湖泊流域系统水文水动力联合模拟研究进展综述

湖泊流域水文水动力联合模拟对综合管理湖泊流域水资源具有重要的理论和实践意义。通过水文水动力联合模拟研究进展的综述,可深入了解湖泊流域联合模型发展和演变过程,把握国际研究主流趋势和前沿手段。传统湖泊流域联合模拟方法主要通过流域水文模型结合湖泊水量平衡模型来计算湖泊流域水均衡组分,但水量平衡方法仅是对湖泊过程的一般性描述,难以切实反映水位空间差异显著的湖泊系统有着显著的水动力特性。基于流域水文模型与湖泊水动力模型的联合系统克服了大尺度湖泊流域系统难以切实描述和完整模拟的难点,在湖泊流域系统水资源管理与调控中发挥了重要作用。系统概述了国内外不同尺度湖泊流域系统水文水动力联合模拟研究,归纳总结了基于外部耦合、内部耦合与全耦合技术的联合模型的优势和不足。从学科发展趋势和应用需求的角度出发,概述了湖泊流域系统联合模拟的难点和今后发展趋势     

河口三角洲地表水文连通性研究进展

三角洲通常位于河流与湖泊、海洋等大型地表水体的过渡带,分布全球约8%人口。受地势低缓、流域来沙减少和海平面上升等多因素作用,三角洲系统被认为是诸多地表类型中高度敏感和脆弱的地带。近年来,地表水文连通性成为三角洲水文水动力领域新的热点问题。通过国内外相关文献调研,系统阐述了水文连通性概念、三角洲地表水文连通性组成以及三角洲形态和水文连通性的联系。研究表明:三角洲地表水文连通性可分为结构连通性、功能连通性和过程连通性;基于图论方法的结构连通性仅表征河网在三角洲水文连通性的作用,而功能连通性和过程连通性反映水文水动力要素的空间分布及其与气象等环境要素的耦合关系,但亟需有效的野外观测和调查数据;三角洲形态与水文连通性存在一定联系,部分形态指标可用于刻画三角洲地表水文连通程度。因三角洲具有高度时空异质性和复杂地形地貌等特点,从学科发展趋势和应用需求的角度出发,未来应综合采用野外观测、数理统计和数值模拟等多学科交叉的研究策略,为三角洲湿地生态系统应对当前快速变化环境等重大问题提供科学依据。     

湖泊流域水文学研究现状与挑战

湖泊蕴含丰富的淡水资源,是区域发展的重要支撑.气候变化和人类活动加剧全球水资源时空分布差异,伴随越发频繁的湖泊洪水和干旱问题,影响区域经济社会用水安全和湖泊生态系统健康.湖泊流域是一个相对独立完整的地理单元,具有明确的水文边界,因此,一直以来是水文研究的理想区域.针对21世纪以来湖泊流域新呈现的水文问题,基于文献调研,结合长江中游鄱阳湖流域案例,重点就流域水文极值与湖泊洪旱、湖泊水文对流域植被变化的响应、湖泊流域系统水文水动力集成模拟、湖泊流域水平衡演变及未来变化趋势预测等若干水文问题的研究现状和问题进行阐述,提出未来拟着重研究的若干主题.研究可望丰富流域水文学和湖泊水文学内容,对相关学科未来发展提供参考.     

水利调度修复东湖水质的数值模拟

总结武汉东湖水质污染问题基础上,根据湖泊和港渠联通状况设计了长江-东湖水利调度的调水线路和调水方案。基于一维港渠河道水动力水质模型和二维湖泊水动力水质模型,通过嵌套耦合求解的方式实现耦合,建立了一、二维湖泊河网水动力水质耦合模型,并利用实测数据进行了参数率定和验证。采用数值模拟的方式研究了水利调度影响下东湖水质的改善效果,结果表明：水利调度影响下东湖主要湖区水体CODMn和TN指标得以明显改善,但TP指标改善不大;东湖湾汊众多,个别湖区受到调水线路影响较小,水质改善不明显。因此水利调度可以作为东湖水体修复的重要思路。建立的数学模型也可以为东湖以及其他类似水域的水污染治理提供科学参考和依据     

鄱阳湖流域水文连通性的影响因素和环境效应

在气候变化和人类活动的双重影响下,流域下垫面情况发生了显著变化,这些变化很大程度上改变了流域的水文连通性,进而导致一些生态环境问题的发生。以鄱阳湖流域为研究区,采用自动地球科学分析系统(SAGA),引入考虑景观单元地形和土地覆盖等多因素的地形湿度指数和网络指数方法,分析了鄱阳湖流域水文连通性的空间格局,揭示了坡度变化、土地利用方式和土壤类型等对水文连通性的影响与贡献,并以此探讨水文连通与水土流失、洪涝等方面的关联性。研究发现,鄱阳湖流域的水文连通性呈北高南低的分布特征。总体上,鄱阳湖流域可分为近湖区的强水文连通区、河流水系周边的中等水文连通区和上游山区的弱水文连通区。进一步空间分析得出,坡度低缓的低洼区通常NI值较高,而起伏变化大的地区NI值较低,表明了地形因子对水文连通性具有重要影响。就鄱阳湖流域不同土地利用方式和土壤类型而言,灌木林和森林的水文连通性最弱,湿地、水体和耕地的较好,黄壤和黄棕壤的水文连通性最差,冲积土、水域和水稻土的较好。这是因为在地形的主导作用下,流域下垫面的土壤入渗能力、蓄水和产流特点等共同影响了水文连通性的空间差异性。研究虽然侧重于从宏观角度上识别鄱阳湖流域的水...     

中国河湖水系连通与区域生态环境影响

新时期针对我国人均水资源少且时空分布不均等问题,提出了河湖水系连通重大治水方略。本文具体分析连通性带来的环境影响与生态影响。环境影响主要从水系连通性与水文因子、水质及河流形态的关系出发,通过不同角度的分析,确定连通性带来的环境影响。生态影响主要分析了水系连通性与水系生境、生态群落及生态景观的变化关系,根据它们间的相互作用,研究分析水系连通性对生态的影响。根据连通性与生态环境的影响关系,最终确定健康河湖水系连通理论评价的构建指标。     

水电工程干扰下饮用水水源地的水质风险评估

采用数值模拟方式预测和评估水电工程对其影响区内饮用水水源地的水质风险,其目的在于辨析工程对取水水质安全的影响。以汉江上游待建旬阳水电站库区内水源地为例,建立二维水流和水质数学模型,分析了水域水动力学和水质变化特征,选取最不利方案进行水质风险评估,并从水体水动力特征和营养状态判别了富营养化风险程度。研究表明：工程兴建后水源地水域水流变化和取水口临近支流潜在污染源的威胁,水质遭受污染的风险增大,在月河水质超标及特定水库运行条件下许家台取水口水质无法保障。同时,水域富营养化水平相比建库前并没有显著的提高。研究可为水电开发涉及水源地项目的水环境影响分析提供理论依据     

基于粮食-能源-水关联关系的风险管控研究进展

粮食、能源与水三者之间由于相互需求与相互影响,已形成了密切而复杂的关联关系,同时还给生态环境、自然资源、公众健康带来了潜在风险。因此基于关联关系的视角,利用综合的手段来对粮食-能源-水系统的风险进行分析和调控,对我国目前环境风险管理具有重要意义。本文在查阅相关研究成果的基础上,分别从两两关联、三者关联、三者关联系统相关的风险研究等方面对粮食-能源-水关联系统及相关风险的研究进展进行系统梳理和归纳总结,总结发现:已有研究较多关注两两之间关联性的定量测算和相关治理措施,缺乏将三者看作一个整体系统的量化研究,且基于流域层面等较小尺度的研究方法还相对不够成熟。在三者关联的风险研究方面,已有部分从能源-水关联角度开展的风险研究,但从三者整体关联系统角度开展的风险研究还比较少,且所选用的风险表征指标较为单一。另外,已有针对粮食-能源-水关联系统的研究仅仅是单向的风险评估,还缺乏根据风险评估结果对三者关联系统进行动态反馈调控等内容。在此基础上,本文提出基于粮食-能源-水关联系统的风险管控研究框架及核心研究议题,主要包括构建粮食、能源、水三者之间的耦合模型;通过量化耦合系统产生的压力和污染,运用多指标表征耦合系统所带来的风险,进而建立粮食-能源-水关联系统与风险的关联传导机制;并基于风险评估结果和风险管理的关联关系建立动态调节与反馈机制,从而为基于粮食-能源-水关联的区域环境风险管控提供科学依据。     

长江水问题基本态势及其形成原因与防控策略

不断增强的人类活动与气候变化等自然因素叠加,导致长江水环境、水灾害和水生态问题日益突出。从宏观层面系统剖析了长江面临的干流局部水质下降、湖泊富营养化、三峡库湾和支流水质恶化等水环境问题,小水大灾和平原湖区季节性缺水等水灾害问题以及长江与湖泊生物资源衰退等水生态问题的基本态势,揭示了流域工业化城市化进程加快、土地利用/覆被快速变化、重大水利工程建设和湖泊资源过度利用等人为因素和气候变化等自然因素对长江水问题形成发展的影响,提出了规范空间开发秩序、推进流域综合管理、优化重大水利工程调度等长江水问题防控策略     

芭蕉湖-南湖连通工程的连通性评价

江湖水系连通是改善水环境、修复水生态和提高人居环境的重要措施,但有关城市内湖水系连通工程的动态连通性定量评价不够完善。基于岳阳城区芭蕉湖-南湖连通工程方案,从长江引水至芭蕉湖通过王家河流域新开挖河道自流至南湖,以改善王家河和南湖水质状况与修复水生态功能。采用MIKE21水动力模型分别模拟汛期和非汛期时6、12和24 m~3/s的流量条件下,南湖出口最低控制水位为25.86 m和26.06 m的12种工况,分析不同引水条件下两湖的连通性,并提出一个定量评价指标。结果表明:引水初期流量取24 m~3/s和控制南湖出口最低水位为25.86 m时,汛期和非汛期连通性均达最佳状态,此时换水周期分别缩短至5.59、5.17 d。从连通性指数的变化来看,"引江济湖"和"两湖连通"增强了水系连通性,可提高水体自循环能力。     

基于层次分析法的城市河流生态修复评估

城市的发展改变了许多河流的自然水文环境,并导致河流生态系统中水质、物理生境和生物完整性下降。评估受损河流水体修复的效果,需要结合物理、化学的参数,以及对生物结构、多样性和过程的影响。构建了包含河流水力、水质、水生生物、河岸带及物理结构5个方面15个指标的城市河流生态修复评估指标体系,运用群组决策的层次分析法(AHP),确定了各指标的权重,重要性排序前5位依次为：水质污染指数、鱼类IBI、水源补给量、藻类多样性、透明度。并以我国南方城市岐江河整治修复状况为例进行综合评价,结果表明,河流生态系统修复评估结果为可以接受,体现了河流整治工程使河流水质、生态的状况有所改善,但河流生态系统恢复需要较长的周期,修复初期生态系统仍处于受损状态。〖     

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。     

富营养浅水湖泊的退化与生态恢复

初步讨论了富营养浅水湖泊的退化现象的造成退化的主要原因，对湖泊生态恢复的目标和对策等问题也作了探讨，以武汉东湖为例，提出以水源保护地为主要功能的富营养浅水胡泊的恢复和整体优化对策，即恢复沉水植被、建立控制面源污染的半自然的人工湿地生态系统，优化水产养殖结构和恢复湖泊生物多样性等。对生物操纵在长江中下游富营养浅水湖泊恢复中的作用也进行了讨论。     

Impacts of climate change on surface water quality in relation to drinking water production

Besides climate change impacts on water availability and hydrological risks, the consequences on water quality is just beginning to be studied. This review aims at proposing a synthesis of the most recent existing interdisciplinary literature on the topic. After a short presentation about the role of the main factors (warming and consequences of extreme events) explaining climate change effects on water quality, the focus will be on two main points. First, the impacts on water quality of resources (rivers and lakes) modifying parameters values (physico-chemical parameters, micropollutants and biological parameters) are considered. Then, the expected impacts on drinking water production and quality of supplied water are discussed. The main conclusion which can be drawn is that a degradation trend of drinking water quality in the context of climate change leads to an increase of at risk situations related to potential health impact.     

基于ESEF的水生态承载力评估——以太湖流域湖州市为例

以基于生态系统服务的生态足迹(ESEF)为基础的水生态承载力评估方法,综合考虑了水量支撑、水质限定和水生态稳定三方面特征,从而实现了足迹方法对水生态系统承载能力的有效表征。然而,如何界定水产品、水资源和水污染足迹以及承载力之间的关系,是目前研究的重点和难点。以太湖流域上游湖州市为例,探讨了在考虑或不考虑水质标准与环境功能分类的情况下,如何利用求并集法或求平均值法进行基于ESEF的水生态承载力评估。研究表明,两种方法均反映出湖州市人们对水生态系统服务的消费需求超出了当地水生态系统的供给能力,需求与供给之间的差距对当地水生态系统的可持续性造成影响。综合考虑水产品供给、水量支撑和水质保障三方面因素,湖州市水生态系统可承载的人口与经济规模为现状水平的95%;如果增加对水质标准和环境功能分类的考虑,则湖州市水生态系统的承载能力仅为现状水平的79%。虽然求并集法的计算结果更有说服力,但是求平均值法则提供了在更小尺度上研究的可能。     

水文生态学研究进展及应用前景

水文生态学是一门研究水文学和生态学交叉领域的新兴学科,目的是寻求对水文因子与生态系统间结构与功能的理解,是水资源可持续性管理的方法。自1992年在都柏林的国际水环境研讨会提出以来,水文生态学很快成为国外的研究热点问题之一,并已经取得了长足的发展。现在,淡水资源在世界上很多地区不仅是发展的限制因素,也是某些社会存在的限制因素。当前,中国水环境问题十分严峻,大坝的建设与河流生态系统保护间的矛盾日益突出;西部生态环境脆弱,水资源贫乏,土地荒漠化十分严重,解决这些问题对中国的经济和社会发展具有重要意义,需要有对水文生态学机制的深入了解。从水文生态学的定义、研究进展、展望等方面,系统地论述了目前水文生态学的研究进展,并结合中国实际情况,重点强调了河流水文生态学的进展和在中国大坝建设中的作用与意义。     

长江干流典型区域河流生境健康评价

河流生境是河流生态系统中的重要组成部分，是维持河流健康的重要因素。河流生境健康的准确评估可以为河流生态系统的保护与修复提供重要依据。针对长江干流生境特点，从河流物理生境形态、河流岸边带生境和水环境特征3个方面选取了10个指标，构建了长江干流生境评价的指标体系。基于该评价体系，在2017年8~9月对长江干流的金沙江下游、三峡库区、长江中下游3个典型区域的127个调查断面进行河流生境综合评估。结果表明：金沙江下游、三峡库区、长江中下游河流生境综合指数（RHI）分值的分别为133.9、124.6、130.8，总体评价等级均为“良”。水流情势、受人类活动干扰是金沙江下游生境变化的主要驱动因子，河岸渠化硬化、河岸植被覆盖、河岸植被带宽则是三峡库区和长江中下游生境变化的主要驱动因子。建议长江上游区域强化水生生物重要栖息地完整性保护，中下游区域加强岸边带、洲滩的生态修复，恢复江湖连通性，构建长江流域生态廊道和生物多样性保护网络。     

The quality of Albanian natural waters and the human impact

Albania possesses a wealth of aquatic ecosystems, many of enormous natural and biological value, such as the Lakes Ohrid, Prespa and Shkodra, glacial lakes, river valleys, and coastal lagoons. Although many habitats are highly polluted by inorganic and organic wastes, detailed knowledge on the water quality is still lacking. For the first time, an environmental assessment of the water quality is presented and the main polluting sources identified. As a consequence, a systematic control and the establishment of routine monitoring of surface and groundwater is proposed, which elucidates the present environmental state and helps to develop new strategies of waste and wastewater management. It would help allow Albania to reach an international standard in environmental protection, as a part of UNECE Convention, the Mediterranean Action Plan, the MAP/UNEP Medpol Program and the Basel Convention.     

Toxic risk of surface water pollution--six years of experience

Assessment of an ecological quality of surface water is necessary for effective protection, abatement and successive revitalisation of river ecosystems. This quality is primarily given by biological impact of surface water pollution. Substances contained in pollution are frequently toxic to aquatic organisms. Risk of chronic impact of surface water pollution is very often underestimated due to hidden long time action of pollutants. Proper estimation of the risk is not possible from results of chemical analyses and data of substances' toxicity. Chemical analyses are not able to detect all substances presented in water including the products of reactions between them. In addition, a simultaneous presence of substances can modify their final effect on aquatic organisms. Therefore, a complex method of assessment of toxic risk of surface water pollution based on ecotoxicological approach was developed. The toxic risk of surface water pollution is determined from results of evaluation of toxic risk of organic part and inorganic part of surface water pollution. Resultant degree of toxic risk of total pollution is given by the highest degree detected in any part of the water pollution. Presented method, which is routinely used for monitoring in the Czech part of the Odra river basin, was fully standardised and published in the form of the Czech branch technical norm of water management (TNV) in the year 2000.