EN中文

过刊目录

  • 2022年, 34卷, 第01期
    刊出日期：2024-06-19
      
  • 全选
    |
  • 湖泊沉积物磷钝化材料的研究进展
    马鑫雨, 杨盼, 张曼, 杨春晖, 尹洪斌
    2022, 34(01): 1-17.
      可视化   收藏
    通常认为,磷是湖泊富营养化的主要限制因子,因此控制湖泊磷浓度和水平被认为是湖泊治理的关键.在外源磷输入得到有效控制之后,湖泊富营养化仍可持续几十年,这主要归咎于内源磷的释放.底泥原位化学钝化控磷技术因其操作性强、控磷效果明显,而被广泛作为湖泊内源磷的控制技术之一,而钝化材料的研发和应用是本项技术的核心.在世界范围内,研发了众多的用于底泥磷控制的钝化修复材料.本文主要梳理了国际上常用钝化材料的基本特性与研究近况,点明不同材料之间钝化效果的差异,并讨论了不同类型钝化材料的改性方法、钝化机制,分析不同环境因子对钝化材料稳定性的影响.论文最后探讨了原位化学钝化控磷技术与其他修复技术联用的污染控制效果及其可行性,并根据国际上钝化控磷技术的主要研究进展,提出钝化材料现阶段存在的不足,并对未来研究方向与应用前景进行展望.
  • 湖泊湿地水文过程研究进展
    谭志强, 李云良, 张奇, 郭宇菲, 王晓龙, 李冰, 万荣荣, 王殿常, 吴兴华
    2022, 34(01): 18-37.
      可视化   收藏
    湖泊湿地是世界上最重要的生态系统之一,在调蓄洪水、净化环境、保护生物多样性以及为人类提供淡水和食物等方面发挥着不可替代的作用.然而,受气候变化和人类活动叠加影响,湖泊湿地水文过程发生了剧烈变化,湖泊湿地面临着面积萎缩、质量下降和服务功能退化等风险.本文总结了原位观测、数值模拟和遥感技术在获取湖泊湿地关键水文要素方面的优势及不足;从辩证的角度探讨了气候变化和人类活动对湖泊湿地水文过程的双重影响;结合洪水和水文连通性等研究热点分析了水文过程的典型表现形式;从正反两方面揭示了湖泊湿地植物、动物和水质对水文过程改变的响应.本研究最终提出未来应该将遥感技术与数值模拟方法相结合,建立"多目标—多要素—多尺度—多过程"的湖泊湿地监测体系;定量评价多维度水文连通的转化方式及其对生态系统的阈值效应;加强研究地下水驱动下湿地植被演变的非线性动力学机制;综合考虑栖息地的面积和质量评价水鸟种群的弹性力和恢复力,为湖泊水位调控和退化湿地的恢复提供科学依据.
  • 巢湖蓝藻水华监测预警与模拟分析平台设计与实践
    邱银国, 段洪涛, 万能胜, 高芮, 黄佳聪, 薛坤, 彭兆亮, 肖鹏峰
    2022, 34(01): 38-48.
      可视化   收藏
    近20年来,巢湖蓝藻水华频繁暴发,对流域内居民生活和社会生产产生了严重影响.由于缺乏蓝藻水华全方位监测、高精度模拟和智能化分析手段,传统方法难以实现"现状掌握、异常识别、原因追溯、未来模拟"的目标,无法满足巢湖蓝藻水华科学防控与应急处置的要求,蓝藻水华引起的突发事件随时可能发生.本文针对巢湖蓝藻水华的全面监测和应急决策问题,整合了卫星遥感、无人机监测、视频监控、浮标监测和人工巡测手段,构建了巢湖水质和水华全方位监测网络;结合巢湖水动力—水质—藻类耦合模拟模型,研制了蓝藻水华预测预警和蓝藻水华暴发应急处置模块,实现了蓝藻水华短期(未来2日逐时)和长期(未来7日逐日)模拟,并实现了未来5日蓝藻水华沿岸堆积模拟.最终,通过集成巢湖水质和水华监测、预测预警、应急处置等模块,研发了巢湖蓝藻水华监测预警与模拟分析平台,实现了全湖水质和水华现状迅速掌握、超标信息自动识别与高精度预测预警、沿岸重点区域水华堆积风险评估等功能,为巢湖蓝藻水华的科学防控和应急处置提供了科学依据和数据支撑.
  • 大型湖库滨岸带蓝藻水华堆积风险评估——以巢湖为例
    钱瑞, 彭福利, 薛坤, 齐凌艳, 段洪涛, 邱银国, 陈青, 陈粉丽, 高俊峰, 黄佳聪
    2022, 34(01): 49-60.
      可视化   收藏
    淡水湖库富营养化与蓝藻水华是全球性的突出水环境问题,尤其是滨岸带严重蓝藻水华堆积甚至造成了水体黑臭、威胁饮用水安全等严重危害,科学评估滨岸带蓝藻水华堆积风险、精准识别蓝藻水华易堆积区域是水环境管理与研究中亟待解决的关键科学问题.本研究以我国长江中下游的大型浅水富营养化湖泊巢湖为研究对象,依托流域水文与湖泊水动力模拟、遥感反演、GIS空间分析等技术,综合考虑藻类生物量、岸线形态、湖泊水动力、风速和风向等要素,创新构建了蓝藻水华堆积风险评估指标体系,量化评估了2018-2019年的巢湖滨岸带的蓝藻水华堆积风险,并将滨岸带蓝藻水华堆积风险等级划分为5级(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ),绘制了蓝藻水华滨岸带堆积风险的空间分布,识别了蓝藻水华的易堆积区域.评估结果表明:巢湖滨岸带蓝藻水华堆积的高风险区域呈连续片状分布于西巢湖西岸与西北岸,占巢湖沿岸区域的12.1%,是巢湖蓝藻水华应急处置管理的关键区域,评估结果与调研结论总体一致.研发的蓝藻水华堆积风险评估方法可应用于其他大型富营养化湖库,为蓝藻水华应急处置管理提供关键技术支撑.
  • 南水北调东线工程运行3年后东平湖浮游植物群落特征及环境驱动因子
    董贯仓, 冷春梅, 丛旭日, 刘超, 朱士文, 孙鲁峰, 高云芳, 客涵, 李秀启
    2022, 34(01): 61-73.
      可视化   收藏
    为掌握东平湖浮游植物在南水北调东线工程运行后的群落结构变化特征及探究其环境驱动因子,于通水运行3周年后的2017年分4个季节对东平湖的18个样点进行采样调查,同步开展水环境调查.结果显示:共检出浮游植物191种属(包括变种),其中硅藻门、绿藻门、裸藻门、蓝藻门、金藻门、黄藻门、甲藻门和隐藻门分别为64、57、28、22、8、5、4和3种属;优势种属包括蓝藻门的漂浮泽丝藻(Limnothrix planctonica)和色球藻(Ch roococcus sp.),绿藻门的小球藻(Chlorella vulgaris)以及硅藻门的小环藻(Cyclotella sp.)、舟形藻(Nauicula sp.)和针杆藻(Synedra sp.)等(优势度Y>0.02);全年密度和生物量分别为6.74×10~6 cells/L和5.71 mg/L,并呈现显著季节与空间差异.浮游植物密度季节变化为夏季>秋季>冬季>春季,生物量季节变化为夏季>冬季>秋季>春季;春、夏、秋、冬季物种数分别为71、78、53和125种,Shannon-Wiener多样性指数(H')均值分别为1.90、1.84、1.76和2.52,Margalef丰富度指数(D)均值为3.07、3.98、2.79和4.75;冗余分析与Pearson相关性分析结果显示,水体综合营养状态指数、高锰酸盐指数、氨氮和水温是影响东平湖浮游植物群落结构的关键驱动因子.对比南水北调东线工程实施之前及通水初期的结果,东平湖浮游植物优势种群无明显变化,密度则较通水初期稍有升高.本研究分析了东平湖浮游植物群落的时空分布特征,发现调水工程可能通过物质带入影响水质,进而引起浮游植物量增加,湖区养殖的退出及增殖放流的实施降低了富营养化风险,但仍存在浮游植物生物量特别是蓝藻生物量升高的风险,建议在调水管理中加强水域生态监测及生境调控技术研究,保障调水水质安全.
  • 环太湖各水资源分区入出湖河流总磷浓度与负荷变化分析
    李琼芳, 许树洪, 陈启慧, 贾小网, 严方家, 朱玉婷, 林鹏, 皋云
    2022, 34(01): 74-89.
      可视化   收藏
    入出湖总磷负荷变化是影响太湖湖体磷收支平衡的关键因素.基于2012-2018年水质水量监测资料,计算全湖及各水资源分区河流入出湖总磷负荷,并以水量加权计算其总磷年平均浓度,探明其时空变化规律;运用双累积曲线法分析不同分区水污关系的变化规律;以月为时间尺度,利用Pearson相关系数,揭示入湖总磷负荷分别与入湖水量、入湖总磷浓度的相关关系;通过讨论分析,明确适用于太湖的入湖总磷平均浓度计算方法、总磷负荷影响因素及控制途径.研究结果表明:(1)水量加权法比算术平均法更加适用于太湖入湖总磷平均浓度的削减管理;环太湖河流入湖总磷浓度多年平均值为0.189 mg/L,明显高于出湖的0.079 mg/L,入湖总磷负荷多年平均值为2206.51 t,也高于出湖的873.73 t;2016年丰水年入、出湖及净入湖总磷负荷均最高,分别为2993.9、1341.1、1652.8 t.(2)湖西区河流入湖总磷浓度多年平均高于所有其他分区,其值为0.226 mg/L,浙西区、武澄锡虞区河流出湖总磷浓度多年平均分别为0.114和0.109 mg/L,均高于其他分区.不同水资源分区的水污关系呈现不同的年际变化规律,但除杭嘉湖区外,其他分区均未表现出入湖总磷得到有效控制的迹象.(3)湖西区和浙西区入湖总磷年负荷多年平均值分别为1748.71和278.61 t,两区各年入湖总磷负荷占总入湖负荷的比重位居前二,湖西区的都在67.88%以上;而浙西区在7%～19%之间变化;太浦河出湖总磷年负荷多年平均值为272.27 t,自2014年起其占出湖总磷年负荷的比重均在30%以上.(4)不同水资源分区月入湖总磷负荷均与入湖水量存在较好的相关关系,且除阳澄淀泖区外,其他分区月尺度入湖总磷负荷变化主要受入湖水量控制.(5)2016年丰水年湖西区入湖河流总磷浓度较高、入湖水量大的共同作用导致了其入湖总磷负荷的显著增加.研究成果可为太湖的磷外源负荷控制提供科学依据.
  • 基于多指标综合评分法筛选地表水环境优先污染物——以湖北涨渡湖为例
    丁琪琪, 龚雄虎, 王兆德, 金苗, 卢少勇, 张路, 赵中华
    2022, 34(01): 90-108.
      可视化   收藏
    人类活动和社会经济迅速发展导致大量化学品排放进入地表水环境,对水生生态系统和人类健康产生诸多不利影响,如何从众多的化学品中筛选识别出具有潜在危害的优先污染物是水污染治理和管控的关键.本研究基于污染物环境暴露水平、持久性、生物累积性、生态风险和人体健康风险5个评价参数,构建多指标综合评分法定量筛选识别地表水环境优先污染物类别,并应用于涨渡湖水体中优先污染物清单的建立.污染物环境暴露水平基于靶向分析综合考虑了污染物环境实测浓度和检出频率.目标污染物持久性和生物累积性毒害性参数分别采用生物降解系数和正辛醇—水分配系数来表征.此外在物种敏感度分布法和评估因子法的基础上计算生态风险熵以定量表征生态风险,人体健康风险则由终生致癌风险指数或危害指数来表征.基于该多指标综合评分法可于涨渡湖水体7类151种特征污染物中筛查出41种优先污染物,主要包括11种多氯联苯、8种有机氯农药、6种多环芳烃、4种邻苯二甲酸酯、4种挥发性有机物和8种金属元素.鉴于不同地表水环境污染状况不同,通过多指标综合评分法可建立因地制宜的优先污染物清单,从而有利于形成以保护水生生物和人类健康为最终目标的优先污染物水质基准,为地表水环境污染物管控及治理提供方法学支撑和科学依据.
  • 泄洪对典型有机污染物迁移转化行为的影响——以丹江口水库为例
    张胜, 苏紫颖, 林莉, 陶晶祥, 潘雄, 董磊
    2022, 34(01): 108-117.
      可视化   收藏
    随着高坝水库的建设,大坝泄洪雾化对生态环境的影响已得到较多研究,而泄洪雾化对污染物迁移转化行为的影响尚未引起关注.本研究于2019年对丹江口大坝泄洪期间坝前和坝下多个断面进行了采样调查,分析了水体中16种多环芳烃(PAHs)和6种邻苯二甲酸酯(PAEs)的浓度.发现泄洪后坝下水体中检测出的8种PAHs和5种PAEs浓度相比于坝前总体上均呈现沿程降低趋势,与坝前断面相比,PAHs在坝下1、5和10 km处的浓度下降比例范围分别为8.1%～100%、26.2%～100%和36.7%～100%,均值为34.6%、64.8%和75.7%;对应的PAEs浓度下降比例范围分别为0.9%～38.7%、33.7%～71.8%和61.1%～87.5%,均值为21.5%、47.0%和71.3%.基于野外观测结果,从理论上推测分析了大坝泄洪雾化影响坝下水体PAHs和PAEs迁移转化的途径和作用机制,包括污染物的化学氧化、光降解和吸附等.本研究对于开展泄洪雾化条件下水体中污染物迁移转化行为研究具有借鉴意义.
  • 洱海悬浮颗粒物和表层沉积物有机碳氮同位素来源特征及水质指示意义
    季宁宁, 刘永, 王圣瑞
    2022, 34(01): 118-133.
      可视化   收藏
    为探究湖泊水体悬浮颗粒物和沉积物有机碳、氮来源及水质指示意义,分析了2013-2014年洱海悬浮颗粒物和表层沉积物有机碳同位素(δ~(13)C)、氮同位素(δ~(15)N)和C/N比值时空变化特征及与水质的关系.结果表明:①洱海悬浮颗粒物δ~(13)C、C/N、δ~(15)N在旱、雨季差异显著(P<0.05),旱季变化范围分别为-31.75‰～-18.21‰(均值-25.34‰±4.14‰)、9.1～16.9(均值13.3±2.7)、4.9‰～7.4‰(均值6.4‰±1.3‰),雨季变化范围分别为-14.7‰～-23.8‰(均值-20.2‰±3.3‰)、4.6～8.9(均值7.1±1.6)、7.4‰～10.8‰(均值9.3‰±1.8‰)悬浮颗粒物有机碳来源在旱季以陆源C3植物为主(46.0%±6.9%),转变为雨季以浮游植物为主(43.3%±6.1%);氮来源在旱季以陆源植物为主(40.7‰±6.5%),转变为雨季以湖内水生植物和浮游植物为主(39.9%±6.6%).表层沉积物δ~(13) C (-24.0‰～-14.6‰(均值为-18.7‰±4.7‰))和C/N(9.1～15.5(均值为12.1±3.3))均无显著季节差异(P>0.05),δ~(15)N在旱、雨季差异显著(P<0.05),变化范围分别为1.9‰～4.9‰(均值为3.6‰±1.5‰)和0.7‰～7.8‰(均值为4.2‰±1.8‰).表层沉积物有机碳来源在旱、雨季均以陆源C4植物为主(48.2%±19.1%),氮来源旱季以陆源植物为主(44.3%±10.1%),转变为雨季以化肥为主(30.3%±6.8%).两者有机碳与氮来源差异揭示水生和浮游植物来源的有机碳与氮易降解,对水质影响较大,而陆源C4植物和土壤来源的有机碳和化肥来源氮易沉积,对水质影响相对较小.②随机森林回归分析表明,悬浮颗粒物有机质(POM)来源差异(δ~(13)C、C/N)、氧化还原电位和水温(WT)是影响水体多营养循环指标的重要因子,重要度为4.0%～6.9%;POM、C/N和WT是影响叶绿素a的重要因子,重要度为9.3%～10.7%,说明POM来源特征结合水环境因子显著影响水质,而表层沉积物有机质来源相对稳定,对水质无显著影响.为防控洱海水质持续下降,除了加强外源控制,雨季还应重点采取控藻措施.
  • 乌伦古湖水体矿化度和氟化物浓度的年际变化及模拟
    仝利红, 刘英俊, 张硕, 刘晓伟, 贾其萃, 黄跃飞, 倪广恒, 卢文洲
    2022, 34(01): 134-141.
      可视化   收藏
    为研究乌伦古湖矿化度和氟化物浓度与各水量因子间的定量关系,本研究以水量平衡和物质平衡为基础,把影响湖水水质的原因分为降雨、蒸发、河流补给、地下水补给以及地下水流出5个水量因子,定量分析湖水矿化度和氟化物浓度与各水量因子之间的关系,并且预测了湖水矿化度和氟化物浓度的动态变化.结果表明,地下水输出流量决定了湖水中矿化度和氟化物浓度,地下水输出流量越大,湖水中的矿化度和氟化物浓度越小.2010年至今乌伦古湖水位的升高导致了地下水输出流量增大,乌伦古湖内的矿化度和氟化物浓度均呈缓慢下降趋势,模型预测新的稳态下湖水中矿化度为1.68 g/L,氟化物浓度为1.70 mg/L,在地下水输出流量不变的情况下达到新的稳态所需时间大约为50 a.
  • 南极湖泊沉积物中有机硫组成及其与铁硫化物的联系
    沈丽丽, 孙婷婷, 郭晓宇, 黄涛
    2022, 34(01): 142-150.
      可视化   收藏
    本文利用有机硫硫同位素组成(δ~(34)S_(org))及活性铁的黄铁矿化度(DOP)和硫化度(DOS)研究了南极阿德雷岛受企鹅活动影响的Y2湖和未受影响的菲尔德斯半岛燕鸥湖YO沉积物中有机硫的来源组成及其与铁硫化物的联系.结果表明,Y2沉积物1～15 cm较低的δ~(34)S_(org)指示有机质硫化形成的贫~(34)S成岩有机硫(S_(diag))占比较高,其中在8～15 cm较高的DOS指示铁硫化物形成和有机质硫化同时发生,源于该层位高含量的活性铁供给.Y2剖面48～56 cm沉积物有机硫富集~(34)S显著,对应于企鹅数量高峰期,表明大量企鹅粪的外部输入使沉积物中富~(34)S的生物有机硫(S_(bio))快速增加,并超过了内部硫转化过程中成岩有机硫的增加.YO沉积物在28 cm处δ~(34)S_(org)显著降低,主要是由于该层位硫酸盐异化还原强,有机质硫化形成的大量S_(diag)成为有机硫的主要成分,同位素质量平衡计算结果显示该层位S_(diag)占比高达95.4%;同时,28cm处较高的DOP指示沉积物黄铁矿的形成与有机质硫化同时发生,主要源自沉积物中高硫酸盐还原强度产生了足够多的硫化氢前体.本研究表明,有机硫组分的来源转化与有机质、活性铁紧密耦合,对区域湖泊有机质成岩埋藏及潜在的气候环境效应具有重要的指示意义.
  • 江湖阻隔背景下东部平原湖泊鱼类功能特征及多样性变化
    郑鹏, 蒋小明, 曹亮, 王俊, 姜卓群
    2022, 34(01): 151-168.
      可视化   收藏
    东部平原湖泊区是我国淡水湖泊最集中的地区,分布着我国的五大淡水湖等诸多湖泊.然而,江湖阻隔对该区域湖泊的生物多样性造成严重威胁.本文选取东部平原的9个湖泊,对江湖阻隔前后鱼类功能性状(3组分类性状和6个连续性状)和功能多样性指数的变化规律开展了研究.结果表明,9个湖泊的鱼类总物种数由江湖阻隔前的140种减少为江湖阻隔后的100种,平均物种数由79.6种减少到52.1种(减少34.4%).江湖阻隔后鱼类群落的功能性状和功能多样性指数发生了显著变化,洄游性鱼类(包括河海洄游和江湖洄游)物种占比(由39.7%降至32.6%)和鱼食性物种占比(由31.1%降至25.2%)显著下降,而非洄游性物种占比(由60.3%升至67.5%)和浮游生物食性物种占比(由13.5%升至15.5%)显著上升.连续型性状中,平均营养级(由3.14降至3.10)显著下降、平均生长速率(由0.57 a-.1升至0.65a~(-1))显著上升.阻隔后的物种数(SR)、功能丰富度指数、功能离散度指数和功能分散指数显著低于阻隔前.本研究表明江湖阻隔后鱼类群落不仅物种丰富度下降,且功能性状趋向同质化(或单一化)发展,致使功能多样性下降.研究结果可为东部平原湖泊的渔业资源管理及湖区生态修复和保护提供重要的理论依据.
  • 水库浮游细菌生产和呼吸过程代谢内外源有机碳研究
    韩一萱, 李彪, 荀凡, 高培鑫, 毛振镀, 陶晔, 邢鹏
    2022, 34(01): 162-173.
      可视化   收藏
    全球气候变化和人类活动的加剧影响水生生态系统中溶解性有机碳(DOC)的种类和浓度.浮游细菌生产和呼吸过程对碳源变化的响应,可能影响水体乃至区域的碳循环特征.本研究选取了南京市11座中小型水库,利用碳稳定同位素技术和双端元混合模型定量分析浮游细菌在生产和呼吸代谢过程中对内外碳源的利用.依据DOC中内外碳源的比例,将11座水库划分为内源型水库(内源碳占比>50%)和外源型水库(外源碳占比>50%).内源型水库DOC浓度、叶绿素a浓度以及营养指数均显著高于外源型水库.分析发现,水体初级生产力提高显著促进了浮游细菌对内源DOC的代谢速率,内源型水库中浮游细菌生产利用内源碳速率提高,而外源型水库中浮游细菌呼吸分解内源碳速率提高.不仅如此,水体初级生产力提高促进外源型水库浮游细菌对DOC的总代谢速率.水体溶解性无机氮和磷与浮游细菌的呼吸作用存在显著的相关关系,内源型水库中随着营养盐浓度升高细菌呼吸作用减弱,而外源型水库中细菌呼吸作用增强.上述研究结果提示,以外源输入为主的水体,随着营养水平提高浮游细菌呼吸过程显著增加,可能引起温室气体释放通量增加.
  • 食物与桡足类营养级对亚热带分层水库浮游动物群落结构的影响
    陈辉煌, 王文平, 薛媛媛, 高肖飞, 金磊, 杨军
    2022, 34(01): 174-183.
      可视化   收藏
    于2014年10-12月,采集厦门溪东水库浮游动物、浮游植物、浮游细菌与悬浮物样品,分析浮游动物群落与食物质量和食物浓度的关系,探讨桡足类营养级变化对浮游动物的影响.结果表明,空间上后生浮游动物群落结构在水库不同水层间的差异不显著;时间上桡足类在水华期和非水华期的差异不显著,枝角类和轮虫在水华期和非水华期的差异显著.桡足类群落组成受食物质量的影响较大,枝角类群落组成受食物浓度的影响较显著,轮虫群落组成受食物质量和食物浓度的共同影响.进一步分析表明,食物质量和食物浓度与水温显著相关,枝角类生物量受食物浓度的影响,桡足类生物量与轮虫生物量呈显著相关.为了探究桡足类与食物质量的关系,我们以优势种舌状叶镖水蚤(Phyllodiaptomus tunguidus)为对象分析化学计量特征,发现舌状叶镖水蚤体内的磷含量与水柱总磷平均浓度和水温呈显著正相关,其营养级变化范围为1.28～2.84,且营养级随着水温下降而显著增加.非水华期的食物磷含量增加可能是舌状叶镖水蚤丰度升高的原因之一,降温和种群繁殖的共同影响导致非水华期舌状叶镖水蚤体内磷含量逐渐下降,营养级增加.研究结果可为揭示浮游动物在富营养化内陆水体中的群落演变过程机制提供基础数据.
  • 西洞庭湖天然和人工改造湿地中克氏原螯虾（Procambarus clarkii）与日本沼虾（Macrobrachium nipponense）的食性差异
    谭文卓, 李斌, 王玉玉, 肖雅渝, 陆修远, 杨梨萍, 雷光春, 蔡教慧, 何木盈
    2022, 34(01): 184-193.
      可视化   收藏
    栖息地退化和外来物种入侵都是淡水生态系统中的主要威胁因素,因此,量化不同人类活动干扰强度下外来入侵生物和本土生物的食性组成差异,对于明确种间竞争强度,制定适合的管理对策至关重要.本研究应用碳、氮稳定同位素分析技术,比较了长江中下游西洞庭湖湿地受人类活动干扰程度不同的天然湿地和人工改造湿地中的入侵种克氏原螯虾(Procambarus clarkii)与本土种日本沼虾(Macrobrachium nipponense)的食性组成及差异.2017年8月8-18日在西洞庭湖区不同人类干扰强度的栖息地中采集了两种消费者和5种潜在食物来源样品,共计91个.测定碳氮稳定同位素含量后,使用贝叶斯混合模型,估算不同食物来源对消费者的贡献.研究发现:在两种栖息地中克氏原螯虾与日本沼虾食性均有重叠,且在改造湿地中重叠度更大.与克氏原螯虾相比,日本沼虾消费更多的动物性食物.与天然湿地相比,在改造湿地中由于克氏原螯虾数量更多,与本土种竞争食物资源,克氏原螯虾和日本沼虾δ~(13)C比值都显著升高,食性组成均发生了变化,植物性食物来源比重增加.由于食性改变,在改造湿地中仅日本沼虾δ~(15)N比值显著下降,克氏原螯虾在两种栖息地中δ~(15)N比值无显著变化.本研究证明,随着人类干扰强度增大,受干扰湿地中外来入侵生物对本土生物的影响增大.
  • 滨海地区基于避咸蓄淡模式的供水安全临界流量研究——以粤港澳大湾区珠澳供水为例
    涂新军, 吴海鸥, 陈晓宏, 林凯荣, 赖荣标
    2022, 34(01): 194-206.
      可视化   收藏
    枯水期咸潮入侵已经严重威胁到了感潮河流区域供水安全.本文通过构建避咸蓄淡供水模型,耦合了咸度预测、河库联合供水调度和供水安全分析模块,为依赖感潮河流为水源地的区域供水安全管理提供了一种整体思路和决策方法.以面向粤港澳大湾区珠海东部及澳门的珠江三角洲磨刀门水道取供水为例,基于潮汐、径流和风等因子及咸度实测数据,较好地拟合了基于BP神经网络的咸度预测模型,及含氯度与超标时间的曲线函数,建立了上游来水和咸度超标时间之间的联系,得到了避咸蓄淡取水时机.咸度预测与当地河库联合供水调度相结合,得到了上游枯水期来水过程的当地区域供需平衡状况.枯水期不考虑水库调蓄的资源性缺水临界需水量为3.22亿m~3,水库参与调蓄的工程性缺水临界需水量为3.75亿m~3.通过供水安全分析模块,基于设定的风险阈值和临界阈值识别出了不同需水规模的上游来水临界流量特征.对于当地规划的需水规模4.23亿m~3,期望上游枯水期临界流量均值约为3372 m~3/s.整体上来说,需水规模越大,对上游来水期望的临界流量越大,但同时还与枯水期流量分布有关.
  • 基于长时间序列（1975-2020年）生态耗水的岱海动态生态需水分析
    马佳丽, 刘东伟, 王杰, 程英楠, 刘华民, 王立新
    2022, 34(01): 207-219.
      可视化   收藏
    生态需水是湖泊生态系统的重要指标,维持着湖泊生态系统的良性循环.以内蒙古中部半干旱湖泊岱海为研究对象,对湖泊动态生态需水进行分析.本研究在遥感和气象数据的基础上,获得1975-2020年长时间序列高精度水文要素数据,分析岱海水文要素时空演变规律;通过天然生态水深分析法、水深经验频率分析法和湖泊形态分析法分析岱海的水深随面积变化的关键水深;构建基于生态耗水规律的湖泊生态需水模型,计算自然状态下岱海生态需水动态变化范围.研究结果如下:岱海地区6—9月为丰水期,10月至次年5月为枯水期;45 a以来岱海水面面积呈显著下降趋势,近年来下降速率减缓;枯水期岱海适宜生态水深为8.72～9.92 m,丰水期为9.40～10.69 m,适宜生态需水量为5.62亿～7.71亿m~3,适宜湖面面积为70.92～84.77 km~2.本文构建了长时间序列气候水文数据库,确定岱海动态生态需水范围可以实现对湖泊生态健康的实时监测,为相关规划与管理提供科学依据及可操作性指导,从而为岱海湖泊治理提供理论参考.
  • 近40年来贝加尔湖区气候变化及其对湖泊水位的影响
    李想, 张雪芹, 徐晓明
    2022, 34(01): 219-231.
      可视化   收藏
    气候变化对湖泊水位的影响是湖泊研究的关注热点.作为欧亚大陆最大淡水湖,贝加尔湖水位变化深受自然因素和人类活动的共同影响.在全球变暖背景下,贝加尔湖水位升降将对维系流域生态系统与社会发展至关重要.为此,基于湖区气象站、水文站和湖泊水位观测数据,采用突变检验、变异系数检验等方法,分析了过去40年贝加尔湖周边气候变化及其对水位的影响.主要结论如下:1980-2019年,贝加尔湖及其周边区域气温整体呈显著上升趋势(0.31℃/10 a),其空间分布主要受纬度和海拔影响;年际降水波动较大(变异系数达0.2左右),但变化趋势不显著,其空间分布主要影响因素为地形.过去40年,贝加尔湖平均水位为456.42 m,水位发生多次大幅波动.1980-2015年,色楞格河和安加拉河径流量总体呈先增加后减少的变化格局,是导致贝加尔湖水位先上升后下降的重要原因.而入湖、出湖径流的高低主要受控于降水的多寡.通径分析结果表明,降水是影响贝加尔湖水位变化的主要气象因素,降水通过直接补给和入湖径流补给共同影响贝加尔湖水位.本文将水位转折的原因大致划分为3类:第1类是气候变化驱动型,指1982-1983、1985-1987和2013-2015年这3个阶段的水位突变过程;第2类是气候变化与人类活动共同驱动型,以1995-1996年水位大幅下降过程为例,气候变化与流域内人类活动共同导致了水位突变;第3种类型是气候变化背景下的人为调控驱动型,这是贝加尔湖特有的水位变化驱动类型,即俄罗斯联邦政府立法通过下游水利枢纽工程人为调控湖泊水位.由于持续的暖干气候条件,贝加尔湖2015-2017年水位被严格控制在456.07 m左右的低水位.本研究将为贝加尔湖未来气候变化预估、后续水位调控以及流域灾害防控提供理论支撑.
  • 1960年以来气候变化与人类活动对鄱阳湖流域生态径流改变的影响
    曹宇贤, 徐力刚, 范宏翔, 毛智宇, 程俊翔, 王殿常, 吴亚坤
    2022, 34(01): 232-246.
      可视化   收藏
    基于鄱阳湖流域五河水文站1960-2013年逐日径流量和14个国家级气象站的日气象数据,本文利用长短记忆模型框架构建神经网络模型来开展鄱阳湖流域的径流过程模拟,结合生态赤字与生态盈余等生态径流指标,定量分析了鄱阳湖流域的水文变异特征.同时,利用差异化的情景模拟方式,定量区分了人类活动和气候变化对鄱阳湖流域生态径流变化的贡献分量.研究结果表明:(1) 5个站点的夏季径流贡献率达到40%以上,年内的生态盈余主要发生在夏季,基准期的夏季径流贡献率大于实测期和模拟期,可能的原因是水利工程的蓄水调水在时间上分摊了夏季的径流压力.(2)生态径流指数与降水在年尺度上有较好的一致性,相关系数均在0.7以上,但各生态流量指标与春、秋、冬季降水的一致性较差,相关系数均小于0.6,降水最多的夏季与年际变化最相似.(3)年内变化上,气候变化引起生态赤字的减少,春、冬季节减少最为强烈;人类活动引起生态赤字的增加,在秋、冬季节增加最多,而在冬季引起生态盈余的减少.(4)年际上,生态盈余的变化中,除了赣江以外(气候变化的影响贡献为26%),其他河流中气候因素是影响生态盈余的主要原因(60%～85%),对生态赤字而言,除了饶河(25%)和抚河(52%),赣江、信江和修水气候因素的影响贡献都达到了95%以上.研究结果为更好地了解气候变化与人类活动对流域水文变化的影响提供了一种新的研究方法,为鄱阳湖流域水资源管理提供了理论支持.
  • 黄河中游汾河入黄口湿地水源组成与地表地下水转化关系
    许秀丽, 李云良, 高博, 张永波
    2022, 34(01): 247-261.
      可视化   收藏
    水源动态补给和转化是影响湿地水文过程及其生态效应的重要机制,在黄河流域生态保护和高质量发展的战略背景下,开展沿黄湿地多水源组成分析及转化关系研究,是揭示干旱半干旱区水量转化及湿地生态系统演变机制的关键.本文根据山西省汾河入黄口湿地的水文节律变化特征,选择2019年旱季(5月)、主汛期(7月)和汛末(9月)作为典型时期,分析了降雨、土壤水、地下水与河水氢氧同位素组成,研究了湿地水分的补给来源,并结合端元混合模型揭示了不同时期地表水与地下水的转化关系.结果发现,不同水体~(18)O和D组成存在明显差异,均值总体表现为降雨>土壤水>汾河水>汾河流域地下水>黄河水的变化特征,表明黄河和流域地下水的侧向排泄对汾河下游径流和河口湿地水源补给具有重要贡献作用.进一步研究得出,旱季湿地地下水在近岸带主要受汾河水补给影响,随着远离汾河水体,主要受流域浅层地下水补给,并向黄河水转化,主汛期和汛末期,黄河水又侧向补给湿地地下水,并向汾河水转化,而湿地土壤水主要受降雨入渗和毛细上升水的影响.入黄口湿地的地表水—地下水存在季节变化的作用关系,旱季主要为汾河流域浅层地下水侧向补给汾河,补给贡献约为72%,然而主汛期,由于黄河倒灌补给导致汾河水位抬高,进而渗漏补给流域浅层地下水,补给比例约为69%,至于汛末期,黄河和流域地下水均向汾河排泄.本文研究结果对促进黄河流域生态保护和自然湿地生态建设具有重要的意义,可强化对河口湿地水资源组成和演变机制的深入理解.
  • 城镇化对极端降水的影响及其贡献率研究——以太湖平原地区为例
    何玉秀, 许有鹏, 李子贻, 王强, 陆苗, 高斌
    2022, 34(01): 262-271.
      可视化   收藏
    城镇化背景下极端降水事件频发,洪涝灾害问题日益突出,探讨城镇化对极端降水的影响已成为热点与难点问题.本文以长江下游太湖平原地区为例,基于区内40个雨量站长序列的逐日资料(1976-2015年),结合城镇化下土地利用/覆被和社会经济等数据,对比分析了不同城镇化阶段极端降水相关指标的时空变化规律,并定量评估不同城镇化水平对极端降水影响的贡献率.结果表明:(1)从极端降水时空变化特征来看,极端降水频率和极端降水强度总体呈上升趋势,且高城镇化水平地区的极端降水量级指标多呈现显著上升趋势.(2)整体上,城市地区城镇化对表征极端降水量级和日数的指标有显著强化作用,对大部分指标的贡献率都在11%以上,最高可达53%;而城郊地区城镇化对极端降水日数指标产生一定抑制作用.城镇化使得城市地区极端降水变化较农村地区更加剧烈,城郊地区降水更加集中,洪涝风险增大.
  • 陕北定边盐湖卤水水位历史演变及其气候指示意义（1265-1949年）
    董凌霄, 费杰
    2022, 34(01): 272-285.
      可视化   收藏
    受自然环境和资料限制的原因,中国西北的季风边缘区内的湖泊千—百年时间尺度演变序列重建工作存在不足.历史文献中的湖泊演变信息丰富,有效利用可较好地解决这一问题.本文通过梳理历史文献记录的定边盐湖采盐方式资料,反演历史时期定边盐湖卤水水位,重建公元1265-1949年陕北定边盐湖卤水水位演变序列,该序列较好地指示出公元1265-1949年间定边盐湖所处区域的气候干湿变化状况.重建结果显示,定边盐湖所处区域在公元1265-1949年间存在2个湿润期和3个干旱期,影响该区域气候干湿变化的主要原因为东亚夏季风的强弱变化.本文研究证明历史文献中的湖泊演变信息是一类科学的自然代用指标,其便于收集、物理逻辑清晰,但时间分辨率稍显不足,若能与传统湖泊沉积资料有效结合,具有更广阔的研究前景.
  • 长江中游城陵矶河段2016-2020年汛期水位非正常波动：影响因子及滤波修正
    程海云, 香天元, 唐聪
    2022, 34(01): 286-295.
      可视化   收藏
    长江经济带的人口和经济总量均超过全国的40%,长江中游城市群受地理位置与水文条件的综合影响更易遭受洪涝灾害的威胁.莲花塘水位站作为长江中游城陵矶河段蓄滞洪区启用指标控制站,当三峡水库水位达155.0 m后,如莲花塘站水位达到34.40 m并继续上涨,则城陵矶附近区蓄滞洪区需采取分洪措施.然而受河流形态和江湖关系(长江与洞庭湖)的双重影响,莲花塘水位站水位呈现出"潮汐"式不规则周期性波动变化(俗称"假潮"),给蓄滞洪区启用等工作带来一定决策困扰.为了研究洞庭湖出口长江城陵矶河段高水期洪水位波动现象相关因子和水位滤波方法,本文对莲花塘水位站近5年18个月(2016年6-8月、2017年7—10月、2018年5-8月、2019年6-8月、2020年6-9月)5 min水位自记数据进行分析,首先明确了单日水位波动值D>0.05 m为发生"假潮"现象的判别标准;通过二元Logistic回归分析表明,在监利站高水位(Z_j≥34.00 m)期间,当监利至莲花塘水位落差(△Z_(jl))大于2.75 m时,"假潮"发生比例为100%,模型预测结果综合百分比校正值为96.4%,表明△Z_(jl)为发生"假潮"的主要影响因子;然后通过快速傅里叶变换法、局部加权回归算法两种数据滤波方法对水位波动序列进行处理,研究表明,两种方法均适用于不同振幅的波形态数据分析,不受短时间数据丢失影响,不受水位瞬时值的影响,具有较大的应用价值;从误差值的波动情况来看,局部加权回归算法误差值波动更小,更适用于对波动水位数据的处理.
  • 三峡工程运用后荆江河段崩岸时空分布及其对河床调整的影响
    夏军强, 刘鑫, 邓珊珊, 周美蓉, 李志威, 彭玉明
    2022, 34(01): 296-306.
      可视化   收藏
    三峡工程运用后长江中游荆江河段河床持续冲刷,局部河段崩岸频发,影响河道内悬沙输移与河床形态调整.本研究采用实测长程河道地形及固定断面地形资料,确定了2002-2018年荆江河段的主要崩岸区域,估算了崩岸土体的泥沙总量,进而定量分析了河岸崩退对河床调整的影响.计算结果表明:荆江段累计河岸崩退体积约为2.0亿m~3,约占该河段总冲刷量的17.5%;腊林洲及北门口河段累计崩岸体积与累计水流冲刷强度呈较好的幂函数关系(R~2=0.95,0.97);荆江段崩岸土体泥沙总量为2.7亿t,其中枝城—监利河段崩岸土体总量为1.67亿t,约占该河段沿程泥沙补给总量的30.7%,因此崩岸土体对悬沙沿程恢复有重要贡献;河岸持续崩退过程中,崩岸河段内的断面形态趋于宽浅,护岸工程修建后则明显趋于窄深,因此河道崩岸过程在一定程度上减缓了河床的冲深下切程度.
  • 基于热红外遥感影像的河流水温反演方法比较——以长江上游流域为例
    石希, 夏军强, 孙健
    2022, 34(01): 307-319.
      可视化   收藏
    水温是影响河流生态环境的重要因素.传统水温观测手段受限于测站的地理位置,数据分布稀疏.近20年来随着热红外卫星传感器在空间分辨率上的革新,热红外遥感影像逐步被应用于反演河流水温,但目前相关研究聚焦于利用单颗卫星数据并使用单一水温反演方法而忽略与其他卫星以及处理方法做对比.本文以长江上游流域为例,分别评估了水文反演流程中3个步骤的差异对水温精度的影响:遥感数据(MODIS和Landsat)、大气校正方法(辐射传递模型法与JM&S单通道算法)和大气校正参数(Atmcorr和GEOS-5 FP-IT).研究结果表明:(ⅰ) MODIS数据因为空间分辨率较低并不能满足反演长江上游流域水温的需求;(ⅱ)由于长江上游流域大气水汽含量较高JM&S单通道算法反演水温误差过大;(ⅲ)当流域拥有实测水温资料时,最佳反演流程是使用辐射传递模型法与Atmcorr大气校正参数反演Landsat水温并进一步使用逻辑回归模型校正数据,最终所得反演水温RMSE为1.0～1.1℃;(ⅳ)对于无测站流域,较适合的流程为使用辐射传递模型法和GEOS-5 FP-IT大气校正参数并设定大气校正参数阈值,最终反演水温RMSE为1.2℃.同时研究还表明大气透过率以及大气上行辐射强度是影响反演水温精度的主要因素.因此本文建议在对不同流域进行水温反演时应尽可能对上述两种参数进行敏感性分析.
  • 基于改进U-Net的CMIP5全球气候模式降尺度方法及其在鄱阳湖流域的应用
    李克诚, 陆建忠, 张可睿, 陆呈瑜, 陈璞, 袁明坤
    2022, 34(01): 320-333.
      可视化   收藏
    利用降尺度方法对CMIP5全球气候模式进行空间降尺度并以此研究鄱阳湖流域未来气候时空变化趋势,能够为流域生态环境保护提供数据、技术和理论上的支持.通过简化原始网络结构,在网络首部添加插值层,采用反卷积算法作为上采样算法对传统U-Net网络进行改进,建立基于深度学习的气候模式空间降尺度模型(DLDM).以1965-2005年鄱阳湖流域共18个气象站点的实测数据为基准,基于IPSL-CM5A-LR和BCC-CSM1.1两个气候模式,在拟合精度和流域极端气候事件模拟能力两方面对比验证了降尺度方法和降尺度后气候模式的模拟性能,结果表明基于DLDM的方法优于基于线性回归的传统统计降尺度方法,IPSL-CM5A-LR模式模拟效果优于BCC-CSM1.1模式.利用DLDM对RCP2.6和RCP8.5两个排放情景下的IPSL-CM5A-LR模式数据进行空间降尺度,基于2006-2100年流域高空间分辨率气候数据分析两情景下流域未来气候的时空变化特征,结果表明流域未来气温在两情景下均持续升高,表现出位于流域中北部、西部、东部和南部4个高温中心,RCP8.5情景下流域气温更高,升温趋势和局部周期变化更加明显;流域未来降水在两情景下先增加后减少,变化趋势较为平缓,表现出北部、中东部和南部3个降水中心,在未来呈现五次"枯—丰"交替,RCP8.5情景下流域降水更少且变化更为剧烈,在2075年左右出现突变并存在周期性振荡.
  • 近20 a色林错湖冰物候变化特征及其影响因素
    邰雪楠, 王宁练, 吴玉伟, 张玉杰
    2022, 34(01): 334-348.
      可视化   收藏
    湖冰作为湖泊—大气界面能量和物质交换的结果,其物候变化对揭示区域气候变化和湖泊响应过程具有重要意义.本研究基于2000-2020年色林错边界矢量数据、Terra MODIS和Landsat TM/ETM+/OLI遥感影像并结合气象数据及湖泊资料,利用RS和GIS手段综合分析了色林错湖冰物候变化特征及其影响因素.结果表明:①色林错于11月下旬到12月上旬开始冻结,在12月下旬到1月上旬完全冻结,封冻时间约一个月左右.湖冰在每年的3月下旬到4月上旬开始消融,历经半个月左右,至4月下旬完全消融.②近20 a来,色林错开始冻结日期整体呈现逐渐推迟的波动趋势,推迟率约为11.3 d/10 a.湖冰冻结期呈缩短趋势;湖冰存在期整体上呈缩短趋势,缩短率为13.5 d/10a.(3)色林错冻结先从北部和东部湖岸处开始逐渐向中部湖心处扩张,解冻时湖冰中心先破裂,向湖岸边逐渐消融.④色林错湖冰物候受气候和湖泊自身理化性质综合影响.冬半年平均气温是影响湖冰消融和封冻期的关键因素;风速和降水对湖冰的冻结和消融亦有一定影响.近20 a来,随着色林错面积扩张、浑浊度上升及透明度下降,湖冰开始冻结时间推迟,湖冰封冻期缩短.全球变暖背景下,包含色林错在内的青藏高原湖泊有加速扩张趋势,本研究结果可为理解变化环境下湖冰物候信息的气候指示意义及湖泊反馈过程提供参考.