退田还湖对鄱阳湖洪水调控能力的影响

利用实测资料统计了鄱阳湖近50年来湖盆形态和洪水水情的变化,表明由于围垦的作用,1954~1992年鄱阳湖面积共减小1 300 km2,容积共减少81×108 m3,调节系数从17.3%下降到13.7%,调洪能力降低20.8%;20世纪90年代与50年代相比,年最高水位平均值抬高1.80 m。计算了退田还湖对近50年来两次特大洪水（1954年洪水和1998年洪水）最高水位的效应值,表明分别可使1954年洪水和1998年洪水的最高水位降低0.72 m和0.68 m。估算了退田还湖对鄱阳湖洪水位频率的影响,表明50年一遇和100年一遇的洪水位分别可降低0.63 m和0.68 m。计算还表明,高水还湖（单退）降低洪水位的作用与圩区还湖前夕的内涝程度密切相关,说明及时排除圩区的内涝对保障退田还湖的防洪减灾作用至关重要。分析了退田还湖面临的主要问题,分别是高水还湖圩区的内涝问题和平垸行洪（双退）圩区的血防问题;探讨解决这两个问题的具体对策,分别为单退圩堤采用“限高加固,排空待蓄”的运作方式,双退圩堤采用“敞开进洪,兼顾血防”的运用方式。     

鄱阳湖水流运动与污染物迁移路径的粒子示踪研究

湖泊水流运动和污染物的迁移路径对湖泊水质起着关键作用。采用水动力和粒子示踪耦合模型,并结合野外粒子示踪实验来调查鄱阳湖洪水季节空间水流运动和污染物迁移路径。模拟结果显示,流域五河点源入湖污染物和湖区空间面源分布污染物均会沿着不同方向迅速进入湖泊主河道,在快速水流推动下逐渐向北部湖区迁移,但部分污染物因东北部湖湾区存在顺时针方向环流而发生长时间滞留和富集。野外粒子示踪实验同样表明,东北部湖湾区污染物迁移路径随着该湖区水流运动表现得复杂多变,除了可以明显观察到顺时针方向的污染物运动,还可以发现污染物向湖岸边界和湖汊迁移,最终滞留在东北部湖湾区,而康山湖区污染物在快速水流推动下主要沿主河道向西北主湖区迁移,未发现污染物进入东北部湖湾区的迹象。鄱阳湖洪水季节水流运动和污染物迁移路径具有枯水期水流-污染物传输特性。模拟得出鄱阳湖洪水期的平均换水周期约89 d,表明其可能需要近3个月时间才能彻底完成一次换水。研究成果可为大型通江湖泊"江湖关系变化"研究提供参考,对保护"一湖清水"、保障长江中下游水环境安全具有重要现实意义。     

湖北省湖库洪水调蓄能力及其空间分异特征

湖泊是抵御湖区水系洪水灾害的天然屏障，而水库是现代防洪工程体系的重要组成部分，两者共同肩负着防洪减灾的重任。为探明湖北省湖库洪水调蓄能力，选取湖泊可调蓄水量、水库防洪库容作为评估指标，通过构建湖库洪水调蓄能力评估模型，分析全省湖库洪水调蓄能力及空间分异特征。结论如下：（1）湖北省湖泊、水库综合洪水调蓄量为416.02×108m3，其中湖泊可调蓄水量为79.69×108m3，水库防洪库容为336.33×108m3，分别占湖库洪水调蓄功能总量的19.16%和80.84%;（2）湖泊可调蓄水量较大的地区包括武汉、荆州、鄂州、黄石等地市以及鄂东丘陵、江汉平原，而单位面积湖泊调蓄洪水能力较强的地区为鄂州、黄石、咸宁、黄冈，其值分别为405.99×104、400.31×104、392.32×104和391.22×104m3/km2;（3）水库防洪库容较大的地区主要为鄂西山地的宜昌和十堰，分别为119.18×108m3和 103.03×108m3，占全省防洪库容总量的66.06%，而鄂州、天门和神农架水库防洪库容极小，不足全省水库总防洪库容的1%;（4）湖库综合调蓄能力空间分布特征与水库洪水调蓄能力空间分布相一致；从湖泊、水库洪水调蓄能力的构成来看，以湖泊防洪为主和以水库防洪为主的地市不相上下，水库在湖北省防洪体系中占绝对主体地位，同时湖泊也发挥着不可或缺的作用。针对湖泊萎缩、水库险病等突出问题，可以通过退田还湖、除险加固等工作提高湖库综合调洪能力。本研究可为湖北省湖库防洪建设提供科学指导。 关键词： 湖泊；水库；洪水调蓄功能；空间分异；湖北省     

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。     

鄱阳湖区人地关系转变及其驱动力分析

通过综述鄱阳湖区人地关系史3个重要时期“围湖造田”、“退田还湖”及“鄱阳湖生态经济区”人类活动对湖区生态环境的影响及三者的转变过程,探讨了湖区人地关系的转变及其驱动力。结果表明“围湖造田”降低了湖泊、湿地的诸多功能（如调蓄洪水、维持生物多样性、碳汇等）,促生了人地之间的紧张关系;“退田还湖”则使湖泊、湿地功能得以逐步恢复,缓和了湖区人地关系,而“鄱阳湖生态经济区”的提出与建设将产生良好的社会、经济与生态效益,把湖区人地关系推向和谐阶段。鄱阳湖区人类活动由“围湖造田”到“退田还湖”的转变是在当地人民对自然灾害的深刻反省与国家政策的双重驱动下实现的,而“鄱阳湖生态经济区”的提出与建设则是人与自然和谐相处的价值观在社会、经济发展中的体现,是当地人民主动建设生态文明和实践科学发展观的典型案例。     

堑秋湖渔业模式对鄱阳湖南矶湿地越冬候鸟种群数量的影响和保育对策

鄱阳湖是我国最大的淡水湖、国际重要湿地。“堑秋湖”是当地老百姓根据鄱阳湖夏涨秋落的规律,在湖底低洼处堑壕沟、围矮堤,以便在秋季退水时截留更多的鱼和水,最后将鱼类资源一网打尽的渔业方式;也是长江流域中下游湖区以及鄱阳湖流域老百姓利用季节性浅水蝶形湖泊中渔业资源最主要的捕鱼和管理方式。采用PRA方法对江西鄱阳湖南矶湿地国家级自然保护区“堑秋湖”历史及现状进行问卷调查,采用样线样点结合方法对越冬候鸟种群数量进行调查分析。研究表明：鄱阳湖南矶湿地国家级自然保护区拥有蝶形湖泊26个,均已承包给个人管理并存在养鱼虾蟹等行为,为典型的“堑秋湖”渔业模式;不同月份越冬候鸟数量变化呈“M”型,不同样线候鸟数量差异较大,而候鸟种类在月份和样线方面差异不大;“堑秋湖”渔业模式对鄱阳湖越冬候鸟的种群数量、分布及栖息地生态功能的发挥存在明显正负面影响。对于建立经济社会可持续发展的“堑秋湖”经营模式进行了探讨,提出了有利于越冬候鸟栖息的保育对策     

鄱阳湖枯水期水体营养浓度及重金属含量分布研究

通过监测鄱阳湖枯水期的主湖区、五河入湖口以及碟形湖表层水体氮、磷等营养浓度以及重金属含量变化,对鄱阳湖全湖的营养状况以及重金属污染现状进行了系统分析。结果表明：2010年枯水期的鄱阳湖流域表层水体总氮、总磷、化学需氧量等含量较高,达富营养化水平,湖泊水质受总氮、氨态氮、总磷和pH的影响较大。且鄱阳湖水域的氮、磷等营养存在明显的空间差异。研究结果进一步显示,饶河入湖口水体N、P污染最严重（TN 314 mg/L;TP 025 mg/L）,修河入湖口污染程度次之（TN 134 mg/L;TP 009 mg/L）,而南矶山碟形湖水体污染最小（TN 049 mg/L;TP 005 mg/L）。鄱阳湖表层水体重金属Pb、Cd的含量较低,符合国家渔业水质标准要求,尤其是湖泊Cd含量低于地表水Ｉ类标准。但鄱阳湖流域Cu、Zn污染较严重     

洞庭湖区湿地生态功能退化与避洪,耐涝高效农业建设

地处长江中游的洞庭湖是一个承纳湘、资、沅、澧四水和吞吐长江的洪道型湖泊,在其特殊的地理环境与碟形盆地圈带状景观结构控制下,形成了以敞水带、季节性淹没带、渍水低地为主的我国最大的湖泊地区湿地景观,湿地总面积８７．７０万ｈｍ＾２。由于湖区发展过程中没有协调好人地、人湖关系,中上游干支流水土流失加剧、湖泊泥沙淤积与过度围湖垦殖、高水位地段农业布局与种植制度不合理等人为因素导致湿地面积减少、调蓄能力下降,     

应用生态系统方法研究鄱阳湖枯水调节

2003年以来,鄱阳湖枯水期水位连创新低,持续时间延长,导致水质恶化、湿地生态系统遭受破坏、候鸟栖息地受到威胁;生产生活用水、农田灌溉、航运和水产捕捞受到严重影响。为了改变鄱阳湖枯水期持续处于低水位状态,确保江湖水系健康,利用生态系统方法,提出了鄱阳湖枯水调节的基本原则：改善生态环境为主要目的,调枯不调洪;从整体出发,做到江湖两利;以简单工程进行调节,趋利避害;保持工程运用的灵活性,实施适应性管理。同时,初步规划了鄱阳湖枯水调节工程的地点、规模和运行方式。作为一个以保护和改善生态环境为主的水利工程具有改善水环境、保护水生态、维护水安全,保护鄱阳湖湿地的生态环境和候鸟越冬条件,缓解长江下游枯水期低水位状态和促进湖区经济社会发展等方面的效益。     

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。     

基于GIS的江西省洪涝灾害风险评估

2010年夏季江西省发生多轮洪涝灾害,灾情十分严重。根据自然灾害系统理论,以江西省鄱阳湖流域地区为研究对象,从洪涝灾害的危险性、暴露性、脆弱性与防洪能力4个角度出发,选取降水、地形、水系、人口、经济、生态及圩堤等10个评价要素指标,采用90 m分辨率DEM、1960~2005年84个气象站点逐日降水量、2003~2008年江西洪涝灾情数据、2009年社会经济统计数据以及2005年江西省土地利用数据,以1 km单元格为基本评价单位,利用GIS空间分析与建模功能构建洪涝灾害风险评估指数模型,对江西省重大洪涝灾害进行综合风险评估。结果表明:该评估模型能成功应用于区域尺度,研究区洪灾风险分布呈现以江西北部的鄱阳湖湖区及蓄滞洪区为中心向两边递减的特点,从中心至外风险等级逐渐降低;从行政区划上,湖口、鄱阳、抚州、上饶等因地势平坦、降水量大、河网密集处于高风险区,而低风险区集中在降水少、地势高且山区分布较多、不易集水的江西南部,如:遂川、崇义等。经2010年6月17~25日发生的暴雨洪灾情况验证,该评价结果与实际情况相符,可为洪灾风险管理与决策提供科学依据。     

洞庭湖区农业环境与湖垸农业可持续发展模式

围湖垦殖形成了洞庭湖区湖垸农业形式,湖垸农业的形成加速了湖区人口的增长,人口的压力也促进了围垦。不断的围湖垦殖使耕地面积迅速增加。由于湖泊面积减少,湖垸农业处于外洪内涝的环境中。归纳了洞庭湖区的农业环境问题：洪涝灾害发生频率加大;水面减少,生物多样性降低;环境污染严重,湿地生态功能衰退;土壤退化和潜育化严重;血吸虫病死灰复燃等。结合已有经验,提出了湖垸农业可持续发展模式：认真实施生态保护工程,减少泥沙淤积;调整湖垸农业结构,建立可持续发展生态农业模式：避灾、减灾模式、水生经济植物模式、工业原料作物模式、林农复合经营模式、湖洲草地草食畜禽模式、麻基（油菜）渔塘农业模式等。     

近50年鄱阳湖水位变化特征研究

基于鄱阳湖棠荫水文站近50 a(1962～2012年)水位资料,采用Mann Kendall法和最大熵谱法分析鄱阳湖湖区水位的演变趋势和周期性。研究表明：(1)年平均水位、年最高水位没有显著变化趋势,年最低水位具有显著下降趋势;(2)年平均水位、年最高水位的突变点为2005年,突变后期转为微弱下降趋势,年最低水位的突变点为2003和2005年,突变后期下降速度加快;(3）年平均水位以25~26 a为第一主周期,6~7 a为次主周期,11 a、12 a、16 a年为第三主周期,年最高水位以19 a为主周期,年最低水位以6 a为第一主周期,16 a为次主周期;(4）未来10 a内鄱阳湖水资源量并无显著衰减趋势,洪水位并无上升趋势,年最低水位持续走低,进入枯水时间提前,枯水持续时间延长     

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     

基于洪水过程的农业洪灾变化遥感快速评估模型及其应用

洪涝灾情的准确测度需要同时兼顾淹没区的面积大小和淹水时长信息。利用淹没区内由水和作物等多种地物所组成的"复合水体"不同于水体的波谱时间变化特性,将不同洪灾时期的水体指数和植被指数进行信息复合,以有效凸显水体和洪涝淹没区之间的影像差异,据此进行了灾初期、峰期和中后期等3个时次受淹范围的有效识别。在此基础上,根据洪涝灾情随着淹没时长而加重以及灾区内淹水时长非均匀分布的特性,建立基于淹没时长的受淹面积不等权参与的洪灾扩展动态度指数(Variation Index of Flood,VIF)和区域灾情比较指数(Comparison Index of Flood Disaster,CIFD)两种模型,并将模型应用于鄱阳湖区2016年夏季农业洪涝灾害的时空变化遥感监测。结果显示,应用上述两种模型不仅可以准确获取鄱阳湖区本次农业洪涝灾情的演变趋势,而且能够方便地对比分析区域内不同地方的受灾程度。鄱阳湖区在2016年6月23日~7月25日期间的洪涝灾情具有由弱增强再趋弱的特征,其VIF指数由初始阶段(6月23日~7月9日)的3.75降至后续阶段(7月9日~7月23日)的1.29;鄱阳县是研究区内受灾最严重的区域,其CIFD指数值居于研究区内各受灾县市之首,该县受灾总面积以及多次被淹的灾区面积均高于其他县市。     

鄱阳湖水体垂向分层状况调查研究

湖泊水体混合或分层对环境和生态具有显著指示意义,能够提高对未来湖泊水环境状况的评价与管理。针对洪泛鄱阳湖水位季节性变化显著等特点,基于剖面温度和稳定氢氧同位素的调查分析来探明多因素影响下鄱阳湖水体垂向分层或混合状况。结果发现:鄱阳湖枯水期和洪水期水体垂向温差大多处于0~1.0℃,大部分水域温差小于0.5℃,但偶见洪水期部分水域会达到1.5℃的较大温差。总体表明,在季节变化尺度上,鄱阳湖具有较为稳定的等温层,没有明显温度分层特征。同位素分析结果得出,枯水期和洪水期的氢氧稳定同位素值在深度剖面上呈均一分布,表明鄱阳湖水体混合状况较好或完全混合。虽然湖区气象条件和水文条件均是影响鄱阳湖水体分层或混合的重要因素,但鄱阳湖入流和出流等水文条件是影响鄱阳湖水体垂向混合的主要因素。鄱阳湖水体混合同时对湖泊水环境因子的垂向分布特征可能产生重要的影响或控制作用。首次基于大量野外监测有针对性地开展鄱阳湖水体分层研究,结果有助于对湖泊水流结构的深入认识,可为湖区水体污染物的输移模拟与作用机制阐释等方面提供科学参考。     

三峡水库防洪调度运行对洞庭湖区防洪减灾的贡献

位于长江中游的洞庭湖区为中国洪涝灾害频发地区之一。2010年的洪水是长江1998年大水后,也是三峡水库蓄水运用以来所遇到的首次较大洪水,在5次洪水过程中,三峡水库实施了5次防洪调度,较大程度地减轻了长江中下游地区的洪水压力。长江中游荆江既是连接三峡水库和长江中下游河道的纽带,又是沟通洞庭湖的水流通道。基于三峡水库出库流量与荆江三口、洞庭湖城陵矶的水文对应关系,以实测水情、灾情资料为依据,运用对比分析方法,揭示2010年汛期三峡水库防洪调度对减轻洞庭湖区的洪水压力及减少洪涝灾害损失的贡献率。结果表明：6~8月份三口入湖洪量减少约24261×108 m3,湖口城陵矶洪水位降低082 m;湖区减少洪涝灾害直接经济损失约19983×108元,间接经济损失约0638×108元