大型水利工程对洞庭湖区水资源开发利用的影响

洞庭湖区北靠长江,南汇湘、资、沅、澧四水,水资源总量相对丰富,然而近年来在气候变化与人类活动的双重驱动下,开始呈现"旱涝并存、旱涝交替"的特征,水资源供需矛盾逐渐加剧。为探讨上游大型水利工程(主要为三峡工程与四水流域控制性枢纽工程)的运行对洞庭湖区水资源开发利用的影响,结合近50a来长江干流及四水水位与水资源情势的演变规律和总体趋势,对比分析了不同时间节点下洞庭湖区水位与水资源总量的年际、年内变化特征,以期从众多的影响因子中辨识出大型水利工程的影响,为湖区水资源的合理开发与保护提供一定依据。结果表明:三峡工程建成运行初期,对于洞庭湖区的水资源开发利用产生了一定的不利影响,且影响主要集中在荆南三口地区,而四水工程的影响相较之下并不显著。     

三峡库区森林植被恢复与可持续经营研究

系统的野外调查数据和历史资料分析结果表明,三峡库区森林植被在空间上发展不均匀,无明显垂直分带,且分布分散,人为干扰严重。目前,在70多个植被类型中,森林类型占25个,江岸两侧海拔800 m以下地区森林已经很少。森林类型中,马尾松、柏木林的分布面积最大,并在许多疏林中成为主要树种,主要是飞播或人工种植。库区大于25°的坡耕地占耕地面积的17.5％。库区薪炭林仅能满足农村用能总需求量的10.78％。不合理的土地利用方式和对森林的不合理砍伐导致脆弱的土壤系统和森林生态系统的严重退化、生产力下降和严重的水土流失。库区土壤年侵蚀量达到2.9亿t。三峡工程建设和移民安置对库区森林生态系统的压力和影响将是长期的。调查结果同时表明,库区植物生物多样性丰富,植物种类在5 032种以上,而且乡土树种多。分析认为,只要抓住三峡工程建设的契机,紧密结合国家天然林保护和退耕还林工程建设,充分利用良好的生物学基础,科学地封山育林,分带逐步恢复,同时,因地制宜,退耕还林,发展森林能源,建设多目标复合和多种模式并存的林业经营体系,发展经济,就能从根本上改善森林经营环境,实现森林恢复,形成合理布局的水库森林防护系统,促进三峡库区生态环境建设和可持续发展。     

三峡库区几种林下苔藓的保水功能

通过对三峡库区三种森林类型(松栎混交林、栓皮栎纯林、马尾松纯林)林下苔藓储量调查分析及其持水特性试验，得到不同森林类型林下苔藓储量、最大持水量、吸水速率等水文特征参数。结果表明，马尾松纯林林下苔藓储量最大(12．93t／hm^2)，松栎混交林和栓皮栎纯林林下苔藓储量相同(9．47t／hm^2)。松栎混交林林下苔藓最大持水量为5．36mm，栓皮栎纯林为5．73mm，马尾松纯林为6．26mm。研究结果还表明，三峡库区林下苔藓持水量随时间变化过程与森林类型无关。在只有苔藓覆盖情况下，不同森林类型林内不产生水分下渗和地表径流时的最大降雨量和最大降雨雨强分别为：松栎混交林林地5．36mm，5．820mm／h；马尾松纯林林地6．26mm，7．420mm／h；栓皮栎纯林林地5．73mm，6．060mm／h。     

三峡库区藻类种群结构与密度变化及其与氮磷浓度的相关性分析

2003年1月~2004年12月对三峡湖北库区江段5个采样点及其一级支流——香溪河流域6个采样点的浮游藻类进行了为期2周年的调查,共采集和鉴定浮游藻类定性和定量水样1 000余个,获得有效数据2 000多个。数据显示,蓄水前（2003年1月~2003年6月）、蓄水1周年（2003年6月~2004年5月）和蓄水1.5年（2004年6月~2004年12月）3个时间段之间,被调查水域的浮游藻类群落结构、细胞密度和水质状况均存在一定的差异。总体而言,藻类的群落结构干流江段以硅藻为主,绿藻次之;支流水域以绿藻占据首位,硅藻次之。被调查水域藻类的细胞密度随蓄水时间的延长呈增长趋势,并显示一定的季节性差异;藻类细胞密度与TP的相关性比与TN的相关性更为密切。目前干流江段和支流水域的水质状况分别为中营养型和中－富营养型,较建坝蓄水前的水质有所下降。在分析导致藻类种群结构和细胞密度变化原因的基础上,建议加强对库区水质的检测和保护,以杜绝和防止库区的水域环境进一步恶化。     

三峡库区泥沙对不同初始浓度硅藻生长影响

三峡库区含沙量大，库区蓄水后，泥沙沉降对水环境的影响不容忽视。为了探讨含沙水体对藻类生长的影响，丰富和深化富营养化的研究内容和相关理论，在适宜硅藻生长的光照、水温、营养盐等条件下，通过泥沙对不同初始浓度硅藻的生长影响试验研究。结果表明：适量的泥沙含量对硅藻生长有利。含沙量分别为0．0和0．2kg／m^3的两种初始硅藻浓度水样中，叶绿素a浓度峰值都远远高于试验初始硅藻叶绿素a量，明显高于该组其它4个含沙水样。     

三峡库区重庆段土壤保持服务时空分布格局研究

土壤保持是生态系统服务与功能的重要组成,在防止土壤侵蚀、减少径流泥沙与农业面源污染等方面具有至关重要的作用。以对国家生态安全具有重要作用的土壤保持生态功能区——三峡库区重庆段为研究区域,研究得到了2000~2013年时间序列区域土壤保持服务"流量"结果,结果表明:(1)三峡库区重庆段多年平均土壤保持量为604.39 t/hm~2·a,沿长江干流自西向东逐渐增强,区域差异显著;(2)三峡库区的土壤保持服务存在明显的垂直分异特征,随着高程的增加,以300 m与900 m为节点,出现递减-递增-递减的分段规律,与人类活动存在明显的相关关系;(3)增加森林覆被面积是改善区域土壤保持、减少水土流失的重要举措。同时,在三峡库区开展坡改梯工程,减少坡耕地的数量能够有效控制区域水土流失;     

三峡库区消落带水淹初期主要优势草本植物生态位变化特征

根据三峡库区初期水位涨落情况,以空间代替时间法,连续两年对典型消落带区域地上植被进行调查,通过计算生态位宽度和生态位重叠来分析不同水淹时间下优势草本植物生态位的变化特征。结果表明,一年水淹区段在未水淹时,植物生态位宽度普遍较窄,此时生态位明显特化,而第二年水淹极大的增加了适应干湿变化的物种的优势度。水淹前生态位重叠值大于0.5的只有12对,小于0.2种对为189对,其中生态位重叠值为零的为103对;水淹后生态位重叠值大于0.5的有24对,小于0.2种对为53对,其中生态位重叠值为零的为6对,说明生境由干燥到湿润的变化,对湿润环境相对适应的物种存活,优势植物生态位重叠明显增加。经两年水淹区段中,第一年以毛马唐的生态位宽度最高,其余17种物种生态位宽度小于0.2的物种占优势物种的61%,第二年以雾水葛和鳢肠的生态位宽度较大,其余15种物种生态位宽度小于0.2的物种占优势物种的50%,共同出现的物种仅有8种。生态位重叠值大于0.5的种对由5对上升到17对,生态位重叠值为零的种对由10对减低到2对,说明连续水淹产生更加均一的生境类型,对资源要求相似的物种是增加的。     

三峡库区典型土壤酸碱缓冲性能及其影响因素研究

受酸沉降和化肥施用等外源性酸输入的影响,三峡库区土壤面临着严重的酸化威胁。通过选取三峡库区两种典型土壤(紫色土和黄壤)作为研究对象,采用酸碱滴定法对土壤酸碱缓冲性能及其影响因素进行了研究。结果表明:在一定的p H范围内,紫色土(p H 6.5~2.5、6.2~11.5)和黄壤(p H 5.6~2.8、5.5~10.7)的p H变化与外源性酸、碱加入量均呈线性相关关系。通过分段拟合获取的缓冲容量结果显示,紫色土酸、碱缓冲容量分别为101.3、34.6 mmol/kg;而黄壤酸、碱缓冲容量分别为105.3、38.0 mmol/kg。黄壤和紫色土主要受碳酸钙与阳离子交换的缓冲作用;缓冲体系及初始p H、机械组成等土壤理化性质的不同是导致库区典型土壤酸碱缓冲容量差异的主要原因,总体表现为黄壤酸、碱缓冲性能略优于紫色土。此外,由于近年来酸沉降和氮肥用量的增加,使得库区土壤面临的酸化威胁呈上升趋势。该结果对库区土壤环境容量和典型土壤酸化潜势等研究具有参考价值,还可为区域外源性酸临界值评估以及应对策略制定提供理论依据。     

三峡蓄水前后宜昌–城陵矶水情多尺度变化特征分析

采用Morlet小波分解重构和频谱分析等方法,对宜昌、枝城、沙市、监利和城陵矶1997~2014年水位和流量及三峡水库2003~2014年入库、出库流量和库水位数据进行了统计分析,探究了各水文站在三峡建坝前后水情的变化特征及原因。结果表明:各观测站的水位和流量沿程递减,水位的年内波动处同一水平,研究河段内上游河段流量年内和年际变化比下游河段剧烈;各水文站水位和流量变化的显著周期为6.05、11.78、21.2、30.29和53个月,各水文站水位1 a周期变化幅度均在2 m以上,其他周期上的变化幅度为0.08~0.82 m;三峡水库蓄水活动对下游水文站水位和流量等水情的影响有限,主要反映在对水情趋势项的影响上,三峡大坝蓄水后,各水文站水位和流量受到一定程度影响,呈波动性递减变化。     

River channel network design for drought and flood control: A case study of Xiaoqinghe River basin, Jinan City, China

Vulnerability of river channels to urbanization has been lessened by the extensive construction of artificial water control improvements. The challenge, however, is that traditional engineering practices on isolated parts of a river may disturb the hydrologic continuity and interrupt the natural state of ecosystems. Taking the Xiaoqinghe River basin as a whole, we developed a river channel network design to mitigate river risks while sustaining the river in a state as natural as possible. The river channel risk from drought during low-flow periods and flood during high-flow periods as well as the potential for water diversion were articulated in detail. On the basis of the above investigation, a network with “nodes” and “edges” could be designed to relieve drought hazard and flood risk respectively. Subsequently, the shortest path algorithm in the graph theory was applied to optimize the low-flow network by searching for the shortest path. The effectiveness assessment was then performed for the low-flow and high-flow networks, respectively. For the former, the network connectedness was evaluated by calculating the “gamma index of connectivity” and “alpha index of circuitry”; for the latter, the ratio of flood-control capacity to projected flood level was devised and calculated. Results show that the design boosted network connectivity and circuitry during the low-flow periods, indicating a more fluent flow pathway, and reduced the flood risk during the high-flow periods.