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过刊目录

  • 2021年, 33卷, 第03期
    刊出日期：2024-06-19
      
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  • 卫星遥感解译湖泊蓝藻水华的几个关键问题探讨
    冯炼
    2021, 33(03): 647-652.
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    蓝藻水华是全球性的水环境健康问题,对水华暴发过程信息的快速准确获取是制定有效防治措施的关键.卫星遥感因具有大范围、周期性观测的特点,被广泛地用于湖泊蓝藻水华的时空动态监测.本文指出在利用遥感对湖泊蓝藻水华进行研究时,需要注意的4个问题:(1)湖泊水体中泥沙等信号对藻华存在干扰;(2)大气程辐射及水陆边界影响藻华特征提取结果;(3)卫星数据的有效观测频次影响获取的藻华时空变化趋势;(4)卫星遥感难以实现藻华暴发区的叶绿素浓度准确反演.本文分析了形成上述问题的主要原因,并建议相关的研究工作者在选用合适的遥感数据及方法时,对它们的潜在影响进行评估.
  • 湖泊沉积物DNA在气候环境变化和生态系统响应研究中的应用
    马睿, 陈建徽, 刘建宝, 袁艳丽, 周爱锋, 丁国强
    2021, 33(03): 653-666.
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    随着气候与生态问题的不断涌现,气候环境变化与生态系统响应研究的重要性日益凸显,而传统方法逐渐难以满足深入研究的需要.现代分子生物技术的快速发展使针对湖泊沉积物的DNA分析逐渐被引入相关研究中,有效弥补了传统研究方法的不足,为研究者提供了理解过去气候和环境变化、生态系统响应的新视角.湖泊沉积物中的DNA蕴藏着丰富的生物群落演变信息,不仅是重建古气候、古环境变化历史的有力工具,更有助于研究生态系统的长期演化过程及内部机制,探讨气候环境变化及人类活动对生态系统的影响.本文分析了保存在湖泊沉积物中DNA的特点,着重介绍湖泊沉积物DNA分析在气候环境变化及生态系统响应研究中的应用,并对该技术目前存在的挑战、可能的解决方案及未来发展潜力进行了总结与展望.
  • 杂食性鱼类对浅水水体底栖-浮游生境耦合作用的影响:微综述
    梅雪英, Vladimir Razlutskij, Lars G.Rudstam, Erik Jeppesen, 唐雅丽, 张修峰, 刘正文
    2021, 33(03): 667-674.
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    浅水水体存在着强烈的底栖-浮游生境耦合作用,耦合的结果决定着水生态系统关键特征.在缺少大型水生植物的浅水系统中,底栖藻类和浮游藻类对光照和营养盐的竞争是底栖-浮游生境耦合最为重要的生态过程之一,但该过程受到杂食性鱼类的影响.本文以浅水水体的底栖-浮游生境耦合作用为切入点,综述了杂食性鱼类对浅水水体底栖-浮游生境耦合作用的影响过程及机理.一般而言,杂食性鱼类有利于提高水层营养盐浓度,促进浮游藻类生长,降低水体透明度,不利于底栖藻类竞争,从而加速水体富营养化.但不同种类的杂食性鱼类(如底栖杂食性鱼类、偏植物性饵料的杂食性鱼类、偏动物性饵料的杂食性鱼类以及小型杂食性鱼类)因食性差异,对底栖-浮游生境耦合的影响机理不同,产生的生态环境效应各异;即便同一种杂食性鱼类也可因发育阶段不同对底栖-浮游生境耦合产生不同的影响.在人类活动、全球变暖以及富营养化等多重因子胁迫下杂食性鱼类在鱼类群落结构中的比例上升,因此,杂食性鱼类对水生态环境产生的影响深远、复杂,值得持续关注.
  • 南水北调中线干渠浮游植物群落时空格局及其决定因子
    张春梅, 朱宇轩, 宋高飞, 米武娟, 毕永红, 王树磊, 梁建奎, 尚鸣宇
    2021, 33(03): 675-686.
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    为了解南水北调中线干渠浮游植物群落的时空格局,自2018年8月开始分4个季度对干渠沿程的11个样点进行采样调查,同步开展水环境调查;共检出浮游植物7门83属145种,物种丰富度上,硅藻种类数最多,绿藻和蓝藻分别占第2和第3位,且春季>秋季>冬季>夏季;优势种包括极小曲丝藻(Achnanthidum minutissimum)、桥弯藻(Cymbella sp.)、空星藻(Coelastrum sphaericum)、衣藻(Chlamydomonas sp.)等(优势度Y>0.02);全年叶绿素a浓度为(4.09±2.89)μg/L,细胞密度为(6.79±7.15)×10~6cells/L,夏季细胞密度显著高于其他季节,以绿藻、蓝藻为主,其他季节以硅藻、绿藻为主;空间上,细胞密度从南到北呈递增趋势,穿黄工程后显著高于穿黄工程前; RDA与多元线性回归分析显示:水温和营养盐是影响群落结构的关键因素,其次是流量和流速,这些因子成为群落时空格局的决定因子; NMDS与聚类分析显示:时间变化对于群落结构产生的影响比空间变化更为显著.本研究确认了跨流域长距离输水的中线干渠中浮游植物群落的显著时空异质性;鉴于流速、流量对群落的决定作用,建议在输水管理中加强生态调度技术研究,以调控浮游植物群落,保障水质稳定.
  • 基于多时相主被动遥感的漓江水面监测与水质参数反演(2016-2020年)
    刘曼, 付波霖, 何宏昌, 解淑毓, 仇继圣, 孙习东, 龚烨云, 劳植楠, 左萍萍
    2021, 33(03): 687-706.
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    以漓江流域为研究区域,以2016-2020年Landsat 8 OLI、GF-1、Sentinel-2A及Sentinel-1A逐月影像为数据源,选用归一化水指数(NDWI)、改进型归一化水指数(MNDWI)、增强型水体指数(EWI)、归一化差值池指数(NDPI)、后向散射系数(S)与主被动遥感加权指数(JQ)提取漓江水体信息,采用二类水体区域性近岸海域水色算法(C2RCC)、最大叶绿素指数(MCI)、双波段比值法(Double R)及叶绿素反射峰强度(ρ_(chl)) 4种方式,反演漓江水体叶绿素a(Chl.a)与总悬浮物质(TSM)浓度.将漓江划分为278个基本评价单元,利用水面变化区域差异值(WDr)、河岸线发育系数(SDI)与水体信息变化动态度(K)等指标定量分析漓江上、中、下游枯水期和汛期的水文和水质信息的年内时空动态变化,得出以下结论:(1)主被动遥感加权指数JQ与NDPI指数的提取效果优于NDWI、MNDWI、EWI指数与后向散射系数,但与JQ指数相比,NDPI指数提取精度更高、可信度更强.(2)基于C2RCC算法反演的Chl.a浓度的均方根误差(RMSE)处于0.18～7.88 mg/m~3之间,TSM浓度的RMSE为0.17～12.55 g/m~3,可较好地反映漓江水质参数变化情况.(3)基本评价单元的划分可清楚地分析出上、中、下游地区水域水面宽度、水域面积、Chl.a与TSM浓度的连续变化情况,实测数据则依靠站点监测,所得结果较分散,无法进行连续性分析.(4)漓江5-10月降水较多、水体流动性强,大部分地区平均水面宽度在100～250 m范围内,水体富营养化程度低,水质较好,但2月水质最差,水体富营养化程度较高地区主要集中于上、中游的兴安县、灵川县等城镇居民区以及下游旅游开发区较多的兴坪镇.
  • 洪泽湖养殖网围拆除生态效应
    段海昕, 毛志刚, 王国祥, 谷孝鸿, 曾庆飞, 陈辉辉
    2021, 33(03): 706-714.
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    为研究湖泊网围养殖对湖泊生态系统的影响,2018年全年3次于洪泽湖养殖网围及主要出入湖河道开展调查,通过对比洪泽湖不同区域(河口、湖心、网围区、外围区和拆除区)水质及水生生物的空间分布特征,分析养殖网围拆除后湖泊生态系统的响应机制.结果表明,洪泽湖不同区域的水质及水生生物群落结构存在明显差异,其中养殖区水体总氮、总磷及悬浮颗粒物浓度明显低于河口和湖心,但浮游动植物密度及生物量则整体高于河口和湖心,且养殖区蓝藻、轮虫所占比重较高,这种分布差异很大程度上受外源输入及水动力条件影响.与之相对,养殖区内网围区、拆除区和外围区的水质及水生生物群落结构差异并不明显,表明养殖网围拆除后的短期时间内水质并未明显改善,且高藻类密度、低透明度的水体环境也不利于沉水植物的萌发生长与群丛恢复,有必要进一步采取合理有效的生态修复措施促进养殖迹地生态系统的恢复.
  • 2012-2018年洪泽湖水质时空变化与原因分析
    李颖, 张祯, 程建华, 邹亮华, 张庆吉, 张敏, 龚志军, 谢世友, 蔡永久
    2021, 33(03): 715-726.
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    洪泽湖是南水北调东线工程的重要枢纽.为评估水环境长期变化,于2012-2018年开展逐月水质监测.结合水文气象与淮河水质水量数据,分析洪泽湖水质长期变化趋势及空间分异的驱动因素,结果显示:2012-2018年,洪泽湖总氮、总磷多年平均浓度为1.74和0.081 mg/L,分别为Ⅴ类水和Ⅳ类水,透明度均值为0.48 m,下降趋势不显著,而高锰酸盐指数、叶绿素a多年平均浓度分别为4.13和0.008 mg/L,呈显著下降趋势.在空间分布上,过水区总氮、总磷浓度显著高于成子湖、溧河洼;高锰酸盐指数、叶绿素a浓度则相对较低,透明度则是成子湖较高,溧河洼和过水区相近.3个湖区的叶绿素a浓度下降明显,但过水区的高锰酸盐指数呈上升趋势.洪泽湖与淮河水质相关性分析结果显示,洪泽湖总氮、总磷浓度与淮河水质呈强相关性,特别是过水区各个水质指标与淮河水质均有显著的相关性,而成子湖、溧河洼水质与淮河水质相关性较弱.广义可加模型(GAM)显示,过水区的总氮、总磷浓度等参数与淮河营养盐、高锰酸盐指数及悬浮物浓度变化的关系显著,成子湖和溧河洼的水质指标影响因素差异较大,成子湖、过水区的叶绿素a浓度与高锰酸盐指数相关性较强,而溧河洼的叶绿素a浓度与降水、透明度关系显著.相关性和GAM模型表明淮河对于洪泽湖,尤其是对过水区的水质影响极为明显,是洪泽湖维持较高营养水平和水质空间分异的重要原因.尽管不同湖区叶绿素a浓度下降趋势表明洪泽湖营养状态有所降低,但其氮、磷浓度仍维持在较高水平,存在富营养化风险.应持续关注淮河入湖水质变化,削减污染物输入,压缩湖泊围网、圈圩养殖规模,通过加强水污染防治和水域空间管控保障洪泽湖水环境安全.
  • 北方半干旱区土地利用/覆被变化对湖泊水质的影响:以岱海流域为例(2000-2018年)
    梁旭, 刘华民, 纪美辰, 常明, 温璐, 于瑞宏, 卓义, 王立新
    2021, 33(03): 727-738.
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    土地利用/覆被变化对明晰气候变化和人类活动对湖泊水环境的影响有重要作用.以北方典型农牧交错的岱海流域为研究对象,基于遥感解译技术、马尔可夫转移矩阵、综合污染指数法等方法,对2000-2018年岱海流域土地利用/覆被和湖泊水质的变化进行分析,并结合冗余分析法和计量分析模型探究长时间序列尺度下土地利用/覆被变化对湖泊水质的影响.结果表明:近20年来,岱海流域的土地利用/覆被类型以耕地和草地为主,其变化特征主要是草地和林地转化为耕地,水域转化为季节性河流,岱海转化为内陆滩涂、沼泽草地和灌丛沼泽;岱海湖泊水质因子高锰酸盐指数、五日生化需氧量、总磷和总氮浓度存在不同程度的超标现象;岱海、湿地、林地对水质具有积极的改善作用,耕地、草地、建设用地是加剧水质污染的主要原因.该研究为岱海湖泊流域土地资源合理利用、湖泊水质改善和生态保护提供了一定的科学理论依据.
  • 黄河流域多时空尺度土地利用与水质的关系
    郭羽羽, 李思悦, 刘睿, 张静
    2021, 33(03): 737-748.
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    为探究不同时空尺度土地利用与水质的相互关系,以黄河流域为研究对象,基于2018年河流水质与土地利用数据,提取3种空间尺度(1000 m河段缓冲区、500 m河岸带缓冲区、子流域)的景观格局指数,结合4个季节河流水质指标,采用冗余分析方法定量探讨土地利用对河流水质的多时空尺度影响,获得水质资源管理最有效的时空尺度.结果表明:(1)在3种空间尺度下,耕地和草地占比最大.斑块密度(PD)在1000 m河段缓冲区尺度下更大,香农多样性指数(SHDI)在3种空间尺度下变化不大;(2)水质指标季节性和空间性存在显著差异,夏季水质优于冬季;(3)土地利用在夏季和1000 m河段缓冲区尺度下对水质影响最显著;(4)不同景观格局指数对河流水质产生的影响不同,耕地面积占比和林地面积占比、未利用地面积占比和SHDI对水质影响最为显著,除了耕地面积占比和PD值的增加会导致水质下降外,其余土地利用指数在大多数时空尺度下均可改善水质.该研究基于不同的时空尺度对土地利用与水质的关系进行定量研究,为合理规划土地资源提供参考,从而保护流域水质安全.
  • 两种氮浓度对轮叶黑藻(Hydrilla verticillata)腐解过程营养盐释放及附着生物膜内氮循环基因丰度的影响
    刘敏, 张松贺, 张丽莎, 周甜甜, 刘远思
    2021, 33(03): 749-760.
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    氨氮是地表水常见污染物,尤其在农业区域,氮类化肥的不合理施用会导致周边水体氮浓度迅速升高并保持较高水平.然而,当前对高氮水平下沉水植物腐败和附着氮循环微生物的影响尚不清楚.以轮叶黑藻(Hydrilla verticillata)为研究用沉水植物,在实验室内模拟水体内8和16 mg/L氮浓度下轮叶黑藻腐解过程中营养盐释放及残体表面微生物氮循环功能基因丰度的变化.研究发现水体两种氮浓度下轮叶黑藻腐解过程中残体腐解及营养盐释放速率无显著差异;与对照相比,植物腐败初期水体内碳、磷浓度迅速增加,而溶解氧浓度及氧化还原电位迅速降低,随着时间的推移上述水质指标逐步恢复至初期状态(第146天);水体荧光溶解性有机质主要包括紫外类富里酸、可见类富里酸、色氨酸类蛋白质和酪氨酸类蛋白质等类型.在5个氮循环相关基因中,氮负荷增加对轮叶黑藻残体生物膜内amo A、napA和narG的丰度有显著影响.冗余分析表明氮循环基因丰度受水体总氮浓度的影响较小,与植物总有机碳含量和水体化学需氧量及溶解氧浓度存在相关性.研究结果表明虽然当前氮水平对植物腐败过程影响不大、对氮循环基因丰度有一定影响,但是对该水生植被(尤其是植物腐败初期)和农业退水排放的管理仍需加强,以降低其对水体的影响.
  • 云南4个湖泊浮游生物碳、氮稳定同位素的季节变化及其影响因子
    陈子栋, 黄林培, 陈丽, 梁红, 刘园园, 陈小林, 张涛, 陈光杰
    2021, 33(03): 761-773.
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    浮游生物是湖泊食物网的重要组成,其碳、氮稳定同位素能够反映元素地球化学循环和食物来源的波动,是了解水域生态系统结构变化的重要手段之一.本文选取云南4个不同类型湖泊,开展浮游生物碳、氮稳定同位素组成(δ~(13)C、δ~(15)N)的季节变化与湖泊对比研究.大型深水湖泊(抚仙湖和阳宗海)中,浮游植物δ~(13)C值在夏、秋季(-20.34‰±1.98‰)显著高于冬、春季(-28.00‰±2.51‰),反映夏秋季藻类生长速率较高、HCO_3~-无机碳源利用增多等的影响.而小型浅水湖泊(长桥海和大屯海)中浮游植物δ~(13)C值在夏季最高(-21.24‰±0.88‰),可能与雨季流域输入增强、陆源有机质占比增加有关.4个湖泊浮游生物δ~(15)N值具有一致的变化特征,春季显著高于其他季节.分析表明,云南地区雨季以面源污染为主向旱季以点源污染为主的转变,导致氮素营养盐季节性来源差异,并通过生物吸收作用影响了浮游生物δ~(15)N值的季节变化.在浮游动物与浮游植物的稳定同位素差值(即富集度)方面,营养水平高的小型浅水湖泊中δ~(13)C富集度为1.61‰±0.90‰、δ~(15)N富集度为2.71‰±1.22‰,显著小于营养水平低的大型深水湖泊(分别为2.60‰±0.98‰和4.19‰±1.25‰),表明随着湖泊营养水平的增加,浮游动物更多地以浮游植物为食,导致有机碳在不同营养级之间的传输过程中具有更强的耦合作用,且相邻营养级之间具有更低的δ~(15)N富集度特征.
  • 贵州草海湿地不同生境周丛生物碳、氮、磷生态化学计量学
    王天佑, 夏品华, 林陶, 杜欣
    2021, 33(03): 774-784.
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    为深入了解湿地周丛生物碳(C)、氮(N)、磷(P)生态化学计量的变化规律及其影响因素,对贵州草海湿地4种不同生境(湖滨带、人工湿地、农田沟渠、污水处理厂)中周丛生物两个生长阶段(生长期和衰老期)的C、N、P生态化学计量学进行了研究.结果表明:水体营养指数依次为污水处理厂(51.55±4.50)>农田沟渠(50.41±4.50)>人工湿地(47.20±6.72)>湖滨带(41.86±6.91),湿地下游水域水质较上游明显改善.总体来看,在不同生境间,周丛生物C、N、P含量随着水体营养浓度的升高而增加,但周丛生物化学计量比呈下降的趋势.同一生境中,生长期周丛生物的C、N、P含量和C∶N都小于衰老期周丛生物,N∶P和C∶P则相反.周丛生物生长期N、P元素为弱稳态型(H_N=2.358,H_P=2.576),衰老期为稳态型(H_N=10.99,H_P=5.78),整体来看两个生长阶段周丛生物的N∶P呈稳态型(H_(N∶P)=4.504).根据周丛生物最佳生长速率计量比得出湖滨带处于P限制状态,而人工湿地、污水处理厂和农田沟渠则不受养分限制.相关性分析表明水体营养水平显著影响周丛生物的N、P元素含量及化学计量比,尤其是水体TP和TN浓度.非线性曲面拟合分析表明,周丛生物N∶P和C∶N分别受水体TP和TN浓度的主要影响,而水体TN和TP浓度对周丛生物C∶P的影响同等重要.该研究表明,基于水体TP、TN浓度和周丛生物化学计量比的三维模型可用来评估水体营养水平和周丛生物化学计量之间的关系.
  • 贵州高原花溪水库浮游植物优势种生态位及种间联结性动态分析
    马一明, 李秋华, 潘少朴, 旷攀, 金爽
    2021, 33(03): 785-796.
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    为了解贵州高原花溪水库在2017年3月生态调控蓝藻水华后,浮游植物物种多样性结构的稳定状况,于2017年4月2018年1月4个季节对花溪水库的浮游植物群落结构进行调查.运用生态位宽度、生态位重叠值、方差比率法、卡方检验和联结系数对主要浮游植物群落间的相互关系进行综合分析.结果表明:4个季节共出现优势种4门11种,其中硅藻门的尖针杆藻(Synedra acusva)和梅尼小环藻(Cylotella meneghiniana)在4个季节都为优势种,对水环境状态指示明显.各优势种的生态位宽度差异较大,变化范围为0.120～0.814,主要由广生态位种和窄生态位种组成.种对间生态位重叠值的变化范围为0.101～0.936,生境越相似的种对重叠值越大.方差比率法结果分析显示,优势种对间总体呈显著正关联.通过卡方检验后发现38对藻种中联结性显著的有9对,主要分布在夏、秋季,体现了花溪水库群落结构受人为干扰和季节变化的影响较大,呈"不稳定-稳定-不稳定"的交叉演替模式.
  • 1990-2019年江苏片区入太湖水量变化及原因分析
    胥瑞晨, 逄勇, 胡祉冰
    2021, 33(03): 797-805.
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    为了对江苏片区主要入太湖水量的原因进行定量化分析研究,基于1990-2019年的气象数据、遥感数据以及沿江引水量数据,借助Mann-Kendall趋势检验与突变检验法、Envi5.3以及Pearson系数法分别对近30年入湖水量、建筑用地、降雨量和蒸发量与引江水量进行了突变检验,并以入湖水量为因变量,对各因素间的相关性和贡献度做了量化研究.结果表明,研究区域的入湖水量近30年来上升趋势达到了95%,城市化率、气象条件和沿江引水量都是导致其变化的主要原因,其中人为干扰(城市化率和沿江引水量)与自然影响(气象条件)的贡献度各占50%.未来建议强化海绵城市的建设,合理科学地对沿江水资源进行调度使用,以降低城镇化率上升与外部引水增加带来的影响.
  • 三峡水库蓄水运用以来长江中下游沙量平衡分析
    许全喜, 李思璇, 袁晶, 杨成刚
    2021, 33(03): 806-818.
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    以三峡工程为核心的梯级水库群联合调度运用显著改变水沙条件,坝下游河段出现长时间、长距离的冲淤调整,长江中下游沙量平衡分析是合理评估水库群修建对河道影响的重要依据,是河湖管理与保护的关键支撑.本文基于长时间序列原型观测资料,采用沙量平衡法分析长江中下游不同时空尺度泥沙沿程恢复特征,对比断面地形法计算结果,结合河道空间区域性特征,从临底悬沙测验误差、断面代表性及断面间距、河道采砂等多角度深入揭示两种方法计算冲淤量产生差异的主要原因.结果表明:(1) 2003-2018年宜昌至大通河段冲刷泥沙10.76亿t,其中粒径d<0.125 mm的泥沙冲刷量占比达90.9%.以螺山为界,宜昌至螺山段"粗细均冲",螺山至大通河段则"细冲粗淤";(2)宜昌至大通河段2003-2018年沙量平衡法与断面地形法计算冲淤量相对偏差为71%,从沿程差异分布来看,距离三峡大坝坝址较近的宜昌至沙市河段两方法计算绝对差值较小,而沙市至大通河段差值较大,占宜昌至大通全河段绝对偏差的近86%;(3)宜昌至沙市河段河道采砂量占实测河床冲刷量的比例约为20%,临底悬沙对输沙量的改正比例为13.2%～26.7%(平均约为20%),修正后,沙量平衡法、断面地形法计算结果吻合相对较好;沙市至大通河段泥沙测验、固定断面布设、河道采砂等是导致沙量平衡法与断面地形法出现差异的主要原因.
  • 三峡水库蓄水后下荆江河段典型洲滩调整机理
    杨绪海, 熊海滨, 李义天, 李思璇
    2021, 33(03): 819-829.
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    三峡工程运行后长江中下游河道洲滩普遍冲刷萎缩,航道条件极不稳定.为探究影响洲滩演变的主控因素,采用近期水文、泥沙和地形观测资料,以下荆江铁铺水道广兴洲边滩为例,分析了边界条件、水沙过程及整治工程等因素对洲滩调整特征的影响程度.结果表明:洲滩组成中的细沙(0.125 mm<0.25 mm)占比较大,抗冲性较弱,是滩体冲刷的前提条件.三峡工程运行后广兴洲边滩年际间呈冲刷萎缩趋势,水沙条件变化是洲滩变形的主导因素,滩体冲淤变化与漫滩流量(Q>15000 m~3/s)有一定关系,其持续时间越长,一般表现为滩体面积越小;汛期悬移质分组沙输移过程中,细沙的大幅减少导致边滩萎缩明显,其影响程度比漫滩流量更大.滩体冲淤变形特征与前3年漫滩流量下平均水流冲刷强度的相关性最好.守护工程实施后,漫滩流量下平均水流冲刷强度仍然较大,但滩体后退趋势得以抑制且小幅淤积,工程效果得以充分发挥.
  • 三峡工程蓄水后长江中游城陵矶-汉口河段过流能力变化及影响因素分析
    姚记卓, 夏军强, 邓珊珊, 周美蓉, 许全喜
    2021, 33(03): 830-841.
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    受上游水库运行的影响,自2003年后长江中游河段河床调整,引起河道自身过流能力的变化.本文选取长江中游城陵矶-汉口河段作为研究对象,根据实测资料计算了2003-2016年两个水文断面的水位-流量关系及特征流量变化,并采用一维水动力学模型计算了河段尺度的平滩流量.结果表明:(1)螺山站及汉口站2003-2016年的水位-流量关系呈现枯水流量下水位降低、洪水流量下水位抬升的特点;(2)两站年最大流量下对应的水位整体抬升,警戒水位下对应的流量分别减小9%和16%;(3) 2003-2016年城汉河段平滩流量有增有减,无明显单向变化趋势,2014年后呈减小趋势.分析断面的过流能力变化,发现螺山站与汉口站警戒流量与动床阻力呈明显的反比关系,过流能力由于河道阻力的增大而减小;床沙粗化、河道相对水深的减小及洲滩植被覆盖度的增大是引起河道阻力增大、过流能力减小的原因.
  • 鄱阳湖洪泛区碟形湖湿地系统地表地下水交互作用
    陈静, 李云良, 周俊锋, 卢静媛, 韦丽, 郭玉银
    2021, 33(03): 842-853.
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    洪泛系统具有复杂动态的水文环境,在季节性洪水脉冲影响下,地表-地下水交互转化对洪泛区水循环和生态环境保护等方面具有重要意义.本文采用野外试验、统计分析和达西定律等研究方法,开展了鄱阳湖洪泛区碟形湖湿地系统(河流-洲滩湿地-碟形湖)地表-地下水文学特征、相互作用和交换通量研究.数据资料显示,在地形地貌影响下,研究区洲滩地下水位明显低于碟形湖水位,但总体上略高于周边河流水位,统计结果进一步表明,在控制洪泛湿地的地下水动态方面,河流水文情势变化对地下水的影响作用要强于碟形湖水文变化.就河流-地下水转化关系而言,研究区湿地系统的地下水与周边河流水体之间存在动态转化关系,地下水对河流的补给通量以及河流对地下水的补给通量分别约为0.4和0.2 m/d.就湖泊-地下水转化关系而言,碟形湖一般来说补给周边滩地的地下水系统,但两者之间的交换通量基本小于0.1 m/d.在年尺度上,研究区地表-地下水之间的累积交换通量变化约介于7.5～48.2 m/a,其中河流-地下水的累积交换通量约是碟形湖-地下水的4～7倍,且秋、冬季的累积交换通量要明显大于春、夏季.本文研究结果可为洪泛区河湖系统的水资源联合管理、水环境整治和生态环境保护等方面提供科学支撑.
  • 岩溶湿地表层水体CO_2分压时空分布特征及其扩散通量
    杨诗笛, 吴攀, 曹星星, 刘闪, 廖家豪
    2021, 33(03): 854-865.
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    为揭示岩溶湿地表层水体二氧化碳分压(pCO_2)的时空分布规律及其扩散通量,以我国最大的岩溶湿地贵州威宁草海为研究对象,分别于2019年7月(丰水期)和12月(枯水期)通过网格布点法,系统采集草海表层湿地水体,测定水样理化指标和离子组成,利用PHREEQCI软件计算水体pCO_2,并基于Cole提出的气体扩散模型估算水-气界面二氧化碳(CO_2)的扩散通量.结果表明:草海湿地表层水体丰水期pCO_2的变化范围为0.44～645.65μatm,平均值为(55.94±124.73)μatm;枯水期变化范围为35.48～707.95μatm,平均值为(310.46±173.54)μatm;丰水期水体整体pCO_2低于枯水期,空间上两期水体均呈现东部区域及河流入湖口处pCO_2较高,而中西部区域pCO_2欠饱和的特征.水-气界面CO_2的扩散通量在丰水期变化范围为-43.27～27.16 mmol/(m~2·d),平均值(-34.49±12.93) mmol/(m~2·d),枯水期变化范围为-33.36～28.15 mmol/(m~2·d),平均值(-8.02±15.85) mmol/(m~2·d),与其他岩溶湖库相比,水生植物丰富的草海在两个极端水文期CO_2扩散通量相对较低,总体表现为大气CO_2的汇.
  • 基于长短记忆模型的鄱阳湖流域径流模拟及其演变的归因分析
    范宏翔, 何菡丹, 徐力刚, 张明睿, 姜加虎
    2021, 33(03): 866-878.
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    气候变化和人类活动直接或间接的影响着全球和区域水文循环过程,是导致水文水资源时空分布的主要因素,同时也是流域-湖泊水文情势变化的根本原因.本文基于长短记忆模型构建了鄱阳湖气象-径流模型,同时引入了基准期的概念,定量区分了导致鄱阳湖流域径流变化的主要影响因素.研究结果表明:在同时考虑计算效率和模拟效果的前提下,采用10 d预测窗口大小来构建鄱阳湖气象-径流模型能够很好地捕捉径流的极值,并且对径流的短期波动也能有很好的体现.训练期模型在各个子流域的纳什效率系数均高于0.94,而在验证期,模型在各个子流域的纳什效率系数均高于0.90.基于径流模拟结果,定量区分了人类活动和气候变化对鄱阳湖径流的影响,研究结果显示:人类活动对径流的影响主要发生在春、秋季,其中,人类活动在春季主要会造成径流的增加,平均增加幅度约为139.47 m~3/s,而在秋、冬季,人类活动则会导致径流平均减少约34.37 m~3/s.对比二者的相对贡献率,可以发现,春季人类活动对径流造成的影响较大,平均相对贡献率为77.26%.而在其余季节,鄱阳湖流域径流过程的改变主要是由于气候变化,平均相对贡献率约75.84%.研究结果能够为鄱阳湖流域水资源管理提供科学依据和理论指导.
  • 基于Copula函数的连河通江湖泊防洪安全设计:以洪泽湖为例
    罗赟, 董增川, 刘玉环, 钟敦宇, 管西柯, 周强, 陈霞, 杨婕
    2021, 33(03): 879-892.
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    湖泊作为一种蓄水单元,尤其是大型过水性湖泊,是一种典型的平原型水库,在功能上与山谷型水库具有许多相似之处,但由于其特殊的地理地形构造,使得入湖洪水过程与入库洪水过程存在着较大的差异.在防洪安全设计研究中,山谷型水库关注的多是坝址洪水,即总的入库洪水过程,而对于湖泊来说,还需要关注各个分区的入湖洪水过程对湖区洪水演进的影响.针对大型过水性湖泊入湖洪水特征,本文采用Copula函数构造了多个联合分布函数,提出了一套基于总的入湖洪水过程推导各个分区入湖洪水过程置信区间的方法.以洪泽湖为应用实例,结果表明:1)在联合重现期已知的情况下,该方法能够确定总入湖洪量与洪峰的95%置信区间; 2)该方法通过径流相关性分析对入湖河道合并聚类,形成分区入湖过程,既考虑了河道间天然的水文、水力联系,又避免了联合分布函数维度过高的问题; 3)在总入湖洪量已知的情况下,该方法能够确定各分区入湖洪量分配95%置信区域.该方法具有较强的统计理论基础,拓展了多变量洪水频率分析技术在水利工程实际中的应用范围.
  • 黄河中游小北干流段持续淤积期的主槽摆动特点
    余铖峥, 夏军强, 周美蓉, 邓珊珊, 王英珍
    2021, 33(03): 893-904.
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    黄河中游小北干流河段为典型的游荡型河段,主槽经常发生摆动,揭示主槽摆动特点对研究该河段的河床演变规律具有重要意义.以1986-2001年小北干流段汛后卫星遥感资料与实测29个淤积大断面地形资料为基础,计算了断面及河段尺度的主槽摆动宽度与强度,定量分析了持续淤积期小北干流段的主槽摆动特点及其主要影响因素.计算结果表明:主槽摆动方向具有往复性,断面主槽摆动宽度沿程变化表现为上段大、中下两段小的特点,其中禹门口-庙前段多年平均主槽摆动宽度和强度分别为1151 m/a和0.70,是小北干流段中主槽摆动最为剧烈的河段;建立了小北干流段主槽摆动强度与上游水沙条件(来沙系数)与下游侵蚀基准面(潼关高程)之间的单因素及多因素响应关系,并对综合关系式进行了率定与验证.在综合关系式中,主槽摆动强度随来沙系数和潼关高程的增大而增大,且两者在该关系式中的占比平均值分别为89.3%和10.7%,说明水沙条件是影响黄河中游小北干流段主槽摆动强度的主要因素,潼关高程是次要因素.采用该经验公式得到的计算值与实测值总体符合较好,可用于计算和预测小北干流段持续淤积期的主槽摆动过程.
  • 长江下游升金湖湿地保护有效性评价(1989-2019年)
    王维晴, 周立志, 陈薇, 徐文彬, 宋昀微
    2021, 33(03): 905-921.
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    湿地保护有效性是实施湿地保护政策与措施后,湿地生态系统质量、健康与受胁情况的反映,是对保护目标的衡量.生态压力是影响湿地保护目标实现的重要因素,因此可以从湿地生态系统压力、状态和响应角度评价湿地保护有效性.本文以升金湖湿地为研究对象,以0.01°×0.01°经纬格网为评价单元,选择10项负向指标、5项正向指标,通过压力-状态-响应模型构建指标体系,格网赋分评价升金湖1989-2019年30年间的保护有效性.结果表明:升金湖湿地保护有效性呈下降趋势,非常有效等级格网单元占比由32.50%下降到11.07%,保护无效等级由3.57%增加到8.57%,30年间保护有效性等级中等均占较大比例,保护无效等级占比均最小;从功能区看,30年间3个功能区保护有效性均下降,保护有效性为核心区>缓冲区>实验区;从行政单元看,一些地点如长安村、东湖村、六联村、塘和村、白联村等地的保护有效性较低,主要分布在缓冲区与实验区,存在的主要生态压力是围垦.不同时期影响升金湖湿地保护有效性的主要生态压力因子不同,1989年围垦现象较突出,1999年围坝现象较突出,而2009年围网现象突出,至2019年围网拆除后,围垦和围坝问题仍没有得到充分解决.建议将格网作为管理单元,落实到行政单元,通过河长制、湖长制和林长制加强属地管理,管控生态压力,增强湿地保护地的管理及保护有效性.
  • 2004年以来青海湖快速扩张对人居设施与草地的潜在影响
    程俭, 刘昌华, 刘凯, 武建双, 范晨雨, 薛滨, 马荣华, 宋春桥
    2021, 33(03): 922-934.
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    作为我国最大的内陆咸水湖,青海湖是青藏高原东北部重要水汽源,在维持区域生态环境及半干旱生态系统功能方面发挥着重要作用.近年来,青海湖水位迅速上升,但是湖泊扩张对周边人居设施与草地的影响尚未得到广泛关注和报道.基于1995-2019年Landsat TM/ETM+/OLI遥感影像、Hydroweb多源测高同化水位数据、SRTM-1 DEM数据等,本研究以青海湖近年来增长速率情景开展湖泊快速扩张对周边人居设施(道路、居民点)与草地影响和潜在威胁的定量研究.结果表明:1995-2004年期间青海湖处于萎缩态势,2004年水位和面积出现最小值,之后,青海湖进入稳定扩张期.2004-2019年期间,青海湖水位累计上涨3.27 m,年均增长率约为0.22 m/a;相应地,青海湖水量增长了14.25 km~3,年均增长率为0.95 km~3/a.湖泊扩张模拟结果显示,若青海湖水量以当前速率增长,水位将在2070年前后达到3207 m(相对2019年约10 m的水位涨幅),届时将会淹没178个居民点、长度约为1286.91 km的道路以及2042.22 km~2的植被,其中预测的高风险区域主要为切吉乡、泉吉乡和金滩乡.该研究有望为青海湖快速扩张对当地居民的影响和潜在威胁提供重要的科学参考,并在气候变化背景下为制定缓解气候变化风险的预案提供科学依据.
  • 南方红壤区长期水土流失综合治理显著减少河流输沙——以鄱阳湖流域赣江上游平江为例
    聂小飞, 郑海金, 涂安国, 莫明浩, 宋月君, 谢颂华, 王飞
    2021, 33(03): 935-946.
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    长时间序列水沙数据分析有助于科学评价流域尺度水土保持减流减沙效应,为科学开展区域水土保持成效评估提供实现路径.本文选取南方红壤区水土保持工程最为集中、持续时间最长的典型流域——平江流域,基于1975-2014年的逐日降水量、流量、含沙量数据,综合应用预置白M-K检验法、Theil-Sen趋势度估计法、Pettitt检验法与累积量斜率变化率比较法,开展河流水沙变化特征及归因分析,揭示长期水土流失治理对河流水沙的影响.结果表明:(1) 1975-2014年平江年输沙量、汛期输沙量和非汛期输沙量均存在显著减少趋势,年均减少率分别为2.38×10~4、1.75×10~4和0.44×10~4t/a,汛期输沙量在流域开始实施系统水土流失治理时即发生突变,而年输沙量和非汛期输沙量在系列国家水土保持重点工程实施一段时间后方开始突变;(2)流域长期水土保持显著减少平江输沙,但对径流无显著影响,重点治理期、治理后期以水土保持为主的生态保护工程对输沙量减少的贡献均在94.0%以上,且生态保护工程对汛期输沙量减少的贡献较非汛期的更为突出;(3)以水土保持为主的长期生态保护工程导致平江全年、汛期、非汛期输沙量分别减少59.3%、60.7%和55.7%;(4)在剔除大型水利工程(尤其是大中型水库)建设影响后,南方红壤区可以基于长时间序列水沙数据分析科学评价流域尺度水土保持减流减沙效应.研究结果可以为南方红壤区流域尺度水土保持减流减沙效应评价提供参考,并有望为区域系列国家生态保护与建设工程的布局和管理提供科学依据.
  • 雁荡山湖泊沉积物记录的中国东部季风区小冰期以来气候干湿变化
    崔树昆, 蒋诗威, 刘孝艳, 涂路遥, 周鑫
    2021, 33(03): 947-956.
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    中国东部季风区过去千年降水变化特征已有大量研究并取得重要进展,但多数研究集中在中国北方和中部地区,南方地区重建记录相对较少.本文对浙江雁荡山雁湖沉积物的总有机碳、色度和粒度等多指标进行分析,重点探讨小冰期以来研究区域的降水变化,结果显示:1) 1400-1600 AD,湖区集水发育,研究区气候偏湿润; 2) 1600-1650 AD,降水量减少,气候偏干旱; 3) 1650-1750 AD,气候偏湿润; 4) 1750-2000 AD,研究区气候处于干旱状态,其中1500-1650 AD期间的干湿变化与历史文献记录的雁湖水位有良好的对应关系.在年代误差范围内,雁湖沉积物与浙江天目山泥炭、福建仙山泥炭以及湖光岩玛珥湖沉积物等记录的干湿变化同步,指示了小冰期期间中国东南地区气候波动的一致性.另外,中国东部南、北地区古气候记录反映的降水变化趋势相反,表明在百年时间尺度上,中国东部南北地区降水存在着"南涝北旱"和"北涝南旱"的空间特征.通过与太平洋年代际振荡(PDO)的对比,显示PDO对中国东部地区小冰期期间出现的南-北"偶极型"空间降水特征可能具有重要影响.