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.     

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。     

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.     

近60年长江荆江三口水沙变化过程及对洞庭湖的影响

荆江三口的水沙变化过程是影响洞庭湖发育的重要环节,对洞庭湖的稳定扮演着重要的角色。通过对荆江三口五站1951—2014年的水沙观测数据进行系统分析,着重研究长江荆江三口近60年水沙变化过程及影响因素,并探讨水沙变化对洞庭湖的影响。结果表明:近60年荆江三口分泄长江径流量、输沙量均呈显著的减少趋势,也导致三口五站中的四站出现功能性断流,且断流天数呈明显增加的趋势;洞庭湖区降水量减少、水利枢纽工程等人类活动是影响三口水沙变异的主要驱动因素;荆江三口水沙变化对湖盆结构及洞庭湖形态起着重要的调控与制约作用,其分泄水沙能力的减小也导致了洞庭湖湖面面积萎缩、容积缩小,不过洞庭湖寿命随着水沙的衰减而增加。正确认识荆江三口水沙变化规律及其对洞庭湖的影响,可为三口地区水资源的开发利用、洞庭湖的综合管理提供理论基础和实践经验。     

河西地区生态景观的演变

探讨了自然因素与河西生态景观的关系,分析了人类活动在其演变中的作用,强调了政策导向、畜牧业生产和用水技术的正反影响.绿洲景观的功能在历史时期经历4个发展阶段,现定位于"种植业+畜牧业"模式.建设草地农业生态系统对于河西景观生态系统健康有积极意义.     

户县秦岭山前冲积平原区生态环境调查

通过对户县秦岭山前冲击平原区生态环境的系统调查,认为该区生态环境的演变深深地打上了人类活动的印痕。建国以来经历了1996年以前的田园风光时期,"文革"过程中的生态环境退化及商品经济大潮下的环境恶化三个发展阶段。生态环境的恶化固然有自然演变的因素存在,但是,个人行为,尤其是政府行为主导的不合理地开发活动是导致生态环境恶化的主要因素。     

人类活动对赣江入湖泥沙量的影响

运用Spearman秩相关检验和双累积曲线等方法,分析了赣江外洲站1970-2011年入湖泥沙量演变趋势.在此基础上,通过产沙函数S=Mf(Q,P)导出的人类活动对输沙量影响模型和双累积曲线回归模型研究了人类活动对输沙变化规律的影响,并定量计算了人类活动对赣江流域入湖泥沙减少的贡献率.结果表明,近40多年来,赣江外洲站入鄱阳湖泥沙量年际波动较大,总体呈明显减少趋势.水土保持措施的实施、水利工程的修建等人类活动是入湖泥沙减少的主要驱动力.相比1970-1983年基准年,1984-1992年人类活动年均减少入湖泥沙量153.95万t,贡献率为49.27％;随着人类活动的加剧,至1993-2011年人类活动年均减少入湖泥沙量734.51万t,贡献率高达97.24％.     

黄土高原全新世以来土壤侵蚀强度的定量分析初探

黄土高原全新世以来可划分出5个侵蚀阶段,其起始年龄分别为11,7.0,0.7,0.3,0.15kaBP。根据高原现代河流沉积物的粒度组成、河流输沙量、径流量和年降水量等数据建立了各个指标的回归方程。根据各方程和全新世不同时期阶地沉积物的实测数据,计算了各个阶段的平均古侵蚀强度和流域输沙量。结果表明,不同时期水土流失的主要控制因素是不同的:在11000～7000aBP时期以构造活动因素为主,在7000～2000aBP期间以气候因素为主,在2000～700aBP和300aBP以来以人为活动因素为主,而在700～300aBP是构造活动、气候变迁和人类活动的共同作用因素。自然因素的突变作用一般大于人类活动的作用,而现代人类活动的加剧程度大约是自然侵蚀强度的45.5%。     

渭河流域全新世土壤剖面木炭屑记录及其古环境意义

通过野外采样及其磁化率、总有机碳(TOC)、木炭屑的分析,探讨全新世野火活动与生态环境演变的关系。研究结果表明:TOC并不能完全指示野火活动,木炭屑是指示野火活动的理想指标,木炭屑对生态环境演变特征具有环境指示意义。末次冰期11500aB.P.之前,渭河流域气候干旱,植被为半荒漠草原,自然野火频繁发生;全新世早期(11500～8500aB.P.)野火发生频率大大降低;全新世气候适宜期(8500～3100aB.P.),气候比较湿润,生物风化成壤作用强烈,自然野火发生几率明显下降,但不同地点人类活动引发的野火活动存在区域差异;全新世晚期近3100年以来,气候向干旱化发展,加之人类利用土地活动加剧,生物量燃烧的规模大幅度增加;1500aB.P.以后,木炭屑浓度大幅度减少,野火发生频率大大降低。可能由于渭河流域土地利用方式发生重大改变,人工自然复合生态景观基本形成,因而不再大规模放火烧荒。此外,木炭屑对人类活动的遗迹具有指示作用。     

近200年来额济纳绿洲土地荒漠化进程及其驱动机制

20世纪50年代以来,额济纳地区生态环境不断恶化,引发众多学者对其环境变化及驱动机制进行研究.通过对黑河下游天鹅湖-2孔湖泊沉积柱状岩芯的多环境指标的分析,同时参照相关的历史文献记录,提取了其中包含的气候变化和人类活动信息.根据湖泊沉积记录与历史文献记录的对比研究,将额济纳地区近200 a环境演变分为7个阶段.近200 a来额济纳地区环境演变体现在两方面,一是水系变迁包括额济纳河的溯源退缩和尾闾湖泊的萎缩干涸;二是额济纳绿洲退缩,土地荒漠化加剧.影响该地区环境演变的主要因素包括气候变化和人类活动,在这两个因素的共同影响下,水环境的变化成为额济纳绿洲荒漠化发展的主要驱动力.     

洞庭湖区湿地景观变化分析

洞庭湖湿地是我国最重要湿地系统之一,具有多方面功能和价值,主要由河流、湖泊、水田、沼泽、滩地、库塘等几种类型组成。本文利用1980年、1990年、2000年3个时段的Landsat MSS和TM影像及GIS技术对洞庭湖区湿地景观变化进行研究。结果表明,洞庭湖区湿地总面积呈减少趋势,人工湿地面积有所增加,自然湿地面积减少,其中湖泊面积减少最多。这是人类和自然共同作用的结果,其中人类对湿地的改造是导致变化的主要原因,但洞庭湖的泥沙淤积是湖泊面积减少的根本原因。湿地景观的改变导致该区生态环境质量下降,生态功能退化。     

1951－2015年洞庭湖区旱涝演变及典型年份旱涝急转特征分析

旱涝灾害是制约洞庭湖区经济发展的重要因素,为预测湖区旱涝灾害变化趋势,该文选取1951-2015年洞庭湖区及其周边地区35个气象站点的逐月降水量数据,利用标准化降水指数和夏季长周期旱涝急转指数,辅以小波分析方法,分析近65 a来研究区域的旱涝演变及典型年份旱涝急转特征.结果表明:该区旱涝事件发生的频率高,不同时间尺度旱涝事件发生的平均频率为42.62%.在季节尺度上,夏季洪涝事件发生的频率最高,为33.33%,冬季干旱事件发生的频率最高,为41.54%;在年代际尺度上,20世纪70年代干旱事件发生的频率最高,为25.83%,其次是2001-2015年,频率为22.99%,90年代洪涝事件发生的频率最高,为30%.该区域旱涝变化有4个特征时间尺度,分别为4、10、25和31 a,预测湖区在未来几年降水偏多.洞庭湖区3个区域的旱涝变化大抵一致,但在不同时期仍存在一定的差异.湖区近65 a来有15 a的LDFAI绝对值大于1,旱涝急转现象较频繁,不管是旱涝变化还是旱涝急转变化,东、西洞庭湖区的变化趋于一致,南洞庭湖区与东洞庭湖区旱涝急转变化差异较大.     

环洞庭湖区稻田土壤中硅分布特征及其影响因素

[目的]研究环洞庭湖区稻田土壤中有效硅的空间分布特征及其变化规律,以期为环洞庭湖区精准农业的发展、农田的保养提供科学依据和实践指导。[方法]运用地统计学与GIS技术相结合的方法开展研究。[结果]环洞庭湖区土壤中有效硅的含量与水稻产量呈显著的正相关,硅是水稻生长所需的重要营养元素。环洞庭稻田土壤有效硅平均含量为155.1mg/kg,多集中于100~200mg/kg。有效硅含量变幅大,最低与最高含量相差27倍,在研究区域空间上呈中间高四周低,西北最低的分布格局。土壤有效硅具有较强的空间相关性,其空间变异主要受土壤类型、土壤酸碱度、成土母质等因素影响。[结论]硅在水稻生长发育中起着重要的作用。不同的土壤类型所处的自然地理环境不一样,土壤有效硅含量各异,土壤有效硅的丰缺程度受土壤成土母质的影响并与土壤pH值成显著的正相关。     

洞庭湖地区红土微量与稀土元素地球化学特征及其环境意义

Trace element (TE) and rare earth element (REE) contents in red soils from the Dongting Lake area of China were determined to understanding the provenance and weathering characteristics of the red soils. The results showed similar REE distribution patterns among red soils from the Dongting Lake area, Xiashu loess from Zhenjiang, loess and the Pliocene red soil from the Loess Plateau. These patterns implied a similar provenance from dust-storms, except for red soil R5 which formed by bedrock weathering and had significant light REE (LREE) enrichment and heavy REE (HREE) depletion due to longer weathering periods and higher intensity of weathering. Trace element, especially the Rb/Sr and Li/Ba ratios, and REE, especially the LREE/HREE ratio and δEu could trace weathering intensity. Higher Rb/Sr, Li/Ba, and LREE/ HREE ratios and negative Eu anomalies were present in the red soil from the Dongting Lake area. The weathering intensity was in the decreasing order of R5 in the Dongting Lake area > red soil from the Dongting Lake area (including reticulate red soil, weak reticulate red soil, and homogeneous red soil formed by dust storms) > Xiashu loess from Zhenjiang > Loess-paleosol and Pliocene red soil from the Loess Plateau. Variations in the TE and REE contents of soil could be effectively used to study the provenance and the weathering intensity.     

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%。     

基于故障树分析的区域粮食安全风险因子识别和分类

区域粮食安全是国家宏观粮食安全的基础.该文运用故障树法对影响中国粮食供需安全的风险因子进行了定性识别,建立了粮食安全风险因子识别的指标体系;在此基础上,提出风险系数法对区域粮食安全风险因子进行定量识别.该文以湖南省洞庭湖区为例进行了实证分析,并依据各风险因子风险来源的不同对它们进行分类,建立了风险因子的分类体系.结果表明:自然灾害、耕地资源约束、水资源约束、劳动力短缺、农药和化肥投入成本约束、人均粮食消费量变化、收入水平变化、人口数量变化是影响该区域粮食安全的主要风险因子.研究的结果可以为相关部门的政策制定提供客观依据,也能为讲一步开展粮食安全风险评估奠定基础.     

洞庭湖在呼救—洞庭湖水患成因及防治对策的探讨

湖南省洞庭湖区是1991年我国严重洪涝灾害地区之一。笔者在水灾之后进行了反思。并在深入实地调查研究的基础上,探讨了该区水患的成因及根治洞庭湖水患的战略措施。     

基于缺口率模型的区域粮食安全风险评估

深入分析各区域的粮食供需趋势对于保障中国未来的粮食安全至关重要。该文首先分析了影响中国粮食供需安全的风险源,提出了粮食主产区、粮食主销区和产销平衡区的粮食缺口率风险评估模型并划分了相应的风险等级,然后以洞庭湖区为例进行了实证分析。结果表明:自然灾害是影响洞庭湖区粮食供给安全的最主要因素,人口增长则是影响该区域粮食安全的普遍因素;对于大多数的县/市,资源和投入要素对未来的粮食供给将产生积极的影响。当自然灾害为一般情景或乐观情景时,洞庭湖区的粮食安全状况较为乐观;当自然灾害为悲观情景时,湖区部分县/市的粮食安全形势非常严峻。但就湖区整体而言,通过湖区内部调剂即可以满足高风险县/市的粮食需求。研究结果可为相关部门的政策制定提供客观依据,为粮食安全的风险预警和防范提供参考。