基于马尔科夫链模型的鄱阳湖流域水文气象干旱研究

基于气象和水文干旱的二维变量干旱状态基础上,通过一阶马尔科夫链模型对二维变量干旱状态进行频率、重现期和历时分析,建立水文气象干旱指数,从干旱灾害形成、演变和持续3方面对干旱灾害进行研究,同时预测未来6个月非水文干旱到水文干旱的概率.结果表明:(1)修河流域在干旱形成中危害大,抚河流域和修河流域在干旱演变中危害大,赣江流域和饶河流域在干旱持续中危害大;(2)鄱阳湖流域状态4(气象、水文干旱)发生的频率最高,为0.30,连续湿润或者干旱的概率最大,湿润状态(状态2)与水文干旱(状态4、状态5(气象湿润、水文干旱))的相互转移概率最低;(3)在长期干旱预测中,鄱阳湖流域从状态2转到状态4和状态5的平均概率为0.11,属最低,而状态1(气象、水文无旱)和状态3(气象干旱、水文湿润)到达状态4的概率为0.23,发生概率最大.修河流域在非水文干旱状态下未来发生气象、水文干旱状态的平均概率为0.28,是"五河"中最高的,而赣江流域在正常或者湿润状态下未来发生气象、水文干旱的概率最低,为0.18,该研究对于鄱阳湖流域水文气象干旱的抗旱减灾具有重要理论与现实意义.     

1950s以来鄱阳湖流域降水变化趋势及其持续性特征

以鄱阳湖流域1950s至2005年10个台站的日降水量为基础,采用距平分析、Mann-Kendall非参数检验对鄱阳湖流域1950s以来的年、季降水特征和变化趋势进行分析,并以此为基础,结合Hurat指数,从3年、5年、10年三个时间尺度上分析该流域未来降水的变化趋势.结果表明,鄱阳湖流域年内降水分配不均,年际变化较为...     

鄱阳湖流域可持续发展综合模型框架

本文以鄱阳湖流域为例,所描述的流域可持续发展框架是一个基于流域系统理论和实践的生态系统模型.包括了三个主要的部分:(1)环境政策与规划;(2)地球空间信息系统;(3)社区发展与区域网络.框架将多个学科,如:流域生态学,环境规划,可持续发展与资源管理汇集一起,形成了一套综合的流域制图、模拟和监测的流域管理方法.     

鄱阳湖水体氧化亚氮排放特征及影响因素

于2014年4、7和10月以及2015年1月(分别代表春、夏、秋和冬季)对鄱阳湖13个常规监测点表层水体中氧化亚氮(N_2O)浓度进行测定,并选择合适的模型估算其释放量.结果表明,鄱阳湖全年N_2O平均浓度为32.57±17.35 nmol/L,总体处于过饱和状态,平均饱和度为256.83%±129.05%.鄱阳湖N_2O年平均交换通量为0.83±0.69μmol/(m2·h).鄱阳湖水体N_2O季节性释放规律为春季最高,平均交换通量为1.71μmol/(m2·h),其次是夏季和冬季,秋季最低.从空间上来看,春季北部湖区交换通量显著高于南部湖区.相关性分析表明,铵态氮浓度是影响夏季和冬季鄱阳湖水体N_2O产生的主要因素.结合水域面积初步估算出全年释放N_2O约1.29×107mol,其中春季和夏季是鄱阳湖水体N_2O释放的高峰期,总释放量约占全年的80.40%.全年通过N_2O输出氮素约为361.93 t,对鄱阳湖流域内N_2O分布及质量平衡具有一定影响.     

鄱阳湖流域水文极值演变特征、成因与影响

选用11种概率分布函数,系统分析了鄱阳湖流域"五河"的6个水文站年最大径流量与连续3d、7d最大平均日流量,函数参数以及拟合优度分别由线性矩法与柯尔莫哥洛夫-斯米尔诺夫方法检验,选出最适合该区流量极值分布函数.在此基础上,对引起该流域水文极值变化的原因及其影响作了有益的探讨.结果表明:(1)韦克比分布是用于研究都阳湖流...     

鄱阳湖流域综合管理的实践与探索

由于人口过速增长和不合理的传统发展模式等种种原因,江西历史上也出现过山区毁林种粮、湖区盲目围垦和酷渔滥捕等短期行为,造成了水土流失严重,旱涝灾害频繁,生态环境恶化,资源利用效率低,经济发展缓慢等区域性的环境与发展不协调问题,对江西的社会经济发展构成了日益严重的威胁.始于20世纪80年代初的江西省山江湖工程,应用流域综合管理理念和生态经济理论,以流域为单元,按照流域水土等自然资源的发育与退化规律,流域的物质循环、能量流动、信息传递和价值增殖规律,系统考虑流域内人口、资源与环境间的相互关系,在全面规划的基础上,合理安排农、林、牧副各业用地和组织布局生产力,因地制宜地布设综合治理措施,对水土及其他自然资源进行保护、改良与合理利用,寻求恢复和保持鄱阳湖流域生态系统良性循环,为实现流域内经济、社会与环境协调发展而进行的_次探索与实践.本文总结了江西省山江湖工程过去近二十年来在鄱阳湖流域综合管理方面所取得的成功经验和方法,以供其他类似地区参考和借鉴.     

鄱阳湖流域径流模型

流域径流是鄱阳湖主要来水,建立鄱阳湖流域径流模型对揭示湖泊水量平衡及其受流域自然和人类活动的影响具有重要意义.针对鄱阳湖-流域系统的特点:流域面积大(16.22×104km2)、多条入湖河流、湖滨区坡面入湖径流等,研究了相应的模拟方法,建立了考虑流域土壤属性和土地利用空间变化的鄱阳湖流域分布式径流模型.采用6个水文站1991-2001年的实测河道径流对模型进行了率定和验证.结果显示,模型整体模拟精度较高.其中,赣江、信江和饶河均取得了较好的模拟结果,月效率系数为0.82-0.95;抚河和修水模拟精度略低,为0.65-0.78.模型揭示了研究时段内年平均入湖径流总量为1623×108m3,其中,赣江最多,占47%,其次为信江和抚河,分别占13%和12%,湖滨区坡面入湖径流约占4%,其余24%来自饶河、修水以及其它入湖支流.模型将用于评估流域下垫面或气候变化引起的入湖水量变化,为湖泊水量平衡计算提供依据.     

基于CMIP5模式鄱阳湖流域未来参考作物蒸散量预估

预测未来气候情境下鄱阳湖流域参考作物蒸散量(Reference crop Evapotranspiration,ET0)的时空分布可为流域水资源的优化管理,为科学应对气候变化对农业生产的影响提供基础数据支撑.利用鄱阳湖流域14个气象站点1961-2014年逐日气象数据,采用Penman-Monteith公式计算出历史ET0;基于同期美国环境中心(NCEP)再分析数据及2006-2100年CMIP5中CNRM-CM5模式在RCP4. 5和RCP8. 5情景下的预测数据,经统计降尺度模型(statistical downscaling model,SDSM)模拟和偏差校正,预测流域未来ET0;通过Mann-Kendall检验、普通克里金插值和空间自相关法分析了流域1961-2100年ET0的时空演变特征.结果表明:NCEP再分析资料与流域ET0建立的逐步回归降尺度模型模拟效果较好,CNRMCM5模式降尺度模拟结果经偏差校正后,精度明显提高,适宜流域未来ET0的预估.鄱阳湖流域在基准期1961-2010年ET0整体上呈减小趋势,空间分布上呈南北高、中间低的特点,表现出明显的空间差异性.RCP4.5、RCP8.5情景下未来3个时期鄱阳湖流域ET0较基准期均呈不同程度的增加趋势,其空间分布整体表现为东高西低、局地略有突出;无论是在基准期或是未来情景下的3个时期,ET0均具有较强的空间自相关性.在RCP8.5情景下,鄱阳湖1961-2100年干旱指数呈现出较为明显的上升趋势,流域的干旱状况随时间加剧,2011-2100年间流域绝大部分地区由湿润区转为半湿润区,干旱指数自南向北递减,赣江流域将是鄱阳湖流域未来干旱风险的重点防范区.     

鄱阳湖流域过去1000 a径流模拟以及对气候变化响应研究

为研究过去千年尺度径流变化及其对气候变化的响应,以长江中游鄱阳湖流域为研究区,运用气候模式CCSM4和ECHAM5模拟过去1000 a气候数据,空间降尺度后驱动水文模型模拟了鄱阳湖流域过去近千年流域径流序列.利用快速傅里叶变换、小波分析等手段,分析流域极端径流变化特征、周期和该流域旱涝事件发生频率.结果表明:2种气候模式均能反映出中世纪暖期及小冰期阶段的干湿交替变化,且小冰期内中干旱状态维持时间较长;径流的丰枯变化与降水量变化具有较好的对应关系.CCSM4和ECHAM5模式下发生旱涝灾害与极大极小降水事件发生频率基本相同,径流丰枯变化与降水变化周期相近,均具有30 a左右的主周期,10~15、7 a左右的子周期.小波系数模平方图中30 a左右显著的能量信号揭示了该周期与北太平洋气候的主要环流机制的太平洋年代际振荡周期相近,因此,大气环流涛动是造成气候-水文变化的主要原因.研究结果拓展了基于近代60 a观测记录的流域水文变化的认识,探讨了千年时间长度下流域干湿变化特征和水文对气候响应的动力机制,有助于全面系统认识长江中游在全球气候暖化背景下旱涝极端水文事件的发生机制与变化规律.     

1960-2012年鄱阳湖流域旱涝急转事件时空演变特征

基于鄱阳湖流域五河7个主要入湖控制站1960-2012年的实测径流资料,通过短周期旱涝急转指数,结合TFPWMK趋势检验法及集合经验模态分解法,分析了鄱阳湖流域旱涝急转事件的时空分布、演变趋势、强度及周期变化等,并探讨了旱涝急转指数的不确定性及旱涝急转事件的成因.结果表明:鄱阳湖流域旱涝急转事件主要分布在3-10月,其中3-6月主要表现为"旱转涝",7-10月主要表现为"涝转旱",且不同年代间存在一定的时空差异;五河以轻度旱涝急转事件为主,重度旱涝急转事件发生频率较低,主要发生在抚河、信江和饶河流域,且多以"涝转旱"事件为主;在年代际上,鄱阳湖流域旱涝急转事件在1990s发生的频率最高,在2000s最低.同时,除饶河外,鄱阳湖流域年最强"涝转旱"事件的发生强度呈减弱趋势,而年最强"旱转涝"事件的发生强度在赣江和修水北支有减弱趋势,在饶河和修水南支有增强趋势.五河旱涝急转的变化存在2个特征时间尺度,分别为1a和21～35a,而年最强旱涝急转事件的发生强度具有3a左右的周期变化特征.这些变化与流域降水的不均匀性及强烈的人类活动等有关.本研究结果有助于全面系统认识鄱阳湖流域在全球变暖背景下极...     

鄱阳湖湖泊气候及其围垦后的变化

对鄱阳湖地区30多年的气候资料分析比较得出,鄱阳湖围垦后,年平均气温垦区上升0.11℃,湖区上升0．09℃,年平均最高气温垦区上升0．57℃,湖区上升0．07℃,口最高气温≥35℃的天数垦区年增加10天,湖区年增加4天,年平均最低气温垦区下降0．26℃,湖区上升0．06℃,水汽压和相对湿度,垦区减少0.05hpa和1％,湖区减少0.1hPa和1％,降水量垦区减少95mm,湖区变化不明显,因而,湖区有向干旱陆相盆地气候发展的趋势。     

鄱阳湖水龄季节性变化特征

基于环境水动力学模型EFDC源程序,建立了染色剂模型和水龄模型,在将模型与航测水文数据验证吻合的基础上,分别计算了鄱阳湖自然条件下春、夏、秋、冬季的水龄和倒灌前后鄱阳湖染色剂和水龄分布的变化,以及五河水系各分支河流水龄.分季节的水龄计算表明鄱阳湖水体交换受季节性来水影响明显.夏、秋季的水龄相对较小,在多数年份又受到长江水倒灌的影响导致水龄有所增大;冬、春季水龄较大,亦无长江水倒灌现象,相较于夏、秋季,水域面积明显减少.分支流的水龄计算表明,西南湖区的水体交换主要受到赣江的影响,西北湖区水体交换主要受到修水和赣江的影响,南部湖区主要受到抚河与信江的影响,东部湖区主要受到饶河的影响,湖心区和入江水道则受到五河水系的综合影响.同时水龄的研究表明拟建的鄱阳湖水利枢纽工程"调枯不调洪"的原则是合理的,为鄱阳湖水利枢纽工程论证提供了重要的参考依据.     

水网藻(Hydrodictyon reticulatum)水华在鄱阳湖的纪录

水网藻水华在国外出现较多,在国内鲜有报道.2013年5月对鄱阳湖进行采样时首次发现水网藻水华;结合现场观测及遥感影像确定其分布范围为老爷庙至落星墩水域,分布面积约为26 hm²,推测水网藻可能是由上游稻田等静止水体迁移至鄱阳湖,在相对静水区进行聚集生长,加上合适的理化条件(温度及营养盐),从而形成水华.在此基础上,本文进一步分析了水网藻水华对鄱阳湖水生态环境可能产生的影响.     

鄱阳湖河湖转换期间鱼腥藻(Anabaena)的变化

鄱阳湖作为我国长江目前仅存的两个通江湖泊之一,年内水位变幅巨大.通过在鄱阳湖2013年河湖转换期间(5—11月)对鄱阳湖主航道都昌段进行每月3~4次的高频监测,以考察鄱阳湖水体中鱼腥藻(Anabaena)的动态变化,分析鄱阳湖中鱼腥藻生长并占优势的影响因素.结果表明,蓝藻为鄱阳湖浮游植物的次级优势种,8月蓝藻生物量平均占浮游植物生物量的57%,蓝藻取代硅藻成为暂时的优势种.夏、秋季水华蓝藻以固氮鱼腥藻为主,主要与夏、秋季水温较高以及适宜的营养盐条件等有关.研究期间鄱阳湖水体氮磷比平均在15左右,鱼腥藻能够产生有固氮能力的异形胞,并在水华蓝藻中成为优势种,也反映了鄱阳湖某些湖区存在氮相对缺乏的阶段.     

鄱阳湖湿地中低滩典型植物群落的生物多样性及影响因子

周期性水文节律是影响洪泛湖泊洲滩湿地植物群落物种组成与生物多样性的重要驱动力。本研究以鄱阳湖中低滩典型植物群落为研究对象,通过实地样方调查与统计方法分析植物群落的生物多样性格局及其关键环境因子。结果表明：鄱阳湖中低滩代表性群落分别是灰化薹草群落和虉草群落;植物群落的Shannon-Wiener多样性指数均值为1.5,Pielou均匀度指数均值为0.55,生物多样性与物种均匀度偏低。虉草群落的均匀度、多样性指数高于灰化薹草群落,但二者物种丰富度差异不明显。土壤铵态氮、总磷及土壤含水量和高程是影响植物群落结构与生物多样性的关键因子,其中灰化薹草的物种多样性与土壤铵态氮高度相关,而虉草的均匀度则与土壤总磷关系更密切。此外,鄱阳湖中低滩环境下,灰化薹草群落的均匀度随土壤总磷含量的升高呈现U型响应曲线,虉草则是倒U型,这表明,鄱阳湖中低滩环境下,灰化薹草群落和虉草群落生物多样性对单个、同一的环境因子存在不同的适应机制。     

基于Copula的洞庭湖-流域-长江系统水文干旱概率分析

洞庭湖是长江中游重要的通江湖泊,水系格局复杂.近年来在气候变化和人类活动的双重影响下,江湖关系发生变化,湖泊水文干旱事件频发.基于洞庭湖、流域和长江干流水文站点的实测数据,通过标准化水位指数和标准化径流指数识别了水文干旱事件,并运用Copula函数分析了洞庭湖-流域-长江系统水文干旱的联合概率分布特征.结果表明:在年尺度上,1964—2016年间洞庭湖共发生了9次水文干旱事件,水文干旱的发生概率为14.01%,洞庭湖-流域系统、洞庭湖-长江系统的水文干旱联合概率分别为9.65%和8.58%,表明年尺度上流域来水对洞庭湖水文干旱的影响更大.在季节尺度上,洞庭湖-流域系统春季水文干旱联合概率最高,且两者同时发生水文干旱事件的次数最多,表明洞庭湖春季水文干旱与流域入湖补给减少有密切关系;而洞庭湖-长江系统,其秋季水文干旱联合概率最大,尤其自2003年以后更加极端和频发,这一方面受秋季降水减少和流域内人类活动的影响,另一方面三峡水库秋季蓄水使长江中下游干流水位降低,长江对湖泊顶托作用减弱也是重要原因之一.     

鄱阳湖湖口地区4500年来环境变迁

本文描述了一秋龄性腺成熟中华绒螯蟹（简称河蟹）的外部特征并与一秋龄未成熟及二秋龄成熟河蟹进行比较,同时给出了体重与壳宽的回归方程,保安湖的研究结果表明,对于一秋龄雌蟹,体重大于２９．８ｇ全部成熟,而体重小于１３．１ｇ均不成熟,,体重在１３．１￣２９．８ｇ之间,既有成熟又有未成熟,对于一秋龄雄蟹,体重大于２６．０ｇ,全部成熟,而于１２．０ｇ均未成熟,体重在１２．０－２６．０ｇ之间,既有成熟者又有未成     

鄱阳湖水面蒸发量的计算与变化趋势分析(1955-2004年)

利用器测折算法与气候模式法,分别计算鄱阳湖周围康山、棠荫、都昌、星子、湖口5站的单站水面蒸发量,以5站两种方法计算值的平均值代表鄱阳湖大湖面的水面蒸发量,求得鄱阳湖1955-2004年各月的水面蒸发量和蒸发水量,结果为：多年平均年蒸发量1081．2 mm．年蒸发水量27．06×10~8 m~3．对年、月水面蒸发量在近50年来的变化趋势进行了分析,表明除5月份外,其他各月蒸发量和年蒸发量均呈逐渐减少趋势,年蒸发量平均每年减小2．79 mm,年蒸发水量平均减少0．05×10~8 m~3,对湖区水资源持续利用和湖泊环境将产生明显影响．对水面蒸发量递减原因进行了初步探讨．