近60年洞庭湖区水沙演变特征及趋势预测

基于洞庭湖1951-2009年年径流泥沙量数据,采用趋势分析法和阶段分析法对近60 a来洞庭湖水沙的演变特征及变化趋势进行分析,并以年份序列为自变量,对洞庭湖水沙累积量进行多项式函数拟合,结果表明:①近60 a来,洞庭湖区除四水入湖水量的趋势性不显著以外,三口入湖水沙量、四水入湖沙量和城陵矶出湖水沙量均呈较显著的减少趋势;②洞庭湖水沙在演变过程中表现出一定的阶段性特征;③洞庭湖水沙的演变特征及趋势与下荆江裁弯工程、葛洲坝截流工程、三峡工程等水利设施的建设密切相关.     

长江三峡水库蓄水运用对洞庭湖水沙特性的影响

依据实测水沙资料,运用比较分析法,系统分析了长江三峡水库蓄水运用对洞庭湖水沙特性的影响。结果表明:(1)荆江三口分流分沙比由18.5%,21.4%分别减少至11.7%,13.6%,导致三口占入湖总径流量、总输沙量比重,依次由41.5%,82.9%减少至21.6%,58.5%;(2)多年平均入湖水沙量分别减少了531×108 m3,4 715×104 t,湖盆泥沙淤积率由70.4%减少至39.5%,递减幅度为30.9%;(3)西、南、东3洞庭湖多年平均水位变幅分别降低了1.23,1.45,1.88m;(4)湖盆冲刷量大于淤积量,淤积泥沙颗粒趋于细化,西洞庭湖区与东南洞庭湖区的泥沙输出比均呈同步增大趋势。这些水沙特性的变化,对于延长洞庭湖寿命、减轻湖区洪涝灾害风险具有重大意义,同时也会给湖区造成一系列的生态环境问题。     

荆江与洞庭湖区近50年水沙变化的研究

在前人研究成果的基础上，对荆江与洞庭湖区的分流分沙变化、泥沙淤积变化、水位变化三个方面进行了总结。自20世纪50年代以来，荆江三口分流分沙减小，荆江分流加大；洞庭湖的泥沙淤积减缓，湖盆内的淤积部位主要是受湖盆形状和水流来向的影响；荆江河段冲刷，城陵矶-汉口河段淤积；荆江与洞庭湖汛期水位相对抬高。泥沙淤积是水沙变化的主要因素，江湖流量的分配在水沙变化中起着重要作用，人类活动也扮演着重要的角色。     

1951—2015年洞庭湖水沙演变及人类活动对径流影响的定量评估

运用线性趋势法、M-K非参数检验法、滑动T检验法、小波分析法等对1951—2015年洞庭湖水沙演变特征进行了分析,并通过构建降水-径流经验模型,定量估算了气候变化和人类活动对洞庭湖入出湖径流量的影响率。结果表明:(1)洞庭湖入出湖水沙时间序列均呈现出下降趋势,其中以入湖输沙量的下降趋势最为显著,以404.46万t/a的速度减少,在研究时段内入出湖水沙均发生了突变并表现出不同尺度的周期性变化规律;(2)洞庭湖入湖水沙的Pearson相关系数为0.800,出湖水沙为0.696,表明洞庭湖水沙序列之间呈现出极显著的正相关关系;(3)在整个变异期,降水对入湖径流量变化的影响率为-1.03%、人类活动为101.03%,降水对出湖径流量变化的影响率为-7.67%、人类活动为107.67%,洞庭湖入出湖径流量减少主要是受人类活动的影响。     

三峡工程运行以来洞庭湖水沙过程变异及其影响分析

为了探讨三峡工程运行后洞庭湖区水沙条件变化及其对江湖关系、水情响应、冲淤变化等的影响,以水沙过程变异为主线,利用最新水沙观测资料,采用水文描述法、变差系数法、双累积曲线法、数学计量等方法分析了洞庭湖区水沙变异特征和江湖水沙交互关系,结果表明:（1）从年际和代际尺度上看,长江上游降水量减少和三峡工程建设等人类活动是影响洞庭湖水沙变异的主要因素;（2）洞庭湖流域外界环境的变化导致了三口分流分沙的锐减,并呈现三口口门趋于淤积的状态,藕池河和虎渡河逐渐走向衰亡;（3）从洞庭湖泥沙沉积量过程线来看,2003—2011年洞庭湖的累计泥沙淤积量仅为3 411万t,比多年平均值减少93.5%。     

洞庭湖蓄水能力的时空变化特征

根据野外试验和室内分析资料,先求出湖体岸边地带形状参数,再根据某水位高度下地带形状指数求算出不同高程其面积和蓄水容积,建立湖泊蓄水能力(V)与湖泊面积(A)的模拟方程,并对洞庭湖蓄水能力的时空变化特征进行研究。结果表明:洞庭湖蓄水功能在高程上(水位高)的变化,水位33m时蓄水容积为水位21m时的121.91倍;蓄水功能平面空间分布特征表现为东洞庭湖南洞庭湖西洞庭湖,东洞庭湖的蓄水容积占整个洞庭湖的50%以上;蓄水容积在时间变化上,除1995—2003年呈现增长趋势外,其余年份呈现下降趋势,2010年的蓄水容积只有1949年的58.70%;洞庭湖蓄水容积的时间变化,主要因蓄水面积的时间上变化引起的。围湖垦殖对洞庭湖容积减少作用是泥沙沉积的2.20倍,在洞庭湖容积的变化中起着主要作用。     

环境变化下长江荆南三口径流变化特征检测与归因分析

依据长江中游荆南三口河系1951—2014年实测原型水文气候资料,在分析环境变化的基础上,定量分解不同时间尺度气候因素和人类活动对径流量变化影响的贡献率。结果表明:(1)以荆南三口及周边地区降水量减小,长江干流来水量逐期减少,水位降低,荆南三口河系断流天数呈波动性增加为标志的环境变化导致了荆南三口河系径流逐期减少;(2)荆南三口河系径流量在长时间序列上呈波动性增减变化,而在不同时间尺度上却呈逐期减少趋势。径流量与降水量变化的突变年份均为1958年,1972年和1998年;(3)以1951—1958年为基准年,1959—1972年,1973—1998年,1999—2014年3个时段降水量波动对径流量变化影响的贡献率依次为26.71%,2.9%,7.05%,人类活动(主要是重大水利工程)对各时期径流量变化影响的贡献率分别为73.29%,97.10%,92.95%。     

洞庭湖的形成、演变与洪涝灾害

洞庭湖是由构造运动奠定基本格局,又叠加了江河作用以及人类活动的多因素的混成湖.以全新世开始为界,洞庭湖演变分为两个阶段:自然演变阶段;人类活动—自然复合作用演变阶段.洞庭湖区的洪涝灾害的时空分布是有一定规律的,荆江北岸大堤堵口是导致洞庭湖洪涝灾害频繁的根源,人类围垦是洪灾加剧的重要因素.     

辽河干流水沙演变特征分析

根据辽河干流福德店站、铁岭站、辽中站长序列水沙观测资料,运用趋势检验法和突变特征法分析其近60a水沙演变特征。研究表明:辽河干流水沙演变整体呈下降趋势,人类活动为引起水沙变化的主要原因;为维持河流生态功能,可以适时降低橡胶坝的拦蓄作用和加大水库放水量。     

1951—2014年洞庭湖水沙阶段性演变特征及驱动因素分析

基于洞庭湖1951-2014年实测径流量和输沙量数据,采用Mann-Kendall检验、滑动t检验和有序聚类分析等多种统计方法分析洞庭湖水沙演变特征,并以回归曲线拟合及归-化曲线对降水量、径流量和输沙量之间的相互关系进行分析,以期确定影响洞庭湖水沙变化的驱动因素.结果表明:(1)入出湖径流量、输沙量的突变年份有差异,入湖径流量、出湖径流量为1971年,入湖输沙量为1985年,出湖输沙量为1970年;(2)洞庭湖入湖径流量具有以分段衰减为特征的演变过程,1972-1977年表现最明显;(3)入湖输沙量呈现分段衰减的阶段性演变特征,2004-2014年间多年平均输沙量减幅最大,衰减率为75.34％;(4)入湖、出湖径流量在1951-1971年和1978-1985年主要受降水量变化驱动,1972-1977年和1986-2014年主要受沙滩子自然裁弯、葛洲坝水电站、五强溪水库、三峡工程等人类活动影响;(5)1951-1971年入湖径流量的多寡对入湖输沙量产生一定影响,1972-2014年影响输沙量减少的主要因素是水利枢纽工程.因此,洞庭湖流域水沙过程的不同阶段其主导驱动因素有所差异.其中,入湖径流1972-1977,20042014年2个阶段及出湖径流1976-1985,2004-2014年2个阶段以水利枢纽工程驱动为主,其余2个以降水量变化驱动为主.     

鄱阳湖五河流域入湖径流泥沙变化特征及影响因素分析

为探讨鄱阳湖五河流域入湖径流泥沙变化特征,以便为流域水土保持生态建设和湖泊水资源的合理利用提供科学依据,根据鄱阳湖五河流域5个入湖水文控制站1959—2012年径流量和1980—2012年输沙量数据资料,采用过程线法、滑动平均值法、相关系数检验法和年不均匀系数法进行了分析。结果表明:五河入湖径流量整体无明显上升或下降趋势;五河年平均输沙量均有整体显著下降趋势;赣江流域的年均输沙量从80年代初开始有显著减少趋势,而其他的抚河、信江、饶河、修河四个流域的年平均输沙量均是从21世纪初有显著减少趋势;水利、水保及林业工程是鄱阳湖五河流域入湖径流泥沙变化的主要影响因素。     

嘉陵江流域输沙时空变化及归因分析

河流输沙过程变化对河流系统的功能发挥具有重要意义,因此探究嘉陵江流域输沙时空变化及其驱动因素,对嘉陵江流域进一步治理具有重要指导作用。基于嘉陵江流域实测降雨输沙资料,采用Mann-Kendall趋势检验、Pettitt突变检验分析输沙时空变化特征,采用双累积曲线法定量分析了典型区间内水文站点气候变化与人类活动对输沙变化贡献率。结果表明：嘉陵江流域各子流域年代输沙模数整体呈减少趋势,2007—2015年,仅武都—碧口区间输沙模数高达3 323.48 t/(km²·a)。典型区间内北碚、武胜、罗渡溪、小河坝4站1960—2015年输沙量呈极显著下降趋势,分别以3.40×10⁶,1.80×10⁶,4.0×10⁵,3.40×10⁵t/a的速率下降,以水土保持与水利工程措施为主的人类活动减沙贡献率为75.93%～96.43%,其输沙序列分别于1990年、1990年、1988年、1984年发生极显著突变。嘉陵江流域各子流域年代输沙模数整体呈减少趋势,干流修建多座大型控制性水库对河道输沙的影...     

近60年湘江流域水沙特性及其对人类活动的响应

湘江流域人类活动对湘江水沙变化具有显著影响。利用M-K次序法、Pettitt非参数检验法和双累积曲线法分析湘江干支流1953-2014年的年径流量、汛期径流量和非汛期径流量与输沙量的关系,并分析水土保持和水库建设等人类活动与水沙演变的关系。结果表明:1)湘江干支流水文站的年径流量、汛期径流量与输沙量的相关性强,且1990年后湘潭站径流量-输沙量的相关系数为0.83,而非汛期相关性较弱。1990年前,干流站点径流量和输沙量处于波动状态,1990年后干流站点径流量总体呈增加趋势,但输沙量呈减小趋势,且老埠头站的输沙量发生微幅突变。除个别站点之外,支流站点的径流量和输沙量发生突变的年份与变化规律均一致。2)水土保持以及水库建设对湘江流域的拦沙作用是输沙量减少的主要原因。相比支流,水土保持对湘江干流流域的输沙量减少影响更显著,水库建设与湘江干支流输沙量减少均密切相关。3)根据湘江流域输沙量突变点可划分A(1960-1987年)、B(1988-1996年)、C(1997-2013年)3个时期,在不考虑温度变化的影响下,以A时期1960-1987年为基准期,利用累积量斜率变化率比较法可知,相比基准期A时期,B、C时期水土保持和水库拦沙等人类活动对输沙量的减少的贡献率为88.58%和94.01%,人类活动为输沙量减小的主要因素。     

2000年以来长江流域水沙情势变化及成因分析

基于长江干流屏山、朱沱、寸滩、宜昌、汉口、大通6个水文站的实测水沙资料,采用线性回归、Mann-Kendall趋势分析和突变检验、Sen’s估计以及累积距平法,分析长江干流2001—2018年径流输沙年际、年内变化趋势及其成因。结果表明:2000年以来长江干流各水文站年输沙量较2000年前显著降低,降幅高于56%;年径流量下降不明显,降幅低于8%;输沙量变异程度高于径流量变异程度。2001—2018年,长江流域平均月径流量为718108 m^3,平均月输沙量为1247104 t,且主要分布在6—9月。趋势分析显示,年降雨量和径流量变化趋势不明显,年输沙量呈极显著减小趋势,其中屏山、朱沱、寸滩站分别在2010年和2012年左右发生突变,宜昌、汉口、大通站在2005年发生突变;屏山站月径流量无明显变化趋势,大通站1月径流量显著增加,其他4个水文站均在1—4月呈显著增加趋势;各水文站月输沙量主要在6—10月呈显著减少趋势。水利工程和水土保持生态环境建设等人类活动是长江流域输沙减少的主要原因。     

乌梁素海湿地对营养盐的削减效率及其分区研究

基于乌梁素湖区20个监测点近2 a的监测数据,分析不同介质（水体、植物和底泥）对总氮和总磷的净化过程,构建削减效率指数,核算不同湖区对营养盐的削减效率,通过聚类分析划分削减区。结果显示:水体和植被中N和P营养盐浓度（含量）随着水体流动逐渐扩散降低,而底泥中营养盐分布没有明显规律,浓度最高点出现在距离入水口较远的东南部湖区。N和P营养盐在水体和植物间的分布呈正相关（N,R²=0.665,p < 0.05;P,R²=0.767,P < 0.01）,而营养盐在底泥—水体,底泥—植物间的分布未发现明显的相关性。湖区依照营养盐削减效率可划分为2～4个削减区,不同削减区应采用不同控制手段。本研究可为乌梁素海湖泊水体富营养化控制和管理提供科学依据。     

1955-2009年澧水流域径流泥沙演变及影响因素

为了掌握澧水长时间序列的径流泥沙演变规律,运用Pearson相关系数法分析了1955-2009年澧水年径流量和年输沙量。结果表明:近55 a来澧水年径流量没有发生明显变化,而年输沙量呈显著下降趋势,并在1983年发生了突变。通过分析降雨、径流及输沙量之间的变化关系可知,在1955-2009年澧水年降水量无明显变化的情况下,人为因素是年输沙量显著减少的主要因素,水土保持综合治理和水利工程拦沙导致澧水进入洞庭湖的泥沙量每年相应减少约4.59×10⁶ t。     

洞庭湖区湿地退化现状及保护对策

洞庭湖湿地是我国重要的淡水湖泊湿地之一,其生态环境对调蓄洪水、调节气候、涵养水源、净化水质、维护生物多样性等方面具有重要的作用。多年来由于人类不合理的开发利用,给湿地生态系统带来了负面影响,致使湿地严重退化。在分析洞庭湖区湿地退化现状及其原因的基础之上,提出了湿地保护与可持续利用的对策和措施。