湘江干流水环境质量演变特征及其关键因素定量识别

为科学有效地保护湘江流域水环境，定量识别湘江干流主要水质指标的驱动因素，该研究基于1990~2016年水质监测数据及沿岸永州 长沙五市社会经济发展指标，采用Mann-Kendall检验法分析湘江干流水环境演变趋势，通过逐步回归分析确定各地区各水质指标主要驱动因素。结果表明：湘江干流COD_Mn、Cd、As整体呈下降趋势，上游BOD₅呈下降趋势，上中游NH₃-N呈上升趋势，中游衡阳、株洲市重金属Cr⁶⁺呈上升趋势，衡阳市TP呈上升趋势，中下游BOD₅呈上升趋势；定量追溯各水质指标影响因素得出工业污染是湘江干流重金属As、Cr⁶⁺、Cd主要驱动因素，永衡株潭地区NH₃-N，衡阳市BOD₅、COD_Mn、TP及衡株潭地区BOD₅均以农业污染影响为主；发现产业结构调整对干流水环境有显著影响，建议在流域产业结构调整过程中加强转型升级。     

流域绿水管理博弈建模及应用分析

绿水资源表示水循环通过降水渗透入土壤非饱和层并由植物蒸腾或土壤蒸发返回大气层的水汽，是农业作物生产的重要基础，但是通常被传统流域水资源管理所忽视。基于流域水量平衡和蓝水绿水综合思维，将绿水资源纳入流域水资源管理体系。在绿水信贷理念和博弈建模分析框架下，结合SWAT分布式水文模型、多目标优化及情景比较分析，利用绿水管理措施合理优化配置流域蓝水绿水资源，采用绿水生态补偿协调处理上下游利益冲突的博弈问题，探索性地提出了流域绿水管理博弈框架。该框架通过博弈建模可以识别分析流域绿水管理问题的博弈空间、博弈结构和纳什均衡等博弈特征；通过合作博弈约束条件改进的多目标优化，可以计算流域绿水管理情景的绿水补偿标准和帕累托最优收益。将建立的绿水管理博弈框架应用于涟水流域实例研究，NSE、R2、PBIAS、p-factor与r-factor等模拟效果评价和不确定性分析结果表明，涟水流域SWAT分布式水文模型的蓝水绿水模拟均达到可信程度。上下游收益变化、绿水补偿标准与帕累托最优解集等博弈分析结果显示，涟水流域整体社会经济与生态环境收益明显改善，其帕累托最优收益平均增长2.72亿元/a，年均绿水补偿标准折合1.94、1 253.7元/hm²。实例分析表明提出的绿水管理博弈框架在涟水流域具有较好的适用性和可行性。因此，该方法可以为流域蓝水绿水管理试点研究及其绿水补偿标准核定提供相关理论依据和技术参考，具有一定程度的的应用价值和现实意义。     

光照和营养盐对浮游动物和浮游植物生物量及其营养联系的影响

水生态系统中物质(营养盐)和能量(光照)输入的不平衡能影响浮游动物和浮游植物的生长,但两者的交互作用在浮游生物现存量的预测中还较少涉及。通过对湖北省内14个水体进行春采样,研究了光照和营养盐的交互作用对浮游动植物生物量预测能力的影响,并探讨了两者对浮游动植物间营养联系的影响,以期为湖泊生态系统的监测和管理提供理论依据。研究结果显示:浮游植物和浮游动物生物量均与营养盐不存在显著相关性;ρ_(Chl a)与漫射衰减系数(K_d)(r=0.526,P=0.036)和光照×营养盐(r=0.57~0.70,P0.05)均呈显著正相关;浮游甲壳动物的生物量随着K_d增加而显著减少(r=-0.544,P=0.029)。浮游动物、植物生物量之比(ρ_Z/ρ_P)随着K_d(r=-0.651,P=0.006)和营养状态指数(TSI)(R~2=0.64,P0.001)的增加而显著下降,表明两者之间的营养联系在低光照、高营养盐的环境下变弱。逐步线性回归分析显示:浮游甲壳动物生物量能够单独被K_d更好地预测(R~2=0.30,P=0.029);光照和总溶解性氮的交互作用提高了多元线性回归模型对ρ_(Chl a)(R~2=0.47,P=0.003)和ρ_Z/ρ_P(R~2=0.45,P=0.004)的预测。     

气候变化对涟水流域蓝水绿水资源的影响

利用SWAT分布式水文模型模拟分析1996~2015年过去20 a及2020~2079年未来60 a长期气候变化背景下涟水流域蓝水绿水资源的时空分布变化特征。将气候变化划分为1996~2015年、2020~2049年、2050~2079年三段气象背景时期,选用Had GEM2-AO大气模式的RCP2.6、RCP4.5、RCP6、RCP8.5四种典型浓度路径作为未来时期的气象输入条件,并细分为9种气候变化情景。运用PSO粒子群优化算法,以KGE克林效率系数为目标函数,采用湘乡站实测径流量及MOD16蒸散发数据并行校准模型参数,通过p-factor、r-factor、R2、NSE和PBIAS评价模型模拟效果和不确定性,评价结果表明校准期及验证期蓝水绿水模拟均达到可信程度。情景分析结果表明,对比1996~2015年、2020~2049年、2050~2079年三段气候背景时期,在各RCP浓度路径下蓝水均呈现了不同程度的下降趋势,大约降低了1.4%~17.3%,绿水流均表现出一定的上升趋势,约增长3.5%~12.4%,绿水蓄量则在持续降低,大致下降了7.8%~19.7%,即使将95PPU模拟不确定性范围考虑进来,绿水流的增长趋势也较为明显。因此,将绿水资源纳入涟水流域未来水资源评价体系,实现蓝水绿水综合规划管理具有实际意义。     

日调节电站库区生态水文情势评价——以湘江干流衡阳站为例

河流生态水文情势对生态系统起着决定性作用，定量评估日调节电站库区中部生态水文情势影响，可为日调节电站的生态调度，维持河流生态健康等提供科技支撑。采用变动范围法（RVA）对湘江干流大源渡枢纽库区衡阳水文站1959~2015年逐日流量、水位及流速指标进行分析，采用生物多样性指标SI初步评估库区生物多样性的变化。结果表明:日调节电站蓄水后，库区中部生态水文变化特征及生态影响为：流速IHA指标整体改变度达到81%，流量IHA指标整体改变度为43%；4～7月月均流速降低（高度改变）不利于“四大家鱼”产卵活动；库区年极小值流量的增加利于保障自然栖息地和植物群落；年极值流速降低在改变库区河道地貌的同时加大生态环境风险；流量、流速年最小值出现时间发生100%改变，影响生物的生命活动；流量低脉冲历时和流速高脉冲历时高度改变，不利于刺激家鱼产卵繁殖活动；枢纽蓄水后SI值降低，生物多样性降低。