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过刊目录

  • 2021年, 33卷, 第02期
    刊出日期：2024-06-19
      
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  • 太湖与长三角区域一体化发展:地位、挑战与对策
    陈雯, 刘伟, 孙伟
    2021, 33(02): 327-335.
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    太湖及太湖流域在长三角自然和经济地理空间具有举足轻重的地位,更是长三角区域一体化发展国家战略实施的关键地区.在当前区域一体化高质量发展背景下,太湖治理面临新的形势和任务,也面临一系列新的挑战,着重体现在水环境治理形势更加复杂严峻和水资源供给压力不断提升两方面.传统水陆分割治理难以解决湖泊问题,行政区治理难以适应区域一体化发展要求,水资源共享和付费机制尚未建立等问题,对长三角区域一体化进程也构成了较大阻滞.太湖水问题绝不局限于太湖本身,需要从湖泊—流域系统视角构建资源、环境、生态、社会与经济多要素协调统筹治理的新体系,考虑水陆空间协同治理与开发和不同次区域经济、社会、自然效益的均衡,以推动长三角区域一体化高质量发展.基于此,研究提出新背景下的太湖及流域治理思路:推动太湖水资源生态环境之间以及与流域经济社会的联动,撬动长三角生态环境一体化的思维创新;探索关键卡脖子技术研发和流域管理综合集成的科学体系,推动长三角资源环境领域的创新一体化发展;探索太湖流域跨行政区域的水生态环境共治、水资源共享和绿色发展机制,牵动一体化协调制度的改革创新.
  • 稻田氮磷径流流失模型研究进展
    黄微尘, 周丰, 梁浩, 陈磊
    2021, 33(02): 336-348+658.
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    水稻是全球最重要的粮食作物,但种植过程中不合理的水肥管理引起了稻田氮磷径流流失,对邻近水体造成污染风险.稻田氮磷径流流失模型是理解区域水体污染排放时空特征和评估水污染风险的有效手段.论文阐述了稻田氮磷径流流失的发生机制和关键过程,梳理了统计经验模型、物理机理模型、水文过程模型和生态系统模型的研发历程.结果表明,当前模型缺乏水—土—气界面过程的有效参数化,基于高分辨率、多年多站点、全通量的模型参数的合理化,以及区域尺度农艺管理(种植制度、施肥制度、灌排制度)和田—沟—塘联合调控措施(分布、规模、运行规则)的模块化,造成了稻田氮磷径流流失的不确定性.同时,提出了面向稻田氮磷循环的高分辨率全通量观测网络建设、农艺管理与调控措施的区域数据集研发、模型开发与先进技术手段的集成与融合、稻田—氮—磷—水耦合的多模型集合等,为稻田氮磷径流流失模型的改进、农艺管理措施的优化以及气候智能型稻田的建设提供科学依据.
  • 风生紊流导致微囊藻群体破碎和形态变化（英文）
    朱伟, 陈怀民, 肖曼, Lürling Miquel, 李明
    2021, 33(02): 349-365+647.
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    微囊藻群体大小和形态决定其垂向迁移能力,从而影响着水华的形成.为了探讨湖泊中风生紊流对微囊藻群体大小和形态的影响,本研究于2012年8月26日至9月7日在太湖梅梁湾的围隔内进行了12 d的昼夜不间断的高频采样(采样间隔每2小时一次).研究期间,水面微囊藻密度呈现4次周期性消涨,藻密度变化范围为4×10~4～2671×10~4cells/m L.而整个水柱中的藻密度变化范围仅为3×10~4～18×10~4cells/m L.皮尔逊相关性分析表明微囊藻的原位生长速率与表面藻密度呈负相关而与风速呈正相关.强风速使微囊藻在水柱中均匀分散,增强了透光性,促进了微囊藻的生长.微囊藻群体粒径随着风速的增大逐渐减小,反之亦然.其中值粒径(D50)变化范围为66.2～768.0μm.在此期间微囊藻群体形态主要以鱼害微囊藻、不规则的惠氏微囊藻、球状的惠氏微囊藻和铜绿微囊藻群体形态为主,其占比也呈现出波动状态.皮尔逊相关分析结果显示微囊藻群体大小与风速呈负相关,说明湖泊中风生紊流会影响微囊藻群体大小.当紊流强度为2.33×10~(-5)m~2/s~3时,微囊藻群体会发生破碎现象,该紊流强度相当于5 m/s的风在30 m深的水库或湖泊中所产生的紊流强度.微囊藻群体被风生紊流破碎后最大粒径与该风速下紊流的最小涡旋尺度相近,表明紊流的最小涡旋尺度决定了微囊藻所能形成群体的最终大小.监测期间,整水柱中不同群体形态的微囊藻占比发生了明显变化,在监测初期以鱼害微囊藻群体形态为主,随后不规则的惠氏微囊藻和铜绿微囊藻群体形态的比例不断增加,最后鱼害微囊藻群体形态又占据主导地位.球状的惠氏微囊藻群体形态在整个监测期中的比例随时间的增加而逐渐降低.不同群体形态微囊藻之间比例的大幅变化无法用微囊藻生长演替来解释.而皮尔逊相关分析结果显示鱼害微囊藻与惠氏微囊藻(不规则的和球状的惠氏微囊藻之和)群体形态之间存在负相关,且惠氏微囊藻与铜绿微囊藻群体形态呈负相关.但在今后研究中需进一步关注在微囊藻群体形态的动态变化过程中细胞大小、胶被、产毒特性和基因序列等特征,从而验证不同种微囊藻群体是否存在形态转换这一猜想.总而言之,普通强度的风生紊流能够破碎微囊藻群体,而气候变化导致的内陆湖泊周边风速下降会促使微囊藻形成更大的群体,从而有利于水华的形成.
  • 丹江口水库叶绿素a浓度的时空特征及影响因子分析
    郭诗君, 王小军, 韩品磊, 郑保海, 蒋叶青, 郭坤, 韩雪梅, 李百炼, 高肖飞, 李玉英
    2021, 33(02): 366-376.
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    2017年5月—2019年10月,对"南水北调"中线水源水库——丹江口水库库区水体7个监测位点、0～20 m间4个水层的垂向叶绿素a (Chl.a)浓度与水质因子进行了季度性调查,以期了解不同位点、不同水层Chl.a分布的主要驱动因子.结果表明,丹江口水库各位点营养状态指数(TSI)均为中营养化状态.水体Chl.a浓度具有逐年增加的趋势,且极高值有逐渐增加的趋势.营养盐和Chl.a浓度均存在较大的空间异质性,入库区具有较高的总磷和氨氮浓度,汉江库区具有最高的Chl.a浓度,源头污染源控制和监测仍然是丹江口水库管理的重中之重.不同位点Chl.a浓度的驱动因子存在较大差异,汉江入库和大坝区Chl.a浓度分别受到硝态氮和p H的影响,而出水口大坝位点主要受到了水深、水温和氨氮的影响.丹江入库区Chl.a浓度受到了水深、氨氮、总磷和水温的影响,但丹江库区表现出了与其他生态区较大的区别,其Chl.a浓度主要受到水深和有机质输入的影响.因此,对丹江口水库各位点的管理,应该分不同生态区采取针对性的管理措施.本研究旨在为南水北调中线工程可持续的生态调度提供基础生态数据支持,为完善水库水源地的有效管理提供理论支撑.
  • 西北干旱区典型水库浮游植物群落结构特征及驱动因子
    杨宋琪, 高兴亮, 王丽娟, 祖廷勋, 王丹霞
    2021, 33(02): 377-387.
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    为了解西北干旱区水库浮游植物群落结构特征,并进一步探究浮游植物与环境因子之间的相关关系,于2017年对张掖境内不同分布区域的8座典型水库进行为期4个季度的采样调查.结果显示,调查期间共计检出浮游植物8门106属294种,其中硅藻门、绿藻门和蓝藻门占比分别为48.35%、26.64%和14.47%.浮游植物密度在0.3×104～4.38×107cells/L之间,夏、秋季较高,冬季最低,且随着海拔的降低浮游植物密度呈现显著升高的趋势.Shannon-Wiener多样性指数、Simpson指数、Pielou均匀度指数和Margalef指数年均值分别为2.26、0.77、1.20和0.86,综合浮游植物细胞密度和物种组成对水质进行评价可知,K1、K2、K3和K5水库为贫营养,K4、K6、K7和K8水库为中营养—富营养.Spearman相关性分析和典范对应分析发现,总氮、电导率、温度和海拔是水库浮游植物密度大小及优势种分布的主要影响因子,低海拔水库中细小平裂藻(Merismopedia minima)、史密斯微囊藻(Microcystis smithii)和惠氏微囊藻(Microcystis wesenbergii)等水华蓝藻随着水温升高而占据绝对优势,尤其史密斯微囊藻密度在夏季超过水华阈值(107cells/L),值得引起注意.
  • 不同水体营养盐浓度下沉积物添加镧改性膨润土(Phoslock~?)对轮叶黑藻(Hydrilla verticillata)生长的影响
    符亦舒, 何虎, 何宏业, 马路生, 苏雅玲, 刘正文
    2021, 33(02): 388-396.
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    轮叶黑藻(Hydrilla verticillata)是我国浅水湖泊常见的沉水植物,经常用于湖泊生态修复工程.然而在生态修复中后期,轮叶黑藻又往往会过度繁殖,影响其他湖泊功能的发挥.镧改性膨润土(锁磷剂)可以有效地降低沉积物中生物可利用磷含量,近年来被用于控制湖泊沉积物磷释放,其对轮叶黑藻生长和形态的影响还有待阐明.本研究在2种不同上覆水营养盐浓度条件下,设置添加和不添加锁磷剂2种处理,探究沉积物添加锁磷剂对轮叶黑藻生长及形态特征的影响.结果表明:1)沉积物添加锁磷剂之后,铁锰结合态磷、有机磷、铝结合态磷等生物可利用磷浓度显著降低,而生物不可用磷,如钙结合态磷浓度显著升高; 2)沉积物添加锁磷剂显著降低了轮叶黑藻的生物量和生长率.添加锁磷剂的处理组植物的株高、地上部分生物量均明显低于无锁磷剂组;相反,添加锁磷剂显著增加了植物的根长和地下部分生物量,进而提高了植物的根冠比; 3)锁磷剂对轮叶黑藻生长的影响程度与水体营养盐浓度有关,在低营养盐浓度水体中锁磷剂对植物生长和形态特征的影响更为显著.本研究表明,锁磷剂的添加能降低沉积物中生物可利用磷浓度,抑制轮叶黑藻的生长,同时这种影响程度与在水体营养盐浓度有关.
  • 鲫(Carassius auratus)对浅水湖泊水体浊度、营养水平和浮游生物生物量的影响——基于中宇宙模拟实验
    陈坤全, 李启升, 韩燕青, 李伟, 张又, 李宽意, 何虎
    2021, 33(02): 397-404.
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    鲫(Carassius auratus)是我国各类淡水水体的优势鱼类之一.作为底栖杂食性鱼类,一方面,鲫可以通过排泄和扰动沉积物影响湖泊营养和光照水平,通过"上行效应"促进浮游植物生长;另一方面,鲫也可以捕食浮游动物,通过"下行控制"影响藻类生长以及营养盐循环.对于浅水湖泊,两种途径对于生态系统影响的相对重要性仍有待研究.本研究设计了一个两因素户外中宇宙实验,通过在沉积物表面添加隔网的方式,比较两种情况下(能、否接触沉积物),鲫对水体浊度、营养盐和浮游生物生物量的影响.实验在16个大型钢化玻璃桶(400 L)中进行,持续36 d(2019年8月6日—9月11日).研究结果表明:1)在能接触沉积物的条件下,鲫显著促进了沉积物再悬浮,表现为水体的总悬浮物(TSS)和无机悬浮物(ISS)浓度大幅升高;水体的光衰减系数(Kd)增加,总氮(TN)和总磷(TP)浓度明显升高; 2)在不能接触沉积物的条件下,鲫对水体悬浮物(TSS和ISS)浓度和Kd的影响不明显,但是显著降低了水体TN和TP浓度; 3)在两种情况下,鲫对浮游植物叶绿素a浓度以及浮游动物生物量的影响均不显著.本研究表明鲫只有在能够接触沉积物的条件下,才会显著提高水体浊度和营养水平.因此,在缺乏沉水植被的浅水湖泊中,鲫扰动沉积物产生的"上行效应"可能是其对生态系统产生负面影响的主要途径.
  • 基于MODIS数据的全国144个重点湖库营养状态监测:以2018年夏季为例
    曹畅, 王胜蕾, 李俊生, 赵红莉, 申维, 谢娅
    2021, 33(02): 405-413.
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    随着经济社会的快速发展和进步,我国湖库水体富营养化情况越来越严重.卫星遥感在水体营养状态监测方面具有重要潜力,但基于卫星遥感的全国范围内湖库水体营养状态监测和分析方面还鲜有研究.本文基于2018夏季的MODIS卫星遥感数据生产FUI指数产品,构建基于FUI水色指数的湖库营养状态评价方法,监测全国范围内144个重点湖库水体的营养状态等级.结果表明:贫营养、中营养、富营养的湖库比例分别为16%、24%、60%;营养状态在空间上分布不均匀,总体上呈现东高西低的现象;东北山地与平原和东部平原湖区以富营养状态水体为主;西部湖库水体以贫到中营养状态为主,尤其是青藏高原湖区贫营养比例比较高;海拔和地表温度等自然因素与工业点源和农业面源污染等人为因素是湖库营养状态的重要影响因素.
  • 基于多源遥感数据的巢湖水华长时序时空变化(2009—2018年)分析与发生概率预测
    祁国华, 马晓双, 何诗瑜, 吴鹏海
    2021, 33(02): 414-427.
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    湖泊富营养化导致的水华问题严重影响了淡水资源的利用和保护,快速、全面、准确的监测水华信息对于湖泊水环境的治理具有十分重要的意义.本文以巢湖为研究区域,利用多源光学遥感影像和时空融合技术,采用波段融合的方式将NDVI指数波段加入到遥感影像当中,并通过监督分类解译水华信息,以此揭示2009—2018年10年间巢湖水华的时空变化规律.结果表明:巢湖发生的水华以零星和局部水华为主,2012年巢湖水体首次出现区域蓝藻水华;巢湖水华的季节变化性强,夏、冬半年水华变化差异大,其中2018年季节间的差异最为显著;巢湖水华后五年发生频率明显高于前五年,西半湖水华较东半湖严重,且巢湖西北部是水华的高发区域,2011年水华开始向沿岸蔓延,2014年水华首次出现在西南湖区,2016年巢湖水华高发区域新增巢湖东部和中部地区.另外,本文根据巢湖的相关气象数据,构建了Logistic水华气象风险概率预测模型,模型平均预测准确率高达87.52%.探究巢湖水华长时序的时空变化规律有助于从宏观上把握其动态趋势,为后续湖区治理以及周边生态环境建设提供理论依据,水华气象风险概率预测模型可为巢湖水华的预警和防控提供决策支持.
  • 基于小波—神经网络耦合模型对云南星云湖富营养化气象驱动因子的分析
    潘佳敏, 冯禹昊, 谢平, 方精云
    2021, 33(02): 428-438.
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    气象因子是影响湖泊富营养化的重要因素,而湖泊富营养化对人群健康、生态系统和社会经济等均有负面影响.本文基于统计资料及遥感数据,结合Morlet小波分析和BP多层前馈神经网络(BP神经网络)构建了不同时间尺度下的小波—神经网络耦合模型,分析了1986—2011年云南星云湖水华强度变化与月降雨量、月平均气温、月平均风速、月日照时数变化之间的关系,探究了影响湖泊富营养化的主导气象因子.结果表明:气象因子的波动周期是影响湖泊年内水华强度变化的重要因素;小波—神经网络耦合模型能有效提高数据拟合的精度,最优小波—神经网络耦合模型的拟合优度为0.605,高于BP神经网络的拟合优度0.292;小波—神经网络耦合模型能更有效地对星云湖富营养化程度进行分析和描述,其均方误差和相关系数均优于BP神经网络;根据最优小波—神经网络耦合模型下的各气象因子的平均影响值,可知月平均气温是影响星云湖富营养化的主导气象因子,其次是月降水率、月平均风速,最后是月日照时数.综上,小波—神经网络耦合模型相比BP神经网络对样本数据具有更好的适应性,拟合精度更高,能为星云湖的保护与富营养化的治理提供参考依据.
  • 平原河网区降雨径流污染负荷测算——以太湖流域望虞河西岸为例
    庞琰瑾, 袁增伟
    2021, 33(02): 439-448.
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    如何精细量化降雨径流污染负荷是流域尺度实现面源精准治污全过程控制的重要前提.本研究以水污染较为严重的望虞河西岸综合示范区为例,通过开展不同土地利用类型的降雨观测实验,修正SCS-CN模型中的初损率,并基于土地利用类型遥感解译和降雨径流污染物浓度测定,精细刻画降雨径流中总磷(TP)、总氮(TN)、氨氮(NH3-N)、化学需氧量(COD) 4类主要污染物的时空分布格局.结果表明:研究区绿地和农田、硬质地表的降雨初损率分别为0.3和0.9;径流深、污染负荷与降雨深之间存在显著的正相关性.随着降雨量逐年递减,研究区降雨径流中TP、TN、NH3-N、COD四类污染物的负荷量分别从2017年的190、1359、445和16041 t减少至2019年的118、949、314和11250 t;单位面积TN和COD负荷最高的用地类型是农村住宅用地,草地的四种污染物单位面积负荷均最低,林地次之.相关研究结果为望虞河流域水污染控制提供了基础数据,也为定量测算平原河网区面源污染负荷提供了方法参考.
  • “引江济星”工程及风场环境影响广东肇庆星湖水龄分布特征
    李金华, 李一平, 唐春燕, 程一鑫, 施媛媛, 程月, 伍欣
    2021, 33(02): 449-461.
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    目前大量景观类湖泊在人工布局下呈现形状不规整的特点,容易造成湖湾水体滞留形成死水区,水质恶化问题日益突出,本文以星湖为研究区域,建立基于环境流体生态动力学(EFDC)模型的星湖水动力—风场耦合模型,以水龄作为衡量水体交换速率的指标,设计12种工况模拟计算不同出入湖通道布局及流量配比、"引江济星"工程和风场对星湖水龄时空分布的影响.结果表明:星湖水龄存在季节性和空间性分布差异,春季主导风向与湖体流动主方向互斥,抑制了波海湖水体交换,导致水龄在春季较长,而秋季南西南季风促进中心湖等水体交换,致使水龄偏短,也反映出风向的影响存在湖区空间异质性,风向为南东南时星湖整体水龄最小;入湖口通道布局及流量配比对湖区水体交换速率存在影响,以外坑为波海湖入湖口且波海湖、中心湖、仙女湖入流比为4∶3∶3时,星湖整体水龄最小,拟建的青莲湖出水口和仙女湖出水口能有效加快青莲湖东北部和仙女湖东南部的水体交换速率;综合考虑调水引流效益、经济投资、生态开发和占地的成本,方案二为最优调水引流方案.本研究强调入湖口布局、流量大小和比例、及风场等因素对城市内湖水体置换的影响,为人为干扰下的景观湖泊的治理和管控提供科学支撑.
  • 调水引流工程对平原河网水动力调控的效果
    于珊, 李一平, 程一鑫, 施媛媛, 程月, 黄亚男, 朱雅, 潘泓哲, 岳桢铻, 郑可
    2021, 33(02): 462-473.
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    平原河网多存在河道流动性不强,河道生态流速难以保障的问题,以典型平原河网地区——宁波市海曙区为例,开展野外原型同步监测,以河道分流比、换水率及槽蓄量为研究对象,系统分析引调水工程对河网水动力的调控效果.结果表明:平原河网水动力改善效果与引排水口分布、引水流量密切相关,为保证河网区水体交换良好,引排水口的连线应尽可能贯通整个区域;平原河网换水率在空间分布上具有很强的异质性(4种调水方案下河道换水率极差,最大为190%,最小为75%),引调水工程能够改善分流能力大的支汊的水动力特征,对分流能力小的支汊及断头河的水动力状况帮助不大;河网换水率提高、槽蓄量变化率减小是区域水动力改善的必要条件,海曙区较小的槽蓄量变化率为0.2%左右.本研究分析了河网区的河道输水能力以及换水率,对优化河网概化密度以减小模拟偏差有参考意义,为进一步探究平原河网水动力改善促进水环境质量提升提供基础,利于特殊水动力特征河道治理和区域水环境管控.
  • 长江中下游平原升金湖流域硝酸盐来源解析及其不确定性
    崔玉环, 王杰, 郝泷, 董斌, 高祥
    2021, 33(02): 474-482.
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    考虑流域地理特征的空间分异,以升金湖流域人口/农业集约区大渡口(DDK)与森林子流域唐田河(TTH)为研究区,利用贝叶斯同位素混合模型分别解析这2个子流域硝酸盐来源的贡献率,并分析其不确定性.研究表明:(1)地下水中,DDK、TTH硝酸盐均主要来源于粪便/污水,贡献率可达65%以上,粪便/污水通过土壤下渗导致地下水硝酸盐富集.(2)地表水中,DDK硝酸盐主要来源于化学肥料,贡献率约为56%;而TTH主要来源于土壤,贡献率为44%;化肥和粪便/污水在DDK的贡献率要高于TTH.(3)无论是地表水还是地下水,贡献率大的硝酸盐来源,其不确定性较大,这与流域土地利用方式、生活污染源以及土壤理化特性等因素的空间差异有关.
  • 新疆赛里木湖近岸表层水典型抗生素的赋存与风险评价
    张亚茹, 张国栋, 王永强, 刘晓晖, 毕斌, 刘宪斌, 卢少勇
    2021, 33(02): 483-493.
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    利用超高效液相色谱-串联质谱联用技术(UPLC-MS/MS)检测了2019年3月份和7月份新疆赛里木湖近岸表层水中12种抗生素的浓度水平,分析了赛里木湖表层水中典型抗生素的时空分布特征及生态风险.结果表明,氧氟沙星和磺胺甲恶唑为赛里木湖中主要抗生素污染物,春季最高检出浓度分别为2.7×10~4和1.8×10~3ng/L,其次为红霉素(71.7ng/L)和土霉素(15.9 ng/L),其余抗生素浓度均小于10.0 ng/L.与其他湖泊或河流地表水相比,赛里木湖抗生素浓度除磺胺甲恶唑和氧氟沙星外,基本处于中等或低水平.由于人类活动和水力流动等因素,抗生素浓度存在时空分布差异,夏季抗生素浓度比春季低2～4个数量级;位于养殖区内的S1点位抗生素总浓度明显高于其他点位.风险评估结果表明,春季红霉素、氧氟沙星和磺胺甲恶唑对赛里木湖生态环境持高风险(RQ>1).
  • 贵阳市百花湖近10年(2009—2018年)的水质时空变化
    贺康康, 王敬富, 李玉麟, 杨小红, 曾华献, 陈敬安
    2021, 33(02): 494-506.
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    百花湖是贵阳市重要的城市饮用水源地,并且近年来经常发生水质异常现象.本文利用2009 2018年百花湖长时间序列的监测数据,采用综合营养状态指数法和Pearson相关性分析,研究了百花湖10年间的水质变化特征和影响因素.结果表明:1)库区叶绿素a(Chl.a)、总磷(TP)、总氮(TN)、高锰酸盐指数(CODMn)和透明度(SD)的浓度范围分别是3.43～39.72 mg/m3、0.034～0.115 mg/L、1.200～2.759 mg/L、1.41～5.51 mg/L和0.75～2.07 m,且高氮磷比(12～63)表明百花湖是磷限制型.2)在空间上,TP、TN、氨氮、CODMn和Chl.a浓度沿水体流向逐渐降低,SD呈相反变化趋势.3) 10年来,百花湖水质由Ⅳ类转变为Ⅲ类,综合营养状态由轻度富营养化状态转变为中营养状态,水质整体向好.4)入库支流是影响百花湖库区水质的主要因素,长期以来,东门桥河、南门河水质TP和TN等超标严重,给库区水质稳定达标带来威胁.5)百花湖Chl.a浓度与气温、水位、风速和TP等指标显著相关,是受水文、气象及营养盐因素的综合控制.未来在百花湖水环境保护治理过程中,应加大对东门桥河、南门河等重点支流的污染治理,加强对水动力学、气候变化等水文气象因素影响库区水质(藻类水华)的机制研究.
  • 东太湖围网拆除前后水生植被群落遥感监测及变化
    杨井志成, 罗菊花, 陆莉蓉, 孙喆, 曹志刚, 曾庆飞, 毛志刚
    2021, 33(02): 507-517.
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    为削减东太湖养殖污染,改善湖泊水质,苏州市于2018年底基本完成东太湖养殖围网拆除工作.围网拆除后,湖泊生态环境对此如何响应,已成为学者及相关管理部门关注的重点.水生植被在维持湖泊生态系统平衡、物质循环和净化水质方面发挥着重要的作用,是诊断湖泊生态系统健康状态的关键指标.本研究基于Sentinel-2卫星数据,利用分类决策树模型和基于生活史的沉水植被优势种群提取方法,监测了东太湖2017年(围网拆除前)和2019年(围网拆除后)的水生植被类群和沉水植被优势种群的空间分布.经验证,水生植被类群监测精度为82.66%,Kappa系数为0.77;沉水植被优势种群的监测精度为62.08%,Kappa系数为0.56.结果表明:围网拆除后,东太湖水生植被优势类群由围网拆除前的沉水植被转变为浮叶植被;沉水植被分布面积减少,且种群由优势度相差不大的七大优势种群逐步向菹草和伊乐藻占据绝对优势发展,逐渐趋于单一化.
  • 长江下游沿江湿地升金湖越冬水鸟觅食集团结构及生态位特征
    王新建, 周立志, 陈锦云, 范少军
    2021, 33(02): 518-528+651.
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    集团结构和生态位特征是量化动物群落组织过程的重要指标,鸟类集团结构及其食物资源分割的分析对于理解群落中不同鸟种生态适应性具有重要意义.越冬水鸟集团结构和生态位特征取决于食物资源的丰富度和可获得性.本文通过对升金湖越冬水鸟的觅食生境和觅食行为的观察,对水鸟群落的集团结构进行划分,采用Levins指数和Pianka指数计算生态位宽度和生态位重叠度.结果表明,升金湖越冬水鸟可被划分为4个觅食集团,即G1浅水啄食集团、G2草滩啄食集团、G3广食性集团和G4深水潜水觅食集团.在浅水和中水区的觅食集团物种组成比深水区的水鸟集团丰富.G3广食性集团的生态位宽度远高于其余3个特化集团.比较而言,所有水鸟物种的觅食行为均较特化,但在觅食生境方面却较宽化.同一集团内物种间的生态位重叠远高于集团间的生态位重叠.G3广食性集团内物种的生态位重叠度低于其它特化集团内物种的生态位重叠度.研究结果表明,升金湖越冬水鸟群落集团结构主要受食物资源空间配置及其可利用性的影响.水鸟群落结构和生态位特征的信息对监测升金湖湿地的质量和制定有效的湿地保护策略都具有重要意义.
  • 滇池大泊口水域水生植物种子库时空特征与恢复潜力
    严拾伟, 潘珉, 李杨, 李林, 肖邦定, 刘永定, 宋任彬, 李滨, 何锋
    2021, 33(02): 529-538.
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    以滇池典型生态修复区——大泊口水域为研究对象,研究了富营养化高原湖泊种子库时空特征、种子库与地表覆盖水生植被及水环境的相关关系和恢复潜力.利用高密度样方原位观测与温室控制种子萌发实验相结合,基于2014—2016共3年的长期定位研究,分析湖泊平均种子库密度、分布格局及与覆盖水生植物S?rensen相似性关系,结果显示:年平均种子库形成率在20.35%～34.13%之间,种子库密度2014年为546.67粒/m~2,2015年为826粒/m~2,2016年为1682粒/m~2,眼子菜科的篦齿眼子菜(Potamogeton pectinatus L.)、金鱼藻科的金鱼藻(Ceratophyllum demersum L.)等耐污种属对种子库构成和年增长率贡献较大;垂直方向上种子主要分布于深层底泥(5～30 cm).随着在时间尺度上的延长,种子库分布更为广泛,且规模越来越大(其中500粒/m2以上规模的分布频率显示增多).离散系数(V/m)与Lloyd平均拥挤指数(m*)分析显示主要优势群丛(篦齿眼子菜等)为聚集分布,其余为均匀空间分布格局;种子库与水生植被关系评价指标S?rensen相似性系数(SC)研究显示,滇池大泊口平均SC=(0.3628±0.0265),在湖泊湿地类型和草本群落植被类型属性上处于较低水平,即显示目前植物群落演替过程发生较快,耐污先锋种属在恢复进程上占据优势生态位,而历史优势种和对水环境要求较高的物种却未能规模萌发,一定程度上揭示了高原富营养化湖泊种子库中历史优势植被可恢复性的特征及难点.
  • 南洞庭湖杨树(Populus deltoides)清理迹地恢复初期涨水前后土壤种子库特征
    刘静逸, 牛艳东, 郭克疾, 蒋丽娟, 罗学卫, 吴小丽, 徐佳娈
    2021, 33(02): 539-549.
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    本文研究了南洞庭湖杨树清理1 a、2 a后的迹地(简称1 a和2 a)和未清理杨树洲滩(ck)涨水前后土壤种子库特征变化及其与地上植被的关系.结果显示:杨树清理迹地土壤种子库共萌发物种23科59属65种,涨水前后土壤种子库密度和种类均表现出1 a>2 a>ck的趋势,且随着土层加深而递减.退水后ck、1 a、2 a不同土层物种数量和密度较涨水前均有所减少,其中一或二年生物种较涨水前有所减少,多年生物种占比增加;湿生物种与中生物种数目较涨水前均有所减少,而2 a土壤种子库中生物种比例较涨水前有所增加.涨水前后土壤种子库Shannon-Wiener和Simpson指数变化较小,退水后Margalef指数较涨水前有所下降.退水后地上植被物种Shannon-Wiener和Simpson指数高于涨水前地上植被,而Margalef指数有所下降.涨水前Srensen相似性系数表现为1 a>2 a>ck的趋势,退水后表现为2 a>1 a>ck的趋势,涨水前后不同恢复年份土壤种子库和地上植被优势物种所占比例有所差异.研究表明,南洞庭湖杨树清理迹地退水后土壤种子库密度和种类显著下降,随着恢复年份和水淹频次的增加,一或二年生物种迅速减少,多年生物种比例增加,地上植被物种均匀性有所增加,可见水文因子是影响南洞庭湖杨树清理迹地种子库恢复能力的重要因素.
  • 青藏高原拉昂错热力分层和混合层深度变化特征观测
    苏荣明珠, 马伟强, 马耀明, 谢志鹏, 王宾宾, 胡伟, 刘景时
    2021, 33(02): 550-560.
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    湖泊热力结构不仅影响湖泊内部生态环境,而且与区域气象和气候系统相互影响,但目前对湖泊垂直温度的观测研究仍非常匮乏.本研究基于青藏高原拉昂错连续的湖温和气象观测,分析了小时尺度和日尺度热力分层规律和混合层深度的变化特征.结果表明:拉昂错为冷多次完全混合型湖泊;湖表温度8月达到最大值,湖面敞水区和沿岸的湖表温度季节震荡相同,但存在一定的空间差异;与空气温度相比,湖表温度变幅小,降温更慢,峰值滞后约1个月.同时发现,拉昂错混合层深度变化较为规律,辐射和风速是影响湖泊混合层深度的主要外界因子.探明真实的高原湖泊分层规律,有利于提高湖泊模拟能力,为优化湖泊参数化方案提供参考.
  • 水力调控对湖泊甲烷扩散通量的影响
    肖启涛, 胡正华, 张弥, 王伟, 肖薇
    2021, 33(02): 561-570.
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    外源引水等水力调控措施常用于湖泊水环境综合整治中,作为人类施加到湖泊显著的外界活动,其对湖泊甲烷(CH4)扩散通量的影响鲜有报道.贡湖湾作为"引江济太"工程长江来水进入太湖的第一站,其CH4通量变化是对水力调控的最好响应.基于2011年11月至2013年8月逐月的野外观测表明,贡湖湾平均CH4扩散排放量为0.073 mmol/(m2·d),显著高于参考水域(湖心区) CH4排放量(均值:0.017 mmol/(m2·d)).贡湖湾不同站点间CH4通量也表现出显著差异,但湖心区域无此现象.贡湖湾和湖心2个区域的CH4扩散通量均有明显的时间变化,且与水温呈显著正相关.但因受到外源来水的影响,贡湖湾CH4通量时间变化的温度依赖性相对较低.总体上外源引水显著提高了湖体CH4排放量,考虑到湖泊CH4通量受内部因子和外部因子的综合协调影响,其潜在的控制机制还需要进一步探讨.
  • 考虑河道整治工程影响的一维水沙数学模型及其应用
    周美蓉, 夏军强, 邓珊珊, 李志威
    2021, 33(02): 571-580.
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    在冲积河流上,各类河道整治工程的实施一定程度上会影响河床的演变过程.本文通过改进现有的一维水沙数学模型,重点研究护岸及护滩(底)这类限制河床进一步冲刷的整治工程对水沙输移及河床冲淤变形的影响.首先对固定断面的各节点采用特定的代码进行标记,以此区分河漫滩、有或无整治工程的主槽区域.然后对悬沙输移及河床冲淤变形模块进行改进:当断面发生淤积时,其形态调整不受整治工程的影响,淤积量将在整个断面上进行分配;当发生冲刷时,断面形态调整仅发生在未实施工程的位置或者受工程限制但形成了一定厚度淤积层的区域;在实施了整治工程且无法提供沙源的区域,河床冲刷则不会发生.最后长江中游荆江段2016年的模拟结果表明:考虑整治工程情况时,改进模型计算的河道冲刷量偏小且与实测值更为接近;河槽断面形态与实测结果也更为吻合.
  • 新安江模型在资料匮乏的长江中下游山区中小流域洪水预报应用
    龚珺夫, 陈红兵, 朱芳, 李永凯, 崔明, 李致家
    2021, 33(02): 581-594+650.
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    水文资料匮乏流域的洪水预报(PUBs)是水文科学与工程中一个尚未解决的重大挑战.中国湿润山区中小流域大多是水文资料匮乏的流域,在此地区进行洪水预报的重要手段之一就是水文模型参数的估计.对基于参数物理意义的估算方法(以下简称物理估算法)及两种区域化方法进行了研究,将其用于新安江模型参数的估算及移植.皖南山区的29个中小流域被选作水文资料丰富的测量流域,鄂西山区的3个中小流域被视为水文资料匮乏的目标流域,目的是研究目标流域与测量流域空间位置较远但物理条件相似时,区域化等方法是否可以有效估计模型参数.结果表明,即使目标流域与测量流域空间距离较远,区域化及物理估算法也能一定程度上减少参数估计导致的模型效率损失,且在研究区的最优参数估计方案为单流域物理相似法结合回归法及物理估算法.为长江中下游资料匮乏的山区中小流域提出了可行的新安江模型参数估计方案,为该地区的洪水预报提供指导.
  • 基于SWAT模型的淮河上游流域设计洪水修订
    秦振雄, 彭涛, 王继保, 董晓华, 常文娟, 马海波, 刘冀, 王高旭
    2021, 33(02): 595-606.
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    变化环境下洪水序列的一致性遭到破坏,引发基于统计原理计算的设计洪水可靠性下降,亟需开展非一致性条件下的设计洪水修订研究.以淮河上游流域为研究区域,运用Pettitt检验法和滑动t检验法综合检测年最大洪峰流量序列突变点,在此基础上,采用SWAT分布式水文模型对变异前的洪峰与洪量序列进行还现,利用径流深的模拟结果修订设计洪水,并对修订后的洪水序列进行频率分析.结果表明:(1)淮河上游息县和淮滨站年最大洪峰流量呈现不显著的减小趋势,王家坝站则表现出不显著增加趋势,1991年为各站年最大洪峰流量序列的突变点;(2) 3个水文站率定期和验证期的确定性系数(R2)和Nash-Sutcliffe效率系数(NSE)均满足适用性要求,其中流域出口王家坝站率定期R2、NSE分别为0.77和0.79、验证期分别为0.72和0.74,模拟精度较高;(3)淮河上游流域洪水设计值较修订前略有减小,其中,洪峰流量减小幅度平均值在3.3%～6.1%之间,淮滨站的减小幅度最大;不同时段洪量的减小幅度平均值在1.4%～2.7%之间,整体修订幅度小于洪峰流量的修订幅度,并且洪量的时段越长,修订幅度越小;随着重现期的增大,各洪水指标的修订幅度逐渐减小.本研究对于变化环境下的淮河流域水利工程规划和防洪减灾具有重要意义.
  • 基于实测与模拟的青海湖冰厚时空变化特征
    曹娟, 姚晓军, 靳惠安, 张调风, 高永鹏, 张大弘, 赵全宁
    2021, 33(02): 607-621.
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    湖冰厚度是湖泊在封冻期的重要物理参数,明晰其时空变化特征对于认识气候变暖背景下的湖冰响应规律具有重要的理论价值和现实意义.基于ERA5 Climate Reanalysis气温数据集、MODIS MOD09GQ数据产品和2019年湖冰钻孔测厚数据及雷达测厚数据,重建2000—2019年青海湖冰厚时间序列并分析其时空变化特征.结果表明:①2019年3月实测青海湖湖冰厚度平均增长速率为0.30 cm/d,高于2月份(0.12 cm/d).基于度日法湖冰生长模型模拟的2018年11月—2019年3月青海湖冰厚平均增长速率为0.34 cm/d,与实际观测数据相比,模拟冰厚误差为±2 cm,但在河流入湖口处和湖区南侧误差较大,且冰厚模拟数值在3月中旬前高估而之后有所低估.②青海湖多年平均冰厚介于32～37 cm,其中2008—2016年湖冰厚度年际变化剧烈,呈现先增大再稳定后减小的趋势.冻结初期湖冰厚度增长迅速,12月和1月湖冰增长速率分别为0.45和0.41 cm/d,2月后冰厚增长速率放缓,2月和3月分别为0.29和0.14 cm/d.③2000—2019年冰厚整体呈现北厚南薄、东厚西薄的空间格局,多年冰厚变化幅度湖区西部较东部稳定,湖冰平均厚度与完全封冻时长及封冻期呈正相关.
  • ~(210)Pb和~(137)Cs定年技术在湖泊沉积物中的应用与问题
    高少鹏, 王君波, 徐柏青, 张小龙
    2021, 33(02): 622-631.
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    湖泊沉积记录研究对了解流域侵蚀、揭示区域气候环境变化及人类活动影响、建立外生地球化学循环模式等均具有重要意义.放射性同位素~(210)Pb和~(137)Cs组合定年法是百年尺度湖泊沉积记录研究的首选方法,在过去几十年中得到了广泛应用,大力推动了湖泊沉积记录的高分辨率气候环境变化研究的开展.然而,如何理解和选择适用的计算模式来尽可能地提高定年准确度目前仍存在争议,这在一定程度上限制了该方法的应用.鉴于上述问题,本文基于本实验室近年来从青藏高原获取的若干支代表性湖芯的定年结果,从样品前处理、仪器及测试、数据分析及计算等全过程对~(210)Pb、~(137)Cs定年原理和方法进行了较为系统的阐述;在此基础上,提出了~(210)Pb定年样品封装原则,探讨了高纯锗γ谱仪在放射性活度测量中的影响因素,并建立了准确有效的比活度校正方法;明确指出了恒定初始浓度模式(constant initial concentration,CIC)可用于计算沉积物每层的年龄,而不是部分研究中认为的平均沉积速率,这对于深刻理解该定年模式并提供准确的定年结果具有重要的参考意义.同时,通过对比两种放射性核素的分布特征发现,相对于~(210)Pb而言,~(137)Cs更容易发生垂向迁移进而影响其时标准确性,这需引起研究者的充分重视,因此,当二者定年结果出现明显差异时,建议以~(210)Pb定年结果为准.
  • 大柴旦盐湖中镭同位素分布特征来源及示踪意义
    孔凡翠, 杨英魁, 马玉军, 沙占江, 凌智永, 王建萍
    2021, 33(02): 632-646+648.
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    为了查明大柴旦湖周围水体相互作用过程,2016年3月和7月分别采集了大柴旦周围多种水体样品、悬浮颗粒物和湖底沉积物.测试了大柴旦盐湖、深部地下热水、表层地下水热水、浅层地下水、河流水体中镭同位素的活度值,通过解吸和扩散实验,获得了河流悬浮颗粒物和湖底沉积物扩散的镭同位素活度值.结果表明:河口区(3L10、3L11、3L12)~(223)Ra、~(224)Ra、~(226)Ra和~(228)Ra活度比湖中心的活度值高,湖水中~(223)Ra、~(224)Ra、~(226)Ra和~(228)Ra活度先随着盐度的增加而升高,当盐度大于168.99‰时,则随着盐度的增加而降低,这表明镭同位素在进入湖体是先发生解吸,后发生镭同位素的共沉淀.深部地下热水~(223)Ra、~(224)Ra和~(228)Ra的活度值是表层地下热水~(223)Ra、~(224)Ra和~(228)Ra活度值的3～4倍,而~(226)Ra活度值正好相反,表层地下热水中~(226)Ra的活度值比深部地下热水中~(226)Ra的活度值高,在表层具有明显的积累现象.这是由于短半衰期~(223)Ra、~(224)Ra和~(228)Ra发生衰减,而长半衰期~(226)Ra得到积累的原因,从而表明镭同位素的运移方向是从深部往上涌的过程.大柴旦盐湖中的镭同位素主要来源于深部地下热水、浅层地下水和河流.大柴旦周围水循环过程是雨和冰雪融水下渗补给深部和浅层地下水以及地表径流;深部地下热水一部分上涌至表层,经过出山口之后全部转化为浅层地下水,一部分通过深大断裂汇集到大柴旦湖;浅层地下水直接汇集到湖盆;地表径流在山区下渗补给浅层地下水,丰水期汇入到湖盆.