基于GIS的鄱阳湖流域非点源吸附态污染物时空变化研究

鄱阳湖作为中国最大的淡水湖,国际重要湿地,其生态环境保护与可持续发展意义重大。基于GIS技术,以鄱阳湖流域为研究区域,利用3个时期多源数据,首先运用土壤流失方程估算鄱阳湖流域土壤侵蚀量,计算土壤侵蚀模数,然后根据泥沙输移比估算水体的泥沙负荷,最后采用颗粒态氮磷营养盐迁移经验模型定量研究鄱阳湖流域非点源吸附态污染物N、P负荷的时空变化规律。结果显示:吸附态氮磷污染负荷在空间分布上呈现出四周高、中间低的特点,相对较高的区域位于流域中、上游,这主要由于该区域多为山地陡坡;相对略低的区域位于流域的下游地区,这主要因为该区域平原和丘陵交错分布,土壤侵蚀强度较低。时间变化上,全流域单位面积N、P吸附态污染物负荷大都呈现先增加后减少的趋势,同时减少的幅度较增加的幅度大。     

鄱阳湖水生态安全现状评价与趋势研究

通过收集整理鄱阳湖社会经济、生态环境和水环境资料,运用PSR模型、层次分析法和综合指数法确定鄱阳湖现状年的水生态安全度并预测鄱阳湖水生态安全发展趋势。结果表明：城镇生活污水处理率、农业化肥施用量、万元GDP用水量、鄱阳湖水质、钉螺面积等指标对鄱阳湖水生态安全有较大影响;鄱阳湖现状（2005年）水生态安全度为0.513 3,属于“基本安全”;2010年鄱阳湖水生态安全度为0.565 1,较2005年有所提升,但仍属于“基本安全”的范畴;近期内,鄱阳湖水生态安全度将在“基本安全”的范畴内波动。随着湖区周边经济社会的发展,环境压力的不断加大,若维持现有的保护力度,则鄱阳湖水生态安全的变化趋势不容乐观。应对环境压力的响应措施不足,主动保护水生态系统的行为或意识较为欠缺,是导致鄱阳湖水生态安全等级不高的主要原因。     

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。     

鄱阳湖水体污染现状与水质预测、规划研究

从鄱阳湖的自然景观特征着手，在介绍了该水体污染现状的基础上，对其到本世纪末水质进行了预测、规划。     

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。     

鄱阳湖生态经济区生态产业发展研究

建设鄱阳湖生态经济区是对长江流域开发建设和综合治理新模式的探索,是落实科学发展观的必然要求。鄱阳湖生态经济区的建设和发展,离不开生态产业的建设和发展。通过对鄱阳湖生态经济区生态产业发展现状分析,研究了鄱阳湖生态经济区的产业发展的理论和现实基础,探讨了生态产业运行的经济发展原则、生态友好原则和产业优化原则,建立了鄱阳湖生态经济区各城镇2007年城镇辐射力模型,并根据区域经济开发“点-轴”理论,分析认为鄱阳湖生态经济区产业发展要实现从“点（南昌） 圈”式发展模式向“双核（南昌 九江）双轴（沿路和沿江）多动力”发展模式转变。在此基础上,提出了促进鄱阳湖生态经济区生态产业发展政策建议,即要做到区域内严格的空间开发管制和和谐的财政转移支付;要加大对高新技术产业的投入,大力发展新型工业;要加快新农村建设,促传统农业向现代农业转型;要依托自身优势,大力发展现代服务业.     

鄱阳湖生态环境保护与资源利用技术模式研究

鄱阳湖是我国第一大淡水湖泊,也是国际重要湿地,在维系长江水量平衡和生态安全方面,发挥着十分重要的作用和功能。近年来,鄱阳湖生态环境受到经济发展和人口增长的威胁,主要表现为：湿地生态系统退化,湖泊生态功能下降,流域生物多样性减少,水生植被萎缩,水污染程度日趋严重。湖区内产业结构和资源利用的不合理也限制了其经济发展。建设鄱阳湖生态经济区发展战略的确立要求江西尽快探索出一条保护生态与发展经济的双赢之路。结合鄱阳湖区生态环境与资源利用现状,通过2 a多的集成研究与示范,已形成了湿地恢复、沙化综合治理、农业污染治理和资源合理利用等十多种技术模式,在保护环境的同时提高了农民收入,为实现鄱阳湖生态经济区建设目标提供了技术支撑.     

鄱阳湖水土环境及其水生维管束植物重金属污染

位于鄱阳湖流域乐安河中下游的德兴铜矿,是我国著名的大型铜业基地,是鄱阳湖流域重金属污染的主要来源之一。2003年7月至8月对鄱阳湖部分流域的水质、沉积物、底泥及水生维管束植物等样品的重金属污染进行了研究调查,采用原子吸收分光光度法分别对样品中的Cu、Zn、Pb、Cd等重金属含量进行了测定,并对测定结果进行了评价。研究结果表明,鄱阳湖流域水体中的重金属含量均达到地表水评价标准中的Ⅰ类标准,底泥、土壤等已受到了一定程度的重金属污染。而水生植物对重金属元素都具有不同程度的富集能力,植物对重金属的富集作用与土壤背景值有一定的相关性,土壤中重金属的背景值越高,植物对重金属的富集量也相应增加。     

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。     

鄱阳湖水利枢纽工程对湖区氮磷营养盐影响的模拟研究

运用EFDC模型构建鄱阳湖水利枢纽工程与主湖区的二维模型,使用Delft3D软件划分研究区域网格,并以2010年实测TIN、TP数据为初始条件,模拟水利枢纽运行前后湖区氮磷营养盐的变化特征,验证结果显示TIN 和TP的计算值和实测值吻合较好,证明了模型计算结果的有效性和可靠性。结果表明：水利枢纽运行后,枯水期湖区TIN、TP浓度分别增长2042%和2055%,达到286和044 mg/L,饶河是湖区污染物的主要来源;平水期湖区TIN、TP浓度分别增长1339%和1290%,达到208和018 mg/L,赣江主支与修河的汇流是湖区污染物的主要来源,枢纽对氮磷的影响主要体现在对磷素的控制上;在以松门山为界的南、北湖区,TIN表现出北湖区>南湖区,TP为南湖区>北湖区的变化特征;湖区N/P比值为927,比实测值低291%,磷素污染较重