1986-2008年吉林省湖泊变化及驱动力分析

利用1986年、1995年、2008年覆盖吉林省的LandsatTM遥感影像,通过目视解译,获取3期土地利用数据;基于GIS技术,分析了过去23年吉林省湖泊的时空变化特征,并对导致湖泊面积变化的自然和人文驱动因素进行分析.结果表明:1986-2008年间,吉林省湖泊面积从1986年的3442km2减少到2008年的2622km2;湖泊个数由3134个减少到2718个.其中1986-1995年间湖泊面积萎缩主要以大中型湖泊(面积大于等于50km2)为主,减少面积为479.7km2;1995年以后,虽然大中型湖泊面积有微弱增加,但中小型湖泊的面积剧烈减少,因此导致湖泊总面积减少311.7km2.湖泊面积变化存在区域差异:过去23年间,东部地区湖泊面积增加42.1km2,中部地区减少98.9km2,西部地区湖泊面积减少最多,为337.7km2.气候干旱化、人口增加带来的压力和水利工程修建等因素对湖泊面积变化产生重要影响.     

近30年三江源地区湖泊变化图谱与面积变化

以近30年的40景Landsat MSS/TM/ETM+、CBERS CCD遥感影像为数据源,采用植被指数法结合人工目视解译,分为四个时期对三江源地区湖泊进行了遥感水体检测.选取面积在15km2以上、总面积占研究区湖泊总面积的90%左右的24个湖泊作为典型湖泊,建立该地区湖泊的变化图谱,并引入湖泊萎缩强度指数对湖泊的面积变化及空间分布特征进行分析.结果表明,以第三时期(1999-2002年)为界,这24个湖泊总体上经历了先萎缩后扩张的过程,且萎缩的程度大于扩张的程度,近30年来湖泊总面积缩小了65.76km2.本文研究结论可为三江源地区对气候变化响应研究提供参考,并对区域水资源合理利用提供科学依据.     

城市湖泊时空演变的遥感分析——以武汉市为例

在GIS技术支持下,以多时相Landsat TM/ETM 遥感影像为数据源,利用NDWI指数提取武汉市1991年、1995年、2000年、2002年的湖泊水域面积信息,引入湖泊萎缩强度等测度指标,从时空两方面对主城区湖泊水域变化和26个主要湖泊的发展演化特征进行了系统地分析.结果表明,从1991年到2002年,武汉市主城区湖泊水域面积急剧减少,达38.67km2;主要湖泊水域的面积变化具有时空分异特征,湖泊萎缩变化与湖泊所处地区的城市建设水平、道路交通规划、政策导向等因素密切相关.分析认为,城市湖泊转变为公园后,萎缩现象得到明显遏制,通过立法加强湖泊保护力度并尽早制定城市湖泊的规划管理措施,是保护武汉幸存湖泊的有力手段.     

近40年青藏高原湖泊面积变化遥感分析

以MSS、TM和ETM遥感影像作为主要信息源,综合利用RS、GIS技术,提取青藏高原1970s、1990s、2000s及2010s 4个时段的湖泊面积信息,分别从区域位置、面积规模、海拔高度3方面分析其近40年来的变化趋势及变化特征,同时结合1972-2011年间青藏高原气候变化情况,初步探讨了影响青藏高原湖泊面积变化的主要原因.研究结果表明:(1)青藏高原面积大于10 km²的湖泊有417个,这些湖泊大多是面积为10~100 km²的小型湖泊,空间上集中分布在高原西部地区,海拔上集中在4500~5000 m范围内;(2)近40年青藏高原湖泊面积的变化趋势及差异性特征在整体上表现为湖泊呈加速扩张的趋势,其中2000s-2010s时段是湖泊扩张最显著的时期;在区域位置上,北部地区的湖泊变化最为剧烈;在面积规模上,小型湖泊扩张最为显著;在海拔高度上,低海拔地区湖泊扩张剧烈;(3)近40年青藏高原气候暖湿化程度明显,气候变化对湖泊面积变化影响显著;在气象要素中,降水量的变化是青藏高原湖泊面积变化的主要驱动因子.     

典型草原露天煤矿区地下水-湖泊系统演化

由于气候干旱、大量疏排地下水导致草原露天煤矿区普遍存在着水文循环失调、土壤沙化、草地退化等环境地质问题.本研究以呼伦贝尔草原伊敏露天煤矿为研究对象,在对矿区地下水湖泊系统调查分析的基础上,结合水文、气象及遥感影像等数据,应用水均衡原理构建矿区地下水位湖泊面积响应机制的数学模型,并利用此模型预测分析矿区开发对伊敏盆地内湖泊面积的影响.结果表明:煤矿开采35年来,伊敏盆地湖群数量由开采前(1982年)的5个变为如今(2017年)的2个,湖泊总面积由原来的6.94 km 2萎缩到1.12 km 2;矿区地下水湖泊关系由自然状态下的地下水补给湖泊型向湖泊补给地下水型演化;本文建立的地下水湖泊耦合数学模型可较好地对湖泊面积进行预测,在气候因素波动不大、矿山开发稳定的状况下,该矿闭矿时(2045年)研究区湖泊面积将萎缩至0.56 km^2.     

中国湖泊的数量、面积与空间分布

以11004景/幅CBERSCCD和LandsatTM/ETM卫星遥感影像数据为基础,参照GoogleEarth影像及其他文献资料,在6843幅1：10万和1：5万地形图（DRG）、1：25万地形图部分图层数据（DLG）的支持下,制定了湖泊边界判译原则,经过遥感判译、野外考察、室内校正、专家咨询、数据校正和成果确定等技术环节,确定全国目前共有1.0km2以上的自然湖泊2693个,分布在28个省（自治区、直辖市）,总面积81414.6km2,约占全国国土面积的0.9%.近30年来,全国新生和新发现面积大于1.0km2的湖泊分别共有60个和131个,原面积大于1.0km2的湖泊消失243个.     

1973-2010年巴丹吉林沙漠腹地湖泊面积空间变化的遥感分析

利用1973、1990、2000、2010年4个时期遥感影像数据,提取并统计了1973-1990、1990-2000、2000-2010、1973-2010年4个时期湖泊面积变化信息,分析了巴丹吉林沙漠湖泊面积变化的空间特征.结果表明,湖泊数量与面积整体表现为减小,同时也存在湖泊面积增大与湖泊新增;1973-2010年间,沙漠腹地共干涸19个湖泊、新增7个湖泊,43个湖泊萎缩、6个湖泊扩张,26个湖泊面积基本保持稳定;从湖泊面积的空间变化看,面积减小的湖泊在整个湖泊区域均有分布,面积增大的湖泊较多分布于研究区东侧,且多在中东部区域外围,面积减小剧烈的湖泊在空间上有聚集分布的态势;湖泊面积变化量在整个空间上并没有表现出显著的正相关关系.湖泊面积变化所表现的空间特征可能由于不同湖泊区域补给来源不同或不同湖泊补给方式存在差异造成的.     

近45a内蒙古浑善达克沙地湖泊群的变化

浑善达克沙地处于季风边缘区,其气候特性和人类活动决定了该地区生态系统的脆弱和环境变化的敏感性.目前,该区湖泊生态环境问题十分严重,对研究区的水资源、草原景观以及当地居民生产生活造成了严重影响.选取1969年1∶50000地形图所指示的面积≥0.01 km~2的175个湖泊为研究对象,结合1973-2013年的17期Landsat MSS/TM/ETM/OLI卫星遥感影像数据,对1969-2013年间的湖泊群变化进行了系统的研究和初步探讨.结果表明:1969年湖泊群总面积为502.04 km~2,而2013年其面积为303.42 km~2,总体呈萎缩趋势.其中面积萎缩和干涸的湖泊分别为88和85个,而面积扩张的湖泊仅有2个(人工筑坝所致).近45 a间,1970s-1980s湖泊面积波动性减少,而在1990s初期则出现持续上升状态.在1995-2011年湖泊面积总体下降,到2013年则出现微弱的扩张现象.从湖泊变化空间分布格局来看,萎缩和干涸的湖泊集中在该沙地腹地.     

基于多源卫星数据扎日南木错湖面变化和气象成因分析

利用Landsat(MSS、TM、ETM+)系列卫星和环境减灾卫星CCD遥感影像数据以及西藏扎日南木错地区近40年(1970-2011年)气象资料,分析湖泊面积的变化特征,并探讨湖泊面积变化的可能气象成因.结果表明,扎日南木错1975-2011年间经历了先萎缩后扩张的过程,湖泊面积呈增长趋势,增长面积为7.08 km2.扎日南木错流域在过去40多年里冰川在退缩,温度升高,降水量增加,而蒸发量和最大冻土深度减少.湖泊面积与年气温之间有显著的正相关关系,气温升高可能是湖面扩大的原因之一.     

2000年以来青藏高原湖泊面积变化与气候要素的响应关系

青藏高原星罗密布的湖泊对气候变化十分敏感，在自然界水循环和水平衡中发挥着重要作用.以MODIS MOD09A1和SRTM DEM为数据源，提取了2000-2016年青藏高原丰水期面积大于50 km²的湖泊边界，从内外流分区、湖泊主要补给来源和湖水矿化度三个方面对2000年以来湖泊面积变化进行分析，并结合青藏高原近36年气象数据，根据气象要素变化趋势分区，初步探讨青藏高原湖泊面积变化与气候要素的关系.结果表明：青藏高原面积大于50 km²的138个湖泊整体扩张趋势显著，总面积增加2340.67 km²，增长率为235.52 km²/a.其中，扩张型湖泊占67.39%，萎缩型湖泊占12.32%，稳定型湖泊占20.29%.内流湖扩张趋势显著，外流湖扩张趋势较明显；以冰雪融水为主要补给来源的湖泊整体扩张趋势明显，以地表径流和河流补给为主要补给源的湖泊也呈扩张趋势；盐湖和咸水湖以扩张为主，淡水湖的扩张、萎缩和稳定三种类型较均衡.在青藏高原气候暖湿化方向发展背景下，湖泊面积变化与气候要素具有显著的区域相关性.气温和降水变化趋势分区结果表明，气温增加、降水增加强趋势的高原Ⅰ区湖泊扩张程度（78.18%）依次大于气温降低、降水量呈增加趋势的Ⅴ区（66.67%），气温、降水量呈增加趋势的Ⅱ区（60.78%），气温呈降低、降水量呈增加强趋势的Ⅳ区（58.83%）和气温呈增加、降水量呈减少趋势的Ⅲ区（50.00%）.湖泊面积变化对气候变化响应研究表明，升温引起的冰雪融水补给对Ⅰ区、Ⅱ区和Ⅲ区湖泊面积扩张的影响显著，加之降水量的增加，湖泊扩张速率明显；Ⅳ区和Ⅴ区湖泊面积扩张主要受降水量增加影响显著.整体而言，气温主要影响以冰雪融水为主要补给来源的湖泊，降水量主要影响以降水和地表径流为主要补给来源的湖泊.     

Role of the Lakes in Groundwater Recharge and Discharge in the Young Glacial Area,Northern Poland

The aim of this research was to delineate characteristic hydrogeological lake types in the Young Glacial Area (YGA). The YGA is in the central and east part of the Kashubian Lake District (KLD) in Northern Poland, an area covered by deposits of Quaternary glaciation. All the bigger lakes were investigated in the area of about 1500 km² (39 lakes). The role of lakes in groundwater recharge and discharge was determined from total dissolved solids (TDS) in lake waters and also from groundwater flow simulation. The general trend was that gaining lakes, as determined by flow modeling, had higher values of TDS than losing lakes. In addition to typical gaining lakes (with TDS > 250 mg/l), there were losing lakes perched on glacial till deposits with very low TDS (<100 mg/l). Two groups of losing lakes were delineated: ones with very low TDS and another group with slightly higher TDS (due to local contact with groundwater). Flow‐through lakes with TDS of 170–200 mg/l were also delineated.     

帕隆藏布流域冰湖变化及危险性评估

冰湖作为区域气候变化的灵敏指示器和主要冰川灾害的启动器，认识其空间分布及变化特征对探讨冰湖对气候变化的响应规律及冰湖溃决危险性评估具有重要意义.基于1968-1980年地形图数据和1994-2016年Landsat TM/OLI遥感影像资料，综合利用RS、GIS技术和数理统计方法分析帕隆藏布流域面积≥ 0.01 km²冰湖时空分布及其动态变化，并对潜在危险性冰湖进行判别和评估.结果表明：2016年帕隆藏布流域共有冰湖351个，面积50.48 km²，且面积和数量分别以面积>1 km²和面积<0.1 km²的冰湖为主，这些冰湖主要分布于海拔2800~5400 m之间.近50年来帕隆藏布流域冰湖总体呈数量增多、面积增加态势；海拔<3000 m的冰湖相对稳定，而海拔>4500 m的冰湖数量和面积增加则相对迅速.近50年间帕隆藏布流域冰川面积减少591.34 km²，气候变暖导致的冰川末端退缩和冰川融水增加为冰湖形成和扩张提供了发育空间和物质来源.切毛措、光谢错等9个冰湖为潜在危险性冰湖，预计未来一段时间内帕隆藏布流域冰湖溃决可能处于活跃阶段，其形成和暴发也将更加频繁.     

巴丹吉林沙漠湖泊水分补给机制的模拟——以苏木吉林湖区为例

巴丹吉林沙漠气候干旱,蒸发强烈,与之形成鲜明对比的是沙漠腹地湖泊群的长久不衰,目前对于湖泊水分的补给来源仍存在争议.本文以水量均衡为基础,在苏木吉林湖区开展了降水、蒸发及湖水位和地下水位的动态监测,结合已有的水文地质资料建立地下水流动三维模型,重现湖区地下水位的季节动态变化,并基于模型进行水均衡分析.结果表明:苏木吉林湖区降水入渗补给量不足以平衡湖泊蒸发量,湖泊需要深层承压水的越流补给;湖水位和地下水位均呈现正弦曲线形态,11月最低,4月达到峰值,水位变幅分别为22和18 cm;湖区地下水多年平均总补给量为11620 m3/d,其中降水和承压水越流分别约占13%和87%,降水补给量夏季高、冬季低,承压水越流补给量季节变化不明显;承压水越流补给量可能主要来源于沙漠周边山区降水,未发现明显的水量亏空需要断裂导水来弥补.研究结果为巴丹吉林沙漠地下水资源分析及合理利用提供科学依据.     

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)

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.     

长江中游通江湖泊江湖关系研究进展

自然通江的洞庭湖和鄱阳湖与长江之间形成复杂的江湖水沙交换关系,其变化影响着区域洪水灾害防治、水资源利用、水环境保护和水生态安全维护,是长江中游水问题的核心.从长江中游大型通江湖泊江湖关系的概念与内涵、江湖关系演变过程、江湖关系变化的影响因素及效应等方面,系统梳理了长江中游通江湖泊江湖关系研究的进展.针对当前研究现状和存在的问题,提出了研究江湖关系表征指标体系是正确认识江湖关系的前提;定量区分人类活动和气候变化影响的贡献率是江湖关系研究的重点和难点;深入跟踪研究三峡等重大工程对江湖关系变化的影响是一项长期任务;评估江湖关系调整背景下江湖关系的健康状况,研究以江湖水系重大水利工程群联合调度为核心的江湖关系优化调控原理,维持江湖两利的长江中游健康河湖系统格局和相互作用关系是江湖关系研究的根本目标.     

The nutrient forms, cycling and exchange flux in the sediment and overlying water system in lakes from the middle and lower reaches of Yangtze River

This paper is a review of research works concerning the nutrient transportation, transformation and exchange between water, sediment and biota in the lakes from the middle and lower reaches of the Yangtze River conducted in the context of project entitled "The Processes and Mechanism of Lake Eutrophication in Middle and Lower Reaches of Yangtze River". All the lakes from this area are shallow lakes. According to the typical lake site research, the lakes from the middle and lower reaches of Yangtze River have a higher baseline of nutrition in the history. Normally the trophic status of these lakes can be categorized into medium-trophic or eutrophic. Human activities have been enhanced during the last decades, which speed up the lake eutrophic process. Lake eutrophication control needs to reduce not only the external nutrient inputs from watershed but also the internal loading from the sediments. Investigations revealed that the lake sediments in this area are considerablly high in nutrition in which at most about 30% of phosphorus exists in the form of bio-available in the sediment. The surface sediment will exert great effects on the nutrient exchange between water-sediment interface via adsorption and release of nutrient. The nutrient release from the sediment in these shallow lakes is mainly in two ways, i.e. in the undisturbed condition the nutrient is released through diffusion created by the nutrient gradient from sediment to overlying water; whereas in disturbed condition, the nutrient release is determined by the hydrodynamic forcing intensity and the sediment resuspension. Metallic elements such as the iron, manganese and aluminium and the aerobic-anaerobic ambience will affect the release of nutrients. The disturbed release will increase the total nutrients in the water column significantly in the short period. At the beginning of sediment resuspension, the dissolved nutrient concentration will increase. This increase will be damped if the ferric oxide and aluminium are rich in sediment because of the adsorption and flocculation. This means that the lakes have capability of eliminating the nutrient loadings. Investigations for the lakes from middle and down stream of Yangtze River have suggested that most lakes have the self-cleaning capability. Dredging the control of the internal loading, therefore, is only applicable to the small lakes or undisturbed bays which normally are situated nearby the city or town and rich in organic materials in the sediment. In addition, the strong reduction condition and weak aeration of these lakes and bays make these small lakes and bays release much more bio-available nutrient and without much self-eliminating capability. Moreover, eutrophication induced algal bloom in these lakes will change the pH of water, which further induces the increase in the nutrient release. In turn, the increase in nutrient release promotes the growth of phytoplankton and results in severe algal bloom. For the heavily polluted water, research suggests that the biomass of bacteria and alkaline phosphatase activity will be higher corresponding to the higher concentration of nutrients, which accelerates the nutrient recycling between water, sediment and biota. Quick recycling of nutrient, in turn, promotes the production and biomass growth of microorganism and leads to more severe eutrophication. Further research work should focus on the nutrient transformation mechanism and the effects of microbial loop on the eutrophication.     

湖北省湖泊演变及治理对策

湖北省是长江中游重要的湖泊分布区,在历史时期湖泊分布广阔,是著名的云梦泽的主体.由于江湖关系演变和人类活动的影响,湖泊面积变化迅速,尤以20世纪为甚.本文在野外调查和历史文献分析的基础上,利用不同时期的水利图、地形图、遥感影像图作为基本信息源,在GIS技术支持下,提取湖泊水域信息,对湖北省湖泊的主要分布区--江汉平原近百年湖泊水域变化进行了研究.结果表明,从20世纪20年代开始湖泊面积和个数呈先增加后减少的趋势,50年代处于鼎盛时期,50年代到70年代迅速减少,70年代至2000年减幅明显减缓.这种动态变化是自然因素和人类活动综合作用的结果,人类活动的作用更为突出.湖泊面积的减少,带来一系列生态环境问题.针对湖泊资源日益减少的现状,文章提出了治理对策和建议.     

The nutrient forms,cycling and exchange flux in the sediment and overlying water system in lakes from the middle and lower reaches of Yangtze River

This paper is a review of research works concerning the nutrient transportation, transformation and exchange between water, sediment and biota in the lakes from the middle and lower reaches of the Yangtze River conducted in the context of project entitled “The Processes and Mechanism of Lake Eutrophication in Middle and Lower Reaches of Yangtze River”. All the lakes from this area are shallow lakes. According to the typical lake site research, the lakes from the middle and lower reaches of Yangtze River have a higher baseline of nutrition in the history. Normally the trophic status of these lakes can be categorized into medium-trophic or eutrophic Human activities have been enhanced during the last decades, which speed up the lake eutrophic process. Lake eutrophication control needs to reduce not only the external nutrient inputs from watershed but also the internal loading from the sediments. Investigations revealed that the lake sediments in this area are considerablly high in nutrition in which at most about 30% of phosphorus exists in the form of bio-available in the sediment. The surface sediment will exert great effects on the nutrient exchange between water-sediment interface via adsorption and release of nutrient. The nutrient release from the sediment in these shallow lakes is mainly in two ways, i.e. in the undisturbed condition the nutrient is released through diffusion created by the nutrient gradient from sediment to overlying water; whereas in disturbed condition, the nutrient release is determined by the hydrodynamic forcing intensity and the sediment resuspension. Metallic elements such as the iron, manganese and aluminium and the aerobic-anaerobic ambience will affect the release of nutrients. The disturbed release will increase the total nutrients in the water column significantly in the short period. At the beginning of sediment resuspension, the dissolved nutrient concentration will increase. This increase will be damped if the ferric oxide and aluminium are rich in sediment because of the adsorption and flocculation. This means that the lakes have capability of eliminating the nutrient loadings. Investigations for the lakes from middle and down stream of Yangtze River have suggested that most lakes have the self-cleaning capability. Dredging the control of the internal loading, therefore, is only applicable to the small lakes or undisturbed bays which normally are situated nearby the city or town and rich in organic materials in the sediment. In addition, the strong reduction condition and weak aeration of these lakes and bays make these small lakes and bays release much more bio-available nutrient and without much self-eliminating capability. Moreover, eutrophication induced algal bloom in these lakes will change the pH of water, which further induces the increase in the nutrient release. In turn, the increase in nutrient release promotes the growth of phytoplankton and results in severe algal bloom. For the heavily polluted water, research suggests that the biomass of bacteria and alkaline phosphatase activity will be higher corresponding to the higher concentration of nutrients, which accelerates the nutrient recycling between water, sediment and biota. Quick recycling of nutrient, in turn, promotes the production and biomass growth of microorganism and leads to more severe eutrophication. Further research work should focus on the nutrient transformation mechanism and the effects of microbial loop on the eutrophication.

     

21世纪以来泛北极湖泊水位变化时空特征及原因探讨

在全球气候变暖和极端气候事件增加的背景下,流域水文循环过程受到的影响越来越强烈,导致湖泊水位变化表现出复杂的时空特征。而泛北极地区是地球上湖泊数量与面积分布最为集中的区域之一,该地区湖泊对气候变化响应非常敏感。因此,了解这些湖泊近期水文变化特征十分必要。本研究共搜集了36个泛北极大型湖泊(>500 km²)基于遥感或站点观测的近20年水位数据,分析其时空变化特征。本文使用线性回归模型来估算湖泊水位的变化趋势,进而利用皮尔逊相关分析了其主要水文影响变量和大气环流机制,并运用Mann-Kendall突变检验法探讨了水位突变的原因。结果表明,泛北极湖泊的水位整体上呈现不同程度上升(平均速率为0.013 m/a),有23个(64%)湖泊的水位呈上升趋势;研究湖泊中有10个通过90%统计显著性检验。其中,水位上升速率最大的湖泊是位于哈萨克斯坦的腾吉兹湖,上升速率为0.078 m/a。泛北极湖泊水位的波动主要与径流有关,有19个(53%)湖泊的水位波动与径流的增加更为相关;相比而言,位于亚洲的极地湖泊水位的上升与流域蒸发的降低显著相关,尤其是库苏古尔湖。从区域大气环流影响来看,泛北极湖泊水位变化主要与厄尔尼诺-南方涛动有关,其次是北极涛动和北大西洋涛动。本研究有助于加深对泛北极湖泊近20年水位变化规律及气候影响特征的科学理解。