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     

鄱阳湖流域水文效应对气候变化的响应

以鄱阳湖流域为研究区,以地表 地下耦合的分布式水文模型WATLAC为模拟工具,探讨流域水资源对气候变化的响应。水文模型以2000～2008年为模拟期,以流域河道日径流量来率定（2000～2005年）与验证模型（2006～2008年）并取得了满意的模拟效果。基于此,假定未来气候变化情景方案,通过径流量、土壤蒸发量和基流量来探讨气候变化对流域水资源的影响。结果表明,径流量与基流量对降雨变化有着较强的敏感性,而土壤蒸发量对温度变化的敏感性较强。在降雨一定条件下,水文变量均与气温变化近似呈线性关系;在气温情景一定条件下,水文变量均与降雨变化呈非线性关系。随着降水的减少,气温对径流、土壤蒸发和基流的影响也随之减弱;气温对上述变量的显著影响主要表现在降水增加的情况下。相同的气温变化情景下,降水增加比降水减少对径流量的影响更加显著,降水减少比降水增加对土壤蒸发量与基流量的影响更加显著,表明降水变化对水文变量有着不同程度和方向的影响作用     

鄱阳湖流域水文效应对气候变化的响应

以鄱阳湖流域为研究区,以地表-地下耦合的分布式水文模型WATLAC为模拟工具,探讨流域水资源对气候变化的响应。水文模型以2000~2008年为模拟期,以流域河道日径流量来率定(2000~2005年)与验证模型(2006~2008年)并取得了满意的模拟效果。基于此,假定未来气候变化情景方案,通过径流量、土壤蒸发量和基流量来探讨气候变化对流域水资源的影响。结果表明,径流量与基流量对降雨变化有着较强的敏感性,而土壤蒸发量对温度变化的敏感性较强。在降雨一定条件下,水文变量均与气温变化近似呈线性关系;在气温情景一定条件下,水文变量均与降雨变化呈非线性关系。随着降水的减少,气温对径流、土壤蒸发和基流的影响也随之减弱;气温对上述变量的显著影响主要表现在降水增加的情况下。相同的气温变化情景下,降水增加比降水减少对径流量的影响更加显著,降水减少比降水增加对土壤蒸发量与基流量的影响更加显著,表明降水变化对水文变量有着不同程度和方向的影响作用。     

鄱阳湖典型湿地地下水—河湖水转化关系

选取鄱阳湖典型洪泛湿地为研究对象,分析了2018年4~10月降水、湖水、河水和湿地地下水的氢氧同位素变化特征,利用δ¹⁸O~δD关系确定了不同水文时期湿地各类水体的转化关系,并结合同位素端元混合模型估算了不同水源对湿地地下水的贡献分量.结果表明,研究区降雨δ¹⁸O和δD值在6~7月份偏小,其余月份较高,存在明显季节变化和雨量效应.河水、湖水同位素与降水同位素的季节变化规律基本一致,但受蒸发分馏影响,重同位素更为富集,且变化幅度远小于降水同位素.湿地地下水同位素的季节变化较小,δ¹⁸O、δD均值（-5.26‰,-31.1‰）高于大气降水（-6.32‰,-40.1‰）、低于湖水（-3.60‰,-26.4‰）,与河水同位素（-5.09‰,-34.4‰）较为接近,表明湿地地下水受降水、湖水和河水的共同影响.涨水期（4~5月）河水的补给源为降雨和流域内地下径流,湖水主要受河水和降水共同补给,湿地地下水主要受前期降水和河水补给的滞后影响,河水的贡献比重更大.丰水期（6~8月）地下水主要接受湖水和河水共同补给,湖水的补给贡献比例超过50%,退水期（9~10月）湿地地下水向河道和湖泊等地表水体排泄.     

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。     

鄱阳湖流域分布式水文模型的多目标参数率定

以鄱阳湖流域为研究区,构建其分布式水文模型WATLAC。以鄱阳湖流域6个水文站点2000～2005年河道径流量及地下水基流指数为多目标函数来优化耦合模型,采用PEST进行WATLAC模型参数自动率定。结果表明：6个水文站点拟合的纳希效率系数变化范围为071～084,确定性系数介于070～088,取得较好的模拟效果。基于遥感反演的实际蒸散发结果进一步验证模型,模拟值和遥感反演值在时间和空间上的变化趋势呈现较好一致性。基于地下水位及流场特征模拟效果的定性评价,表明地下水位模拟空间趋势性较好,水位与地面高程的空间变化一致,地下水主要以下游平原区和河道为主要排泄区,符合大尺度流域地下水流运动基本规律和评估结果。所提出的多目标率定方法及率定技术应用于大尺度鄱阳湖流域,也为其它水文模型在相似区域的连续模拟及参数率定方面提供借鉴。〖HJ1〗〖HJ〗     

鄱阳湖区地下水位动态及其与湖水侧向水力联系分析

基于野外定点监测数据,运用统计学方法解析鄱阳湖区地下水位年内分布特征和动态变化,辨析湖水和典型区地下水之间的侧向水力联系与程度。统计结果表明,不同洲滩地下水埋深变化范围约–8.1~–0.1 m,洲滩地下水和湖水在6~9月份保持完全水力连通。湖水位和洲滩地下水位动态变化呈现高度一致性,表明了洲滩地下水和湖水具有密切的侧向水力联系。湖岸带不同典型区的地下水埋深变化范围介于–10~–2.2 m。湖岸带地下水位与湖水位并不具有日时间尺度变化上的高度一致性,但两者却很好呈现了月尺度上的较好一致性,表明了湖岸带地下水与湖水之间具有一定的相互关系和水力联系。小波分析得出,湖水位和洲滩、湖岸带不同典型区的地下水位均在60 d尺度的周期上存在着极大可能的显著相关,总体上两者呈正相关关系变化,表明湖水和洲滩地下水具有密切的水力联系,但与湖岸带地下水的侧向水力联系可能体现在个别典型时段。为今后鄱阳湖地下水方面的相关研究奠定基础,也为鄱阳湖湿地生态环境保护、水资源评价等方面提供科学依据和参考。     

河口三角洲地表水文连通性研究进展

三角洲通常位于河流与湖泊、海洋等大型地表水体的过渡带，分布全球约8%人口。受地势低缓、流域来沙减少和海平面上升等多因素作用，三角洲系统被认为是诸多地表类型中高度敏感和脆弱的地带。近年来，地表水文连通性成为三角洲水文水动力领域新的热点问题。通过国内外相关文献调研，系统阐述了水文连通性概念、三角洲地表水文连通性组成以及三角洲形态和水文连通性的联系。研究表明:三角洲地表水文连通性可分为结构连通性、功能连通性和过程连通性；基于图论方法的结构连通性仅表征河网在三角洲水文连通性的作用，而功能连通性和过程连通性反映水文水动力要素的空间分布及其与气象等环境要素的耦合关系，但亟需有效的野外观测和调查数据；三角洲形态与水文连通性存在一定联系，部分形态指标可用于刻画三角洲地表水文连通程度。因三角洲具有高度时空异质性和复杂地形地貌等特点，从学科发展趋势和应用需求的角度出发，未来应综合采用野外观测、数理统计和数值模拟等多学科交叉的研究策略，为三角洲湿地生态系统应对当前快速变化环境等重大问题提供科学依据。     

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。     

湖泊流域系统水文水动力联合模拟研究进展综述

湖泊流域水文水动力联合模拟对综合管理湖泊流域水资源具有重要的理论和实践意义。通过水文水动力联合模拟研究进展的综述,可深入了解湖泊流域联合模型发展和演变过程,把握国际研究主流趋势和前沿手段。传统湖泊流域联合模拟方法主要通过流域水文模型结合湖泊水量平衡模型来计算湖泊流域水均衡组分,但水量平衡方法仅是对湖泊过程的一般性描述,难以切实反映水位空间差异显著的湖泊系统有着显著的水动力特性。基于流域水文模型与湖泊水动力模型的联合系统克服了大尺度湖泊流域系统难以切实描述和完整模拟的难点,在湖泊流域系统水资源管理与调控中发挥了重要作用。系统概述了国内外不同尺度湖泊流域系统水文水动力联合模拟研究,归纳总结了基于外部耦合、内部耦合与全耦合技术的联合模型的优势和不足。从学科发展趋势和应用需求的角度出发,概述了湖泊流域系统联合模拟的难点和今后发展趋势