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     

三江源区植被覆盖度的定量估算与动态变化研究

植被覆盖度是衡量地表植被状况的重要指标,其时空分布和变化对政府进行区域规划和决策起着重要作用。MODIS植被指数是区域植被覆盖度提取的重要数据源。利用2000年1月到2009年10月的MODIS 250 m归一化植被指数16 d合成产品（MODIS NDVI）和其他MODIS辅助数据估算三江源区的植被覆盖度并分析时空格局变化趋势。在混合像元二分模型的基础上改进了NDVI参数的确定方法,然后利用重构后的MODIS数据估算植被覆盖度。与2007年8月的野外采样点数据比较,估算精度是8772%,相关系数r为0889 7,表明该模型估算大面积植被覆盖度是可行的。将获得的植被覆盖度分为5个等级,从年最大化植被覆盖度Mfc的角度进行10 a里植被覆盖度的年际变化趋势分析和时空格局变化分析。趋势分析结果表明,2000~2009年三江源区植被覆盖波动式变化,东北部地区得到改善,西部地区在退化,总体呈现退化趋势;时空格局变化分析结果表明,植被覆盖破碎度降低,趋于集中化分布;不同等级覆盖度分布的复杂化程度降低     

洞庭湖渔业水域氮磷时空分布分析

根据2000~2011 年对洞庭湖渔业环境监测数据,对东洞庭湖、南洞庭湖、西洞庭湖和三江口4 个不同渔业水域的总氮、总磷、氨氮和硝酸盐氮浓度的时空分布进行分析。结果表明：（1）洞庭湖总氮、总磷、氨氮和硝酸盐氮浓度均值分别为143±041、009±003、032±005和063±011 mg/L,总氮最大值为2009 年5 月丰水期东洞庭湖的鹿角采样点,为480 mg/L,总磷最大值为2008 年1 月枯水期鹿角采样点,为0417 mg/L,分析得知,所有采样点中鹿角采样点较其它采样点污染严重;（2）洞庭湖氮、磷浓度年均值间差异性显著（P<005）,除总磷变化规律不明显外,总氮、氨氮和硝酸盐氮的年浓度均值总体呈上升趋势,与此同时,洞庭湖在丰水期、平水期和枯水期的氮、磷浓度均值间也存在显著性差异（P<005）,平水期总氮平均浓度最高,枯水期总磷浓度均值最高;（3）东洞庭湖、南洞庭湖、西洞庭湖和三江口4 个湖区氮磷浓度均值间也存在显著性差异（P<005）,总氮、总磷和硝酸盐氮均值以三江口最高,氨氮均值以东洞庭湖最高,主要受城市污水和工业污水影响严重;（4）面源污染是洞庭湖主要污染方式,也是造成洞庭湖水体富营养化程度加剧的主要因素,面源污染占洞庭湖污染总量的94%～99%,主要包括农业污染、城市生活污水和畜牧水产养殖业污染;点源污染占洞庭湖污染总量的1%～6%,主要为工业污水和城市生活污水的排放,虽然排放量相对于面源污染较小,但是工业污水含有高浓度的有毒物质,且瞬时排放量大,很容易造成渔业污染事故,严重时会影响到人类的健康;（5）参照《地表水质量标准》（GB3838 2002）中的水质分类标准,所有监测年份中,仅2000 年水质为III 类,其它年份水质类型多为IV 类,部分年份为V 类,推断洞庭湖渔业水域大部分处于中度污染状态,部分湖区处于重度污染,根据《渔业水质标准》和鱼类对水环境质量的需求,洞庭湖水质不利于鱼类繁殖、早期发育、索饵和越冬等行为,势必会造成洞庭湖渔业资源的衰退     

基于MODIS-EVI数据的长江三角洲地区植被变化的特征

基于2001~2010年MODIS EVI植被指数产品数据,结合国家标准气象站逐月气温、降雨及日照时数资料,对长江三角洲地区植被的时空变化特征进行分析。结果表明：（1）空间分布上,该区域西南部以林地为主,而东北部以农田为主,近10 a植被变化面积占总面积的32%,以农田的转出和城镇的转入为主;（2）区域年最大EVI整体呈减少趋势（-0028/10 a）,不同季节下,夏冬季均呈减少趋势（以2月和8月份最为显著）,春秋季则呈增加趋势（以5月和10月份最为显著）;（3）不同植被类型下,城镇和农田EVI呈不同程度减少趋势,以城镇EVI下降速度(-0076/10 a）最为显著（R2=077）,而林地变化较弱;(4)研究区湿润气候环境下,农田和林地年最大EVI与日照时数和气温多呈正相关性,与降雨多呈负相关性,其中以林地EVI与2~4月份日照时数的正相关性较为显著,城镇EVI与气象因子的关系相对较弱,更多的是受城镇化等人类活动的影响     

洞庭湖流域生长季气象特旱对植被覆盖的影响

基于洞庭湖流域2000～2017年97个气象站点的综合气象干旱指数(CI)和MODIS增强型植被指数(EVI)资料,结合植被类型数据,采用最大值合成、相关分析等方法,分析了近18年来洞庭湖流域生长季(4～10月)植被(自然和人工植被)EVI与特旱强度的时空变化特征,探讨了自然植被和人工植被对特旱响应的敏感性。结果表明:在年际变化上,自然植被和人工植被区域的特旱强度最大值和EVI的最小值均出现在2011年;在季节变化上,生长季特旱强度分布为秋夏春季,自然植被EVI值明显高于人工植被,季节分布均为夏春秋季;比较而言,人工植被对特旱的敏感性高于自然植被,但两类植被对特旱的敏感性均随植被生长阶段而变化,其中两种植被EVI与特旱强度之间的最显著相关性均出现在8月;特旱强度和EVI能够很好地反映2011年春旱和夏秋连旱的时空变化过程。     

基于遥感的2000~2009年鄱阳湖流域蒸散特征及影响因子研究

蒸散是水循环过程重要的分量,分析鄱阳湖流域蒸散的时空格局及影响因子作用对流域水资源合理利用和提升流域生态服务功能具有重要意义。以MODIS产品数据为主要数据源,应用地面温度 植被指数三角关系法反演了鄱阳湖流域2000~2009年的实际蒸散量,分析了流域蒸散的时空分布特征及主要气象因子对流域蒸散的影响。结果表明：（1）鄱阳湖流域蒸散具有很强的空间异质性,蒸散较大的区域位于湖区水域和流域森林分布区域,而湖区周围和流域中部的农田和草地蒸散相对较小。2000~2009年流域年均蒸散量为795 mm。2003、2004、2007和2009年的枯水年份,蒸散值较高,变化范围为802~890 mm;（2） 鄱阳湖流域各子流域年蒸散量为666~1 031 mm,其中饶河和修水流域蒸散量高于其他流域,这是由于这两个子流域林地所占比例较高（大于70%）。流域蒸散占降水的比例为04~07,从年尺度上整个流域仍表现为水分盈余,但年内分配不均;（3） 流域蒸散与辐射和气温呈显著正相关关系（P＜001）,而蒸散年内分布格局则与降水格局有关,表现为月降水距平越小,月蒸散量越大。在枯水年份,降水格局对蒸散的影响尤为显著     

退耕还湖后菜子湖湿地土壤理化性质及微生物量变化

以不同退耕年限下菜子湖湿地土壤和邻近原始湿地及仍耕作油菜地为研究对象,分析退耕还湖后土壤理化性质和微生物量碳氮变化。研究结果表明：随着退耕还湖年限增加,土壤容重逐渐降低,土壤含水量和粘粒含量逐渐增加,土壤有机质和全氮含量逐渐增加,而土壤全磷含量降低;表层土壤微生物量碳含量为33377~70075mg/kg,表层土壤微生物量氮含量为3080~6401 mg/kg,且均有退耕还湖后升高趋势;土壤微生物量碳与土壤有机质、全氮、pH呈极显著相关（P<001）,与土壤粘粒含量显著相关（P<005）;土壤微生物量氮与土壤有机质、全氮、容重呈极显著相关（P<001）,与pH显著相关（P<005）。分析表明,退耕还湖后随着人类活动干扰压力的减弱和湿地水文条件的恢复,自然植被也逐渐恢复,土壤理化性质朝原始湿地方向改善,促使土壤微生物量升高,但总体仍未达到原始湿地状况     

汉江中游河谷平原植被指数时空变化及其与沙化土地动态的关联关系

针对沙化土地广泛分布的汉江中游河谷平原区,采用MODIS EVI数据分析2003~2011年区域植被状态时空变化,并据此探讨沙化土地的动态特征。利用时序植被指数统计分析,探讨研究区植被的总体变化规律;分析不同缓冲区植被指数的空间分布格局,反映了区域环境状况的空间差异以及由此而可能产生的土地利用格局的变化;并基于不同距离缓冲区的EVI时空差异对比分析,探讨沙化土地动态与植被变化的关联关系。研究表明,近9 a来汉江中游河谷平原区EVI呈明显上升趋势;随着离河流距离的逐渐增加,每千米范围内各年的年均EVI值均表现出先增大后减小的空间特征,并在距河3 km区域处EVI值达到最大;而EVI的时空差异,则体现了沙化土地的空间分布与动态特征     

筑坝蓄水过程对高原湿地拉市海湖滨植被的影响

选择滇西北高原湿地拉市海湿地湖滨作为研究区域,采用传统的野外植被调查和定位观测相结合的方法对该区域植被特征、分布格局及受筑坝蓄水过程的影响进行分析和研究。结果表明：研究区共有维管束植物97种,隶属于34科76属,可划分为2个植被类型,3个植被亚型,10个群落类型;拉市海筑坝蓄水过程对研究区植物群落分布格局和组成结构产生明显的影响,草甸植被、沼泽植被和湖泊水生植被占研究区面积比重分别从2009年的4454%、1869%和3676%变为2011年的3259%、1368%和5359%,草甸植被和沼泽植被的面积不断缩小,湖泊水生植被面积持续扩大,狗牙根〖WTBX〗（Cynodon dactylon）逐渐取代蒿属（Artemisia）〖WTBZ〗植物在草甸植被中的优势地位,而李氏禾群落（Com.Leersia hexandra）成为了研究区湖滨带水生植物的主要成分;研究区植被在筑坝蓄水过程的胁迫下呈草甸植被（杂草群落、狗牙根群落Com.Cynodon dactylon）,沼泽植被（葱状灯心草群落Com.Juncus allioides、菖蒲群落Com.Acorus calamus、刚毛荸荠群落Com.Eleocharis vallcculosa、水蓼群落Com.Polygonum hydropiper）,湖泊水生植被（李氏禾群落Com.Leersia hexandra、两栖蓼群落Com.Polygonum amphibium、满江红群落Com.Azolla imbricata、鸭子草 穗状狐尾藻群落Com.Potamogeton distinctus Myriophyllum spicatum）的演替格局;拉市海植物群落受筑坝蓄水过程影响发生的逆向演替,从理论上延长了湿地的服务年限,但蓄水过程对鱼类的生存和繁殖、越冬水禽的生境及整个湿地生态系统结构和功能的影响是长期的,还有待深入的研究     

基于WTA的湿地周边农户受偿意愿及影响因素研究

为了实现鄱阳湖湿地生态系统的可持续发展,促进公平合理的湿地保护局面的形成,对鄱阳湖湿地周边农户家庭生产生活的基本情况、生态环境的认知、以及基于禁渔期、保护候鸟和封洲禁牧等保护措施的生态补偿意愿进行了深入调查。结果表明：（1）鄱阳湖周边农户的家庭收入与湿地紧密相关,湖区农户具有一定的湿地生态环境认知和生态保护意识;（2）193份有效问卷中愿意接受补偿的比例高达881%,农户户均生态补偿意愿为3399元/(a·户),由此估算出鄱阳湖湿地生态补偿额约为每年582亿元;（3）Tobit回归模型的计量分析结果表明,农户的受偿意愿受年龄、生态效益的认知及生态保护态度的显著影响,研究认为提高农户的生态保护意识、对湖区农户进行合理的生态补偿是解决湿地保护与可持续发展问题的关键。     

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。     

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。     

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。     

鄱阳湖流域农村生活区面源污染特征及其影响

农村生活区水环境是流域水环境的重要组成部分。鄱阳湖流域是我国的重要农业生产区,农村人口众多,未经过处理的生活污水、生活垃圾和固体废弃物、分散畜禽养殖污染由于无序排放导致了鄱阳湖流域河湖水质下降,湖泊富营养化指数升高。通过采用污染物当量算法对鄱阳湖流域农村生活区面源污染估算,分析了1991~2011年农村生活污染现状及其趋势,并分析了鄱阳湖河湖水质变化趋势及其在农村生活区面源污染中的影响因子。研究结果表明：（1）1991～2011年,鄱阳湖流域农村人口、生活污染、生活垃圾和固体废弃物污染、分散畜禽养殖污染不断增加,其中农村生活污水污染物排放量、TN、TP和COD排放量增长了1268%,年平均增长量分别为036、002、1681和021万t;固体废弃物排放量、TN和TP排放量增加了1268%,年增长量分别为362、076和080万t;分散畜禽养殖污染TN、TP和COD的含量分别增长了9913%、6384%和7227%,年均增长量分别为022、003和009万t;（2）2000年以来,鄱阳湖流域河湖水质呈下降趋势,其中鄱阳湖湖泊的水质和富营养化指数下降趋势分别在001和005水平上具有显著性;（3）鄱阳湖流域农村生活区面源污染对流域水环境具有一定的影响,其中分散畜禽养殖污染的影响相对较大     

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。