鄱阳湖湿地典型植被群落地下水—土壤—植被—大气系统界面水分通量及水源组成

地下水-土壤-植被-大气系统(GSPAC)界面水分传输是湿地生态水文过程研究的关键.本文选取鄱阳湖湿地高位滩地的2种典型植被群落:茵陈蒿(Artemisia capillaris)和芦苇(Phragmites australis)群落为研究对象,运用HYDRUS-1D垂向一维数值模拟,量化了湿地GSPAC系统界面水分通量,阐明了典型丰水年(2012年)和枯水年(2013年)鄱阳湖湿地植被群落的蒸腾用水规律和水源组成.结果表明:(1)茵陈蒿和芦苇群落土壤-大气界面的年降水入渗量为1570~1600 mm,主要集中在雨季4-6月,占年总量的60%;植物-大气界面的年蒸腾总量分别为346~470 mm和926~1057 mm,其中7-8月植被生长旺季最大,占年总量的40%~46%;地下水-根区土壤界面的向上补给水量受不同水文年水位变化的影响显著,地下水年补给量分别为15~513 mm和277~616 mm,主要发生在蒸散发作用强烈和地下水埋深较浅的时段.(2)植被蒸腾用水分为生长初期(4-6月)和生长旺季(7-10月)2个阶段,丰水年植被的整个生长期蒸腾用水充足,枯水年植被生长旺季的蒸腾用水受到严重水分胁迫,实际蒸腾量仅为潜在蒸腾量的一半左右.(3)不同水文年湿地植被生长旺季的水源贡献不同:丰水年茵陈蒿群落以地下水补给为主,芦苇群落以湖水和地下水补给为主;枯水年茵陈蒿群落以降水和前期土壤水储量为主,芦苇群落以地下水补给为主.本研究结果有助于揭示湿地植被的水分利用策略,为阐明湖泊水情变化与植被演替的作用机理提供参考依据.     

鄱阳湖湿地典型中生植物水分利用来源的同位素示踪

水分是维持植物生长、决定种群分布的关键因子，研究植物水分利用来源是揭示水文过程与植被演替作用机制的基础，作为中国最大的淡水湖泊系统，鄱阳湖水文情势的显著改变已直接影响到湿地生态系统的水分补给来源.本文通过测定降水、土壤水、地下水、湖水和植物茎水中δ¹⁸O、δD同位素组成，识别鄱阳湖湿地典型中生植被——茵陈蒿（Artemisia capillaris）群落的土壤水分补给来源，并应用直接对比法和IsoSource多源混合模型估算优势种茵陈蒿的主要吸水区间及水源利用比例.结果发现：（1）与降水同位素相比，湖水和湿地土壤水同位素较为富集，地下水同位素较少发生分馏；（2）湿地地下水主要受历史长期降水和湖水共同补给，土壤水在雨季4—6月和秋季9—10月主要受降水补给，夏季7—8月深层土壤水受湖水侧向入渗和地下水的共同补给，并在蒸发作用下水分向浅层土壤传输；（3）茵陈蒿主要利用0~80 cm深度的土壤水，且能够在不同土层水源间灵活转换.当土壤含水量较高时（4—5月），主要利用0~40 cm浅层土壤水，利用率约49%~68%；当浅层土壤含水量较低时（6—8月），主要利用40~80 cm深层土壤水，利用率高达74%~95%；当植物进入生长后期（9—10月），主要利用0~15 cm表层土壤水，利用率介于41%~70%.总体发现，湖水是鄱阳湖湿地中生植物群落土壤水分的重要补给来源，优势种茵陈蒿能够响应土壤含水量的变化改变吸水深度，具有较强的干旱适应能力.研究结果可为鄱阳湖湿地植被生态系统演变和科学保护提供理论参考.     

鄱阳湖典型洲滩湿地土壤含水量和地下水位年内变化特征

湿地植被空间分布受多个水分因子共同影响,为了探求鄱阳湖典型洲滩湿地不同植被类型下地下水、土壤水的变化特征,本文选择鄱阳湖吴城湿地保护区内一个长约1.2 km的典型洲滩湿地为实验区,建立了气象-土壤-水文联合观测系统.对观测的气象、水文要素进行分析发现:(1)洲滩湿地地下水位年内呈单峰变化,季节性差异显著,最大埋深可达10 m,出现在1月份,丰水期8月份地下水位最高时可出露地表,且地下水位与湖泊水位变化具有高度一致性;(2)由远湖区高地至近湖区低地,不同植被带中地下水平均埋深变化为藜蒿带(4.76 m)芦苇带(2.87 m)灰化薹草带(1.61 m).地下水埋深小于50 cm的持续时间分别为:藜蒿带27 d、芦苇带112 d、灰化薹草带170 d;(3)土壤平均含水量沿不同植被带梯度变化为:藜蒿带最小(15.9%),芦苇样带(40.7%)和灰化薹草样带(43.7%)较大.土壤含水量年内变幅为:藜蒿带最大(2.5%~55.2%),芦苇带和灰化薹草带相对较小,分别为22.1%~48.1%和28.4%~54.1%;(4)不同植被带土壤含水量季节变化规律不同,藜蒿带土壤含水量年内呈单峰型,仅夏季土壤含水量较高,其余季节均在10%左右,而芦苇带和灰化薹草样带春、夏、秋季均维持较高含水量(42%以上),仅冬季水分含量较低.     

定常风对鄱阳湖水动力的影响

鄱阳湖属大风区,风场作为仅次于流域"五河"倾泻和长江顶托作用的另一重要驱动力,或在某些时刻影响局部区域的水流结构,进而影响局部水体中泥沙、污染物、营养盐等物质的输移和扩散.基于鄱阳湖二维水动力数学模型,模拟定常风场条件下的鄱阳湖流场分布及环流形式,并与无风条件下的水流时空结构进行对比.结果表明:3.03 m/s的NE向和SSW向定常风对湖泊水位影响微弱;对流速的影响主要集中在7月中旬至9月底的"湖相"期;其影响区域主要分布在湖区中部大湖面偏西岸及东部湖湾,约占湖泊最大水面积的16%;上述区域出现明显环流,环流结构具有时空异质性特点,环流区流速普遍增至无风时的两倍以上;NE向和SSW向风场产生的环流位置相近,方向相反.相比于以往鄱阳湖水动力研究中对风场的忽略,本次研究揭示了定常风场对鄱阳湖的重点影响区域、影响程度及影响形式,可为泥沙及污染物输移模拟中对风场条件的处理及可能带来的误差与误差的空间分布提供重要依据.     

湖泊湿地水文过程研究进展

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...     

鄱阳湖洪泛系统淹没动态时空异质性特征及驱动机制

摘 要：因鄱阳湖主湖区与毗邻碟形湖区之间存在季节性动态的连通条件,导致了主湖区和碟形湖区水体淹没状况的非一致性,这种差异造就了两者不同的生境特点。基于ESTARFM（Enhanced Spatial and Temporal Adaptive reflection fusion model）模型,通过重构2000-2020年鄱阳湖区连续的高时空分辨率水体淹没数据,分析了鄱阳湖洪泛系统淹没动态的时空变化特征及其驱动因素。研究发现,近20年来鄱阳湖洪泛系统主湖区与碟形湖区水体淹没面积多年平均值分别为1239 km2和407 km2。受湖泊淹水自然过程和人为干扰的影响,碟形湖的淹水动态在涨水期（3月）和退水期（10月）与主湖区存在明显差异。在空间上,鄱阳湖的淹没频率总体上呈“北高南低”的分布格局,主湖区和碟形湖区水体淹没频率分别为58%和36%。研究时段内,鄱阳湖洪泛系统水体淹没面积与淹没频率整体上呈减小趋势,但碟形湖区内二者均呈微弱的上升趋势。近年来,鄱阳湖流域入湖流量的增加是导致碟形湖区水体淹没面积和淹没频率呈现增加趋势的主要原因,而主湖区水体淹没面积和淹没频率的下降主要归因于长江中上游来水减少、三峡工程运行引起的长江中下游河床降低、以及鄱阳湖区大规模采砂活动引起的入江水道下切侵蚀等综合作用造成的湖泊泄流能力的增大。研究结果对于深化湖泊洪泛系统水文复杂性的认识、促进洪泛湿地系统的管理实践具有重要的科学意义。     

干旱半干旱地区包气带热参数模型研究

在干旱半干旱地区,包气带垂向温度梯度对其中水分运动的影响不可忽略。欲定量研究温度变化引起的包气带水分运移,需要建立水热耦合模型,而模型中热参数的确定成为模型求解的关键和难点。本文以实测数据为基础,对数据进行深入分析,提出一种以含水率为自变量推求导热系数的模型,模型中提出饱和导热系数和残余导热系数的概念,并对其可靠性、求解方法及敏感性进行了分析和验证,结果认为该模型能够方便求解水热耦合模型中的导热系数,并且可用多种方法求解,拟合精度高,实用性强。     

长江对鄱阳湖退水期洲滩出露特征的影响

采用具有物理机制的二维水动力模型MIKE 21,基于2006 年长江枯水与1953―2000 年长江平均来水条件（平均条件）2 种情景,模拟比较2 种情景下鄱阳湖退水期（7―12 月）洲滩出露过程,阐释长江来水变化对鄱阳湖洲滩出露特征的影响。结果表明：2006 年长江来水减少导致鄱阳湖洲滩出露开始时间提前,与平均条件相比提前1 个月;洲滩出露50%面积仅历时约0.5 个月,比平均条件缩短约1.5 个月;长江枯水对鄱阳湖洲滩出露分布影响最显著的时段为8―11 月,8 月上旬洲滩增加的出露面积主要分布在赣江入湖三角洲和东部湖湾,而8月中旬―11 月末增加的出露面积主要分布在中部开敞湖区和北部入江通道洲滩;长江枯水对鄱阳湖中北部洲滩出露天数的影响大于南部湖区,对修水和赣江北支入湖三角洲的影响大于赣江中支和南支入湖三角洲,对鄱阳湖国家级自然保护区的影响明显大于南矶山自然保护区;长江来水变化还显著影响洲滩出露速率,2006 年长江水情下洲滩自开始出露至到达最大出露面积（8 月初―10 月中旬）期间的平均出露速率（25 km²/d）,与平均条件下洲滩自开始出露至到达最大出露面积（9 月初―12 月末）期间的平均出露速率（14.5 km²/d）相比增大了72%。     

鄱阳湖洪泛区碟形湖域与地下水转化关系分析

湖水-地下水转化关系研究对水资源调节与分配具有重要理论和实践意义。以鄱阳湖洪泛区碟形湖域(蚌湖和沙湖)及其洲滩为研究对象,利用水文学、热力学和水动力学方法来综合分析碟形湖-地下水转化关系与交换通量。研究发现,碟形湖与洲滩地下水的水位变化过程呈明显季节动态性,两者水位变化在春夏季节基本保持同步,而秋冬季节地下水位变幅要明显大于碟形湖水位变化,两者水位差约1~6m;碟形湖与洲滩地下水的水温变化范围分别为3-30℃和15~18℃,两者在春夏季节水温差异可达14℃,秋冬季节可达20℃;应用VFLUX 2模型与地下水达西定律,发现碟形湖-地下水之间的垂向交换在季节尺度上存在相互转化,两种方法估算结果在量级上比较吻合,碟形湖-地下水交换通量约8.6~43.2cm/d。     

洪泛湿地系统地表水与地下水转化研究进展综述

洪泛湿地地表水(SW)与地下水(GW)转化关系研究对综合管理湿地水资源具有重要的理论和实践意义。通过洪泛湿地SW-GW转化研究进展的综述,可深入了解国内外SW-GW转化研究的发展过程,有利于把握国际研究的主流趋势,系统掌握该方面研究的前沿手段。总结得出,洪泛湿地是我国诸多生态系统中特色突出的水文系统,其独特的水文变化及洪水脉冲的周期性扰动,使得SW-GW转化的动力学过程促进了洪泛湿地环境系统之间物质、能量和信息的传递与交换,驱动了湿地演变、物质元素循环和生物生长等生态功能的实现。分析认为,洪泛湿地的开放性和复杂性等特点决定了多学科交叉理论与方法成为SW-GW转化研究的流行手段和创新的基本思路。从学科发展趋势和应用需求的角度出发,应结合洪泛湿地多源数据信息与SW-GW耦合数值模型,深入揭示洪泛湿地SW-GW转化的动力学过程及对洪水脉冲变化的响应机制,这既是一个基础性工作,也是一个具有前瞻性的研究,将为湿地水资源、水环境等综合管理与调控提供科学依据,对诠释湿地生态效应内涵具有重要意义。