三峡工程对洞庭湖水位影响研究

利用河流动力学Ｓａｉｎｔ Ｖｅｎａｎｔ方程组，通过建立描述长江水情的数值模式，进行三峡工程对长江城陵矶站水位影响预测。在预测结果的基础上，根据城陵矶站与洞庭湖各湖区水位代表站的水位相关关系，研究三峡工程对洞庭湖水位的影响。     

三峡水库蓄水对长江干流河岸植物组成的影响

三峡水库采取“冬蓄夏泄”的水位调度方式,导致淹没区的原河岸带和陆地植物及其群落的大量消失,并将逐渐形成适应消落带环境的植物群落。在忠县选择长江干流北岸典型区域建立固定样区,对蓄水前（2007年）后（2015年）158~173 m高程段植物组成变化进行研究。结果发现：（1）蓄水前,样区共有维管束植物106种（隶属47科96属）,优势植物生活型为多年生草本、一年生草本和灌木;蓄水后维管束植物种类下降了45.28%,只有58种（隶属26科51属）,其中多年生草本所占比例由蓄水前的40.57%上升为43.10%,一年生草本由蓄水前的28.30%上升为48.28%,灌木已不再是优势植物生活型。（2）蓄水后,狗牙根（Cynodon dactylon）的重要值由蓄水前的1.72%增大到45.06%,荩草（Arthraxon hispidus）和白茅（Imperata cylindrica）则由之前的6.81%和16.48%下降到0。样区下部的优势物种由蓄水前的荩草、白茅和喜旱莲子草（Alternanthera philoxeroides）变为狗牙根、稗（Echinochloa crusgalli）和水蓼（Polygonum hydropiper）;样区中部的优势物种由蓄水前的荩草和白茅变为狗牙根、苍耳（Xanthium sibiricum）、鬼针草（Bidens pilosa）和喜旱莲子草;样区上部的优势物种由蓄水前的白茅变为狗牙根、鬼针草和狗尾草（Setaria viridis）。（3）蓄水前,158~173 m物种数范围为42~66,各高程段物种数无明显变化趋势;蓄水后,158~173 m物种数范围为14~43,各高程段物种数差异明显,且呈现出随高程上升而增加的趋势,而物种多样性指数和物种均匀度指数均未随高程变化呈现出明显的变化趋势。研究表明,三峡水库运行导致消落带植物种类下降了近50%,许多不适应水淹的物种消失或优势度减小;一些克隆能力强的多年生草本竞争优势明显,部分种子扩散能力强的一年生草本依靠种子休眠的形式躲避冬季长期淹水,也能适应消落带这种特殊的生境;不同高程段消落带生态系统受淹水深度、淹水时间、淹水频率的影响不同,导致植物群落的物种组成和物种分布存在显著差异,特别是优势种变化明显。 关键词： 狗牙根;一年生草本;多年生草本;物种丰富度;水位变动     

三峡水库调节典型时段对洞庭湖湿地水情特征的影响

洞庭湖与长江联系紧密,三峡工程运行将改变洞庭湖的水文过程,影响湖泊湿地生态系统。为了评估三峡工程运行对洞庭湖湿地的水文影响,选取水文情势变化大且可能对植被生长产生重大影响的汛末蓄水和汛前腾空两个时段,运用反映江湖水动力交互的水动力学方法计算了三峡水库不同调节流量下湖泊水位与流量的变化特征,并结合湖泊高程和面积关系曲线,分析了不同增减下泄流量对洲滩湿地淹没出露的影响。结果表明,洞庭湖吞吐长江,复杂的江湖水动力交互作用使得湿地水文过程变化有明显的非线性。在恒定流条件下,汛末蓄水减泄4 000 m3/s流量可使城陵矶水位降低1 m。同样抬高1 m水位,汛前腾空约需增泄3 500 m3/s。在空间分布上,三峡水库调节对洞庭湖水情影响具有明显的异质性,受江湖关系和湖盆地形的影响,与长江水力联系紧密的东洞庭湖、南洞庭湖东部和西洞庭湖北部受三峡水库调节影响大,而西洞庭湖南部影响较小     

三峡水库蓄水对香溪河水环境的影响及对策研究

通过监测论证三峡建库后形成香溪河回水库湾水环境条件改变特征,评价表明水质由轻污染至重污染趋势发展。确定库湾周边的工业、生活污染点源、磷矿面源是构成水污染的主要负荷。指出溶解氧沿河道下游沿程逐渐减小,复氧系数降低,是引起水质恶化,破坏库湾生态平衡的主要因素。磷浓度过高将引起三峡水库局部水域富营养化,预测了总磷浓度沿程变化趋势。针对已发生和潜在的水环境污染问题,提出了加强流域非点源污染的管理、实施总量控制、建立污染源在线监测系统、立项建设污染治理工程、开展河湖水域接触氧化直接净化技术的科研究和实践、制定《三峡库区水污染防治法》地方法规、正确处理资源开发与环境保护协调发展的关系、走可持续发展道路等项防治对策与建议。     

洞庭湖近年干旱与三峡蓄水影响分析

季节性水文干旱是洞庭湖近年突出的水情问题,并因三峡影响而倍受关注。基于洞庭湖水文干旱的关注焦点（湿地生态影响）及其与湖泊水情的对应关系,建立了湖泊滩地出露与持续时间为依据的干旱度量指标;并利用水文分析方法,揭示了洞庭湖水文干旱发生的时空特点和水情机制;最后,基于BP神经网络模型获取的三峡水库蓄水对洞庭湖的水位影响量化了三峡水库秋季蓄水对湖区干旱的贡献分量。结果认为：（1）2000年后,洞庭湖的干旱频次明显增多、旱情加重,干旱程度以西洞庭最剧,东洞庭次之,南洞庭最轻;（2）洞庭湖不同湖区干旱成因存在一定差异,其中全湖的春旱基本由洞庭湖流域来水偏少引起,而东洞庭湖秋旱主要由长江来水减少引起,西、南洞庭湖秋旱则由长江和洞庭湖流域来水共同减少形成;（3）三峡水库蓄水对东洞庭湖秋旱起到一定的加重作用,但并非洞庭湖近年干旱的主要因素     

洞庭湖出口径流变化及对生态系统的影响

为了阐明洞庭湖出口径流变化及生态效应,根据城陵矶1960~2016年的日径流量数据,采用生态盈余和生态赤字两个生态径流指标,分别从年和季节尺度分析了洞庭湖出口径流变化,并讨论了其对洞庭湖生态系统的影响。研究结果表明：年生态盈余和年生态赤字的变化范围分别为0~0.39和0~0.47,且年生态赤字比年生态盈余的波动更加剧烈和频繁;季节生态径流指标差异较大,春季和冬季生态盈余波动比较频繁,夏季和秋季生态盈余变化不大;除冬季外,春季、夏季和秋季生态赤字在水文变异后呈明显上升趋势,且高于生态盈余;季节生态变化总值整体呈上升趋势,且在水文变异后更加离散,表明生态系统受到了较大的扰动。气候变化和人类活动是导致径流变异的主要影响因素。降水对生态赤字的影响较大;人类活动导致了高流量减少、低流量增加,使季节生态径流指标发生较大改变。径流变化与生态系统关系的基本准则表明,洞庭湖出口径流与生态系统具有紧密的联系,且径流改变对生态系统产生了负面影响。     

洞庭湖湿地景观格局变化以及三峡工程蓄水对其影响

通过对近20 a遥感影像的解译分析,结果表明：洞庭湖湿地景观格局变化较为迅速,在几种湿地景观类型中,芦苇分布面积稳定增长,由475 km²增至751 km²,年均增加13.1 km²,湖草的分布面积比较稳定,而水面与泥滩的分布面积则大幅减少。湿地格局演变总体上呈现芦苇挤占湖草的分布空间、湖草挤占水面泥滩的态势。分析认为泥沙淤积和湖泊水情变化改变了洲滩的淹水历时,引起植被分布的变化,是影响洞庭湖湿地景观格局的主要因素。2000年后,随着泥沙淤积减缓,湖泊水情变化对湿地景观格局影响更为重要,其中三峡水库的运行使洞庭湖中、低位洲滩提前出露,淹水历时缩短,导致湖草的分布界线明显向下延伸     

三峡水库蓄水运用期化学需氧量和氨氮污染负荷研究

根据三峡工程生态与环境监测系统污染源监测资料和相关研究成果,分析了库区化学需氧量（CODCr）和氨氮总污染负荷现状及历年变化情况,结果表明三峡水库污染负荷主要来源于上游。近5 a来,进入三峡水库的CODCr污染负荷平均为528.6万t/a,氨氮负荷平均为7.28万t/a,其中上游来水和库区CODCr负荷约为443.2万t/a和85.42万t/a,分别占83.8%和16.2%;上游来水和库区氨氮负荷约为4.75万t/a和253万t/a,分别占652%和348%。废污水及其污染物排放主要来源于重庆主城区。1997~2009年,尤其是三峡水库蓄水运用期内,库区废污水排放总量随库区社会经济快速发展而显著增加,但主要污染物CODCr和氨氮排放量增加态势得到了有效遏制,尤其是生活污水中的COD Cr排放量呈下降趋势,说明一系列环境保护政策与措施取得了明显效果。尽管如此,库区和上游水污染防治仍然不容疏忽     

三峡水库蓄水后的浮游植物特征变化及影响因素

根据2003年10月和2004年4月的水生生物调查,对三峡库区二期蓄水后的浮游植物组成与分布变化进行研究,探讨水力学与营养盐条件变化对库区浮游植物结构与数量的影响。结果表明,库区浮游植物以硅藻类为优势种,2003年10月数量介于2.02×104~31.6×104个/L之间,与未蓄水前相比无明显变化,2004年4月浮游植物种类与数量发生较大变化,部分断面浮游植物数量显著增加,总体介于3.18×104~16 288×104个/L之间。通过对浮游植物与水力学条件、营养盐水平的关系分析,发现蓄水前后水动力学条件的变化与所形成的空间差异是造成浮游植物变化的关键因素,而偏高的营养盐水平则为浮游植物的生长创造了有利条件。为此,根据流速差异将库区水体划分为河流型水体、过渡型水体、湖泊型水体三种类型,对比分析表明过渡型水体和湖泊型水体的浮游植物数量在二期蓄水后增加较多,它们是三峡库区富营养化暴发的敏感区域。     

基于循环神经网络的洞庭湖水位预测研究

洞庭湖流域分布了3个重要的自然保护区,是我国大型淡水湖泊湿地系统之一,生态资源丰富.水位是维持其生态系统结构、功能和完整性的基础.为预测长江和流域"四水"来水组合影响下的洞庭湖水位变化,该文采用两种循环神经网络方法——长短期记忆(LSTM)和门控循环单元(GRU),构建了洞庭湖水位变化的预测模型.LSTM和GRU的优势在于能够学习网络的输入和输出之间的长期依赖关系,这对于模拟受上游来水影响的水位累积变化至关重要.模型以湘江、资水、沅江、澧水入湖流量和长江干流宜昌站前期流量作为输入条件,预测洞庭湖不同湖区的水位变化过程.利用1980～2002年水位流量时间序列数据对模型进行测试,2003～2014年数据进行验证,并对两种模型的预测结果进行了比较.结果表明:(1)循环神经网络LSTM和GRU方法均可合理预测洞庭湖水位的变化过程,NSE和R2均为0.91～0.95,各站水位预测的RMSE值为0.41～0.86 m,NSE和R2均为0.91～0.95;(2)LSTM的预测精度稍高于GRU,但GRU计算更高效,是LSTM一个很好的替代方案;(3)模型能够较准确的模拟一次洪水事件,洪水位的预测值与真实值的最大相对误差低于5％;且模型具有较好的多步长时间序列预测能力,有在水文模型应用方面的潜力.     

三峡水库汛末175 m试验蓄水过程对香溪河库湾水环境的影响

为研究解决三峡库区支流水华问题,实现三峡水库生态调度,需探明现行三峡水库175 m蓄水方案对库区支流水环境的影响。基于2008~2010年三峡水库开展的汛末175m试验性蓄水工作,及香溪河库湾2008~2010年野外监测数据,从库湾水华暴发程度、营养盐水平及水动力特性方面分析了2008~2010年三峡水库汛末175 m试验性蓄水对香溪河库湾水环境的影响。结果表明：分两阶段蓄水时间提前方案有利于库湾中上游上层水体的交换和紊动,降低库湾中上游水体表层营养盐浓度,破坏了浮游植物赖以生存较稳定的环境,抑制藻类的生长,降低水体表层叶绿素a的浓度,减少水华暴发频次、持续时间以及强度,有利于库湾水环境的改善     

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     

三峡水库生态调度的适应性管理研究

三峡水库的生态调度管理是具有世界难度的动态多目标的决策过程。对三峡水库生态调度的复杂性和管理的不确定性进行分析,提出生态调度适应性管理的基本概念,并构建其理论框架。同时,基于其理论框架深入探讨了三峡水库生态调度的适应性管理需求,认为现阶段需求主要集中在中下游综合性生态流量、水生资源保护、库区水环境保护、中下游干旱及低水位补水、湿地保护5个方面。利用适应性的管理模式,通过持续监测、评价与调整,建立各部门及流域利益相关者参与、协商和交流的平台,以发挥水库最大的综合效益。鉴于目前属于三峡水库试验性蓄水期的阶段性特征认识,加之生态环境影响的滞后性,经济发展、社会转型、认知水平的提高和环保意识的觉醒,需要适应性管理目标随生态调度需求的演替进行不断地调整     

三峡水库水位涨落带土地资源的初步研究

三峡大坝建成后,将在库区两岸形成永久性的水位涨落带。涨落带冬半年为水域,丰半年出露水面成陆,是一种具有多功能的土地资源类型,在夏半年,涨落带成陆面积大,成陆期较长,与同期丰富的光热水资源构成优势组合,使涨落带土地具有较高的生产潜力。对三峡库区水位落带土地资源的质量、数量和分布特点进行分析,在此基础上提出了合理利用的设想。     

三峡水库蓄水前后长江中下游江心洲的演变及其机理分析

长江中下游河道存在数量众多的江心洲,三峡水库蓄水运行后这些江心洲的演变深为人们关注。选取2000~2011年宜昌、汉口、大通站的年均流量和输沙量,1999、2001、2003、2005、2007、2009和2011年长江中下游20个代表性江心洲的遥感影像,分析三峡水库蓄水前后水沙变化及江心洲面积变化过程,同时利用概念模型分析江心洲面积变化与流量和含沙量之间的关系。研究表明:(1)三峡水库蓄水后(2003~2011年)宜昌、汉口、大通站的年均径流量较蓄水前分别减少6.1%、7.3%、9.5%,输沙量分别减小90.3%、72.1%、66.9%,平均含沙量分别减少了89.6%、70.8%、64.8%;(2)2003年蓄水前,12个(60%)江心洲面积逐年增加,相对于1999年其平均变化率为26.8%;2003年蓄水后,只有9个(45%)江心洲面积逐年也增加但是平均变化率减少至22.1%,11个(55%)江心洲面积逐年减少,相对于1999年其平均变化率为19.4%;(3)概念模型分析表明:江心洲面积变化量跟水位、冲蚀量成正相关,而水位、冲蚀量跟流量、悬沙减少量成正相关。江心洲面积变化量主要受水位变化控制,这种关系导致长江中下游江心洲演变的一种假象:既蓄水后面积不断增加的少数江心洲实际上也处于不断冲蚀的过程。     

江湖洪水不同遭遇对城陵矶水位影响的实验研究

城陵矶位于长江干流和洞庭湖出流汇合处,因此影响城陵矶洪水位的因素除了河床淤积、洪水特性等以外,洞庭湖出流与长江干流的不同遭遇也起着非常重要的作用。采用模型实验的方法,研究了不同遭遇、不同流量、不同螺山水位下城陵矶河段水位的变化。结果表明：在城陵矶断面,当监利来水流量超过洞庭湖出流时,主流靠左岸;当监利来水流量少于洞庭湖出流时,主流靠右岸。洞庭湖出流与长江干流来水流量的不同遭遇对城陵矶断面水位的影响非常显著。当监利来水流量占螺山流量的百分比为55 %左右时,城陵矶断面水位最高,即此时长江干流来水流量和洞庭湖出流相互之间顶托消耗能量达到最大值。在中水流量下,当监利来水流量占螺山流量的百分比为55 %左右时,城陵矶断面左右岸水位差达到最小值。     

三峡工程对洞庭湖水环境质量的影响

通过实地调查与水样检测,运用BP神经网络模型、湖泊富营养化评价法以及Shannon-Weaver指数分别评价了三峡工程蓄水前后典型年(1986、1991、1998、2004、2006和2010年)洞庭湖水环境质量、营养化水平和水生生物状况。结果表明:三峡水库蓄水后,典型年洞庭湖水质总体变差,各断面水质超标率有明显上升,呈现以氮、磷污染为主并伴有有机污染的特征;营养化指数有上升趋势,东洞庭湖2008~2010年综合营养指数超过50,出现轻度富营养;隐藻门代替硅藻门成为洞庭湖浮游植物优势种,其生物多样性下降;东洞庭湖底栖动物优势种为梨形环棱螺,而苏氏尾鳃蚓成为西、南洞庭湖的优势种,其种类和密度呈波动下降的趋势。影响洞庭湖水质的因素除了"三口"、"四水"污染物聚集和湖区生活污染、面源污染外,三峡水库运行后入湖水沙量大幅减少以及土地利用格局变化也是其关键。     

防控三峡水库支流水华的生态约束型优化调度

三峡水库蓄水后支流水华频发,严重影响了库区支流的水环境,开展水库生态调度,改变干支流水体之间的水动力条件,能有效的防控水库支流水华的发生。提出了嵌套水华预测模型的水库生态约束型调度模型,以水位（H）、水位变频(HF)、水位变幅(HR)为水华预测模型的输入量,水体中的叶绿素浓度为预测输出量,采用BP神经网络（BNN）构建了水华预测模型;将水华预测模型嵌入到水库调度模型中,以水体中的叶绿素值为约束构建了防控支流水华的生态调度模型,并以离散型动态规划法（DDDP）对调度模型进行了求解。结果表明：构建模型的预测验证相关性为R=0.8536,能较好的预测水体叶绿素含量;在极端水华100%控制保证率的生态约束条件下,生态调度发电量较实际调度发电量损失了0.89%,三峡水库开展生态调度在保证整体经济效益不亏损的情况下能有效的控制支流极端水华的暴发。     

三峡水库对区域气候影响的数值模拟分析

利用中尺度数值模式MM5V3模拟了三峡水库建成后,由于下垫面变化对区域气候的影响,并探讨了三峡水库的建成是否为引发社会广泛关注的高温干旱和低温雨雪冰冻灾害等极端天气的主要因素。研究表明:三峡水库的建成对当地气温具有海洋性效应,库区附近春季温度变低,夏季在水库下游气温升高、上游则气温降低,而冬季则以升温为主;春季降水变化主要位于库区沿线的南部山区,增雨带和减雨带相间分布,夏季降水量在三峡库区中上游地区和附近的山区呈增加趋势,在库区下游及附近地区降水呈减少趋势,冬季降水量减少,主要集中在大坝附近地区到三峡(巫山)段;春季库区的相对湿度增加,幅度多在0.5%～1.0%,夏季相对湿度的影响也存在正负两种效应,大坝上游库区附近相对湿度增加,大坝下游地区相对湿度降低,冬季变幅不大;三峡水利工程不是干旱、低温雨雪冰冻等极端天气出现的主因,它对极端天气事件的影响并不明显。