分维数），比较系统地分析四湖地区湿地景观空间格局。在此基础上探讨了人类干扰对四湖地区湿地同的结构和空间演替的影响。     

基于知识的洞庭湖湿地遥感分类方法

湿地遥感影像分类是遥感研究的一大难题。分析洞庭湖不同湿地类型在遥感影像上的光谱曲线规律,利用两个季节的洞庭湖ETM数据,并辅助以物候特征和地面GIS信息,通过遥感软件Erdas Image的专家分类知识库建立决策树分类方法,结合研究区的DEM进行洞庭湖湿地的影像分类,通过专家分类器分层次实现了包括水体、泥沙滩地、防护林滩地、湖草、芦苇滩地和苔草滩地以及其他水体7种湿地类型的分类。相比传统分类方法,专家分类过程以规则为基础,可以同时利用多个条件进行分类,减少了数据处理时间,同时还提高了分类精度,最终得到试验区较为可靠的遥感分类图像。     

蒌蒿(Artemisia selengensis L.)修复洞庭湖土壤Cd污染的强化措施研究

〖HTSS〗洞庭湖土壤镉污染严重,蒌蒿（Artemisia selengensis L.）是在洞庭湖湿地新发现的一种对镉具有较强富集能力的优势植物,已证实该种植物对土壤中的镉具有较好的修复效果和潜能,将来可作为洞庭湖土壤镉污染的理想修复材料。以南洞庭湖Cd污染土壤为栽培基质,分别在蒌蒿幼苗期、成株期添加EDTA等7种螯合剂和调控物质,研究了不同添加物对蒌蒿生长状况及Cd富集效果的影响。结果表明,HEDTA、EDTA、DTPA等3种螯合剂不同程度地降低了蒌蒿地上部分的生物量,但增加了土壤中有效态Cd的含量,使蒌蒿茎叶中Cd的富集浓度分别上升了35.5%、984%、421%,可显著提高蒌蒿的修复效果;生石灰的添加则使土壤有效态Cd明显减少,抑制了蒌蒿对Cd的富集;有机腐殖质和复合肥的施加虽促进了蒌蒿生长,但未对其富集效果产生显著影响;幼苗期施加调控物质,在植株生物量、Cd富集浓度及土壤有效态Cd含量等方面造成的影响均大于成株期     

基于生态系统水平的洞庭湖生态风险评价

以“生态系统服务”为生态风险评价终点,通过量化外界压力源与生态系统服务的“压力 响应”模式,建立基于生态系统水平的生态风险评价方法。该方法将生态系统整体作为分析对象,同时考虑了生态系统的各种组成要素及要素间的复杂关联作用。运用该方法评价了洞庭湖的生态风险,并对评价结果进行了分析。评价结果表明东洞庭湖的生态风险程度最高,西洞庭湖次之,南洞庭湖最低。造成洞庭湖生态风险的主要压力源为城市化、生活和气候变化;主要胁迫因子为有机污染物、营养物质和水流量变化。受影响较大的生态系统指标为生物多样性、河湖连通性和碳循环;营养循环价值、净化水质价值和生物多样性价值3项生态系统服务风险程度较高