汉江中下游藻华暴发特征及生态流量阈值

基于2015~2019年汉江中下游水文,水环境和水生态数据,采用主成分分析与冗余分析识别了河流藻华暴发防控的关键因子,拟合得到其调控阈值,然后,使用断面通量法和流速抑制法推求了抑制河流藻类水华暴发的生态流量.结果表明:汉江中下游藻类水华主要发生在枯水期,枯水期藻类优势种群为硅藻,小环藻为优势种,丰水期绿藻门和硅藻门是优势种群,小球藻为优势种.流速是影响汉江藻类生长的主控因子,当流速超过0.462m/s时,流速继续增大将抑制藻类生长.汉江中下游枯水期控制藻类水华的生态流量:沙洋断面流量为890m^(3)/s,潜江断面流量为918m^(3)/s,仙桃断面流量为953m^(3)/s,汉川断面流量为1075m^(3)/s.

汉江中下游水质时空特征及环境流量确定

近年来,汉江中下游水质问题频发,且河道内环境流量尚未明确,严重威胁沿岸用水安全。为探明汉江中下游水质时空分布特征和河道环境流量,收集调研了2015—2019年汉江中下游黄家港、襄阳、皇庄、沙洋、潜江、仙桃和汉川等7个控制断面的pH、溶解氧、高锰酸盐指数、氨氮、总磷5项水质指标,基于水质单因子评价方法分析了水质时空变化特征。通过建立一维水动力-水质模型,构建了基于保障各控制断面水质的环境流量计算方法;根据不同水源的输入,计算了汉江中下游河道环境流量,并提出了保障方案。结果表明,汉江中下游丰水期氨氮和枯水期总磷在皇庄以下断面均未达到Ⅱ类水标准,氨氮沿程变化不明显,总磷从上游至下游逐渐升高。环境流量保障需结合引江济汉补水工程和丹江口下泄流量,丰水期和枯水期当引调长江水分别为500 m^(3)/s和350 m^(3)/s时,还需丹江口水库分别下泄214 m^(3)/s和315 m^(3)/s才能满足河道内的环境流量。研究为汉江中下游水质安全保障和合理分配丹江口水资源提供了参考。

基于GOCI数据的太湖蓝藻垂向迁移特征及关键影响因素

蓝藻水华频繁暴发是太湖面临的主要环境问题之一,蓝藻聚集上浮是表层水华形成的前提。为探究蓝藻垂向迁移与水华日变化之间的关系,阐明蓝藻垂向迁移的关键影响因素,基于20152020年地球静止海洋彩色成像仪(GOCI)数据,分析了太湖不同湖区蓝藻水华日变化过程,发现太湖蓝藻水华垂向迁移的日变化主要呈现上升、下降、先上升后下降三种类型,且不同湖区存在差异。统计分析和偏最小二乘法结构方程模型(PLS-SEM)结果表明,水环境因子对蓝藻垂向迁移过程影响较小,累积光辐射是驱动蓝藻垂向迁移的主要气象因子。气温升高有利于蓝藻持续维持上浮能力,前一天风速较大且当天风速较小会加速蓝藻上浮。相较于沿岸湖区,湖心区受累积光辐射、风速的影响更大,蓝藻水华日变化过程更剧烈。本研究水环境因子数据为逐月数据,为深入探究水环境因子对蓝藻垂向迁移的影响后续还需进行高频监测研究。本文结果有助于探明浅水湖泊蓝藻水华形成机制,为富营养化湖泊蓝藻水华预测预警及治理提供理论支撑。

基于芦苇生长过程中水位和盐度约束条件的博斯腾湖生态水位

受气候变化和人类活动的双重影响,近年来博斯腾湖水位波动较大,对博斯腾湖芦苇生长及芦苇资源造成显著影响。基于博斯腾湖长序列水文水环境历史数据和遥感数据,分析水位—盐度—芦苇面积之间的关系;结合芦苇生长状况,量化了芦苇不同生长阶段的适宜水位、盐度阈值区间。结果显示:芦苇萌芽期最适宜水深为0 m,盐度非约束条件;芦苇生长期和抽穗期适宜水深为0.3~0.6 m,适宜盐度为1.39~1.52 g/L。综合芦苇不同生长阶段水位及盐度阈值,提出了基于芦苇生长对水位和盐度条件需求的博斯腾湖生态水位:5—6月份为1 046.0~1 046.3 m,7—10月份为1 046.5~1 046.8 m。研究对于保障博斯腾湖芦苇生态功能及经济效益具有重要意义,可为干旱地区水资源高效利用提供科学参考。

小型水坝拆除后河貌演变模拟分析——以西河水坝为例

小型水坝随着服役时间的增长,其面临的安全、经济和生态方面问题日益突出,针对一些修复价值较低的病险水坝,实施降等或报废拆除已成为一种综合最佳的管理措施。拆坝后,原库区大量淤沙无控释放将改变原有河道形态,对水生生物栖息地造成影响。为预测拆坝后河道在不同时间尺度上的变化特征,以长江流域乌江水系内的西河水坝为研究对象,建立二维水沙数学模型,分别研究了拆坝后水沙输运造成的短期和长期河床形态变化。结果表明:拆坝后短期内,坝址上游主河道发生了强烈的冲刷下切,且水库淤沙前缘部分出现了显著的淤积抬高,相比而言,坝址下游河床变化并不明显,只有坝下河段及河口附近出现较显著的泥沙淤积;在拆坝后长期的河床演变过程中,坝址上下游河道均发生了不同程度的冲刷下切,拆坝2年后下游河床逐渐趋于稳定,而上游主河道由冲刷下切转化为冲淤交替的演变趋势,河床形态不断调整变化。本研究可为病险坝和小水电报废拆坝后的河道治理、水生生物栖息地修复提供参考依据。

水坝拆除对黑水河鱼类群落结构和空间分布的影响

水坝拆除引起河流连通性、水动力、河流地貌等一系列变化,直接影响了鱼类群落结构和空间分布。黑水河为金沙江左岸一级支流,其上共建四级电站,出于支流生境恢复需求,第四级水坝老木河水坝于2018年12月实行拆除。为探明低水头坝拆除对鱼类群落的影响,结合2018年6月和2019年6月黑水河下游60.4km河段10个点位的渔获物调查,对拆坝前后鱼类群落结构和生态类型变化、优势物种与单位捕捞努力量以及不同河段间的群落相似性进行了分析。结果表明,水坝拆除半年后优势物种仍以鲤科和鳅科为主,但物种数和丰度整体上增加;生态类型上以杂食、喜急流和产微粘性卵鱼为主;拆坝后鱼类群落空间分布变化明显,靠近河口的自然河段鱼类上溯洄游到原坝址的上下游,部分长江上游特有鱼类在原坝址附近发生定殖行为,且拆坝后各河段的鱼类组成结构有同质化趋势。总体上,老木河水坝的拆除对黑水河下游的鱼类群落结构和空间分布产生了积极的影响。

黑水河下游岸边带植物群落空间格局与相对水位响应关系

探明河流相对水位与岸边带植物群落分布关系,为河流岸边带生态系统管理和修复提供理论依据。于2019年12月和2020年7月分别对金沙江一级支流黑水河下游进行植物调查,共设置6个点位108个植物样方,统计分析其植物群落组成、结构以及优势种,结合水文情势分析植物分布和相对水位关系。结果表明,黑水河下游岸边带共有21科45属50种植物,种类组成上以菊科为主,生活型上以多年生草本植物为主,乔木和灌木相对较少。在相对水位0.55~1.25 m分布的岸边带植物主要为一年生草本鬼针草(Bidens pilosa)和水蓼(Polygonum hydropiper),多年生草本芦苇(Phragmites australis)、白茅(Imperata cylindrica)和灌木蓖麻(Ricinus communis)多分布在相对水位1.25~1.80 m的位置,多年生乔木银合欢(Leucaena leucocephala)则占据相对水位1.80 m以上的生存空间。新生裸露岸边带在水位变化作用下,先锋入侵物种鬼针草被禾本科白茅和芦苇取代,灌木类杭子梢属成为灌木优势物种,合欢属成为乔木类优势物种,分布呈阶梯式,沿河床至高地依次为裸露滩地、草本和灌木优势种以及乔木优势种。

基于四大家鱼产卵需求的汉江中下游生态流量研究

针对汉江中下游梯级电站开发后水文节律变化造成四大家鱼栖息地生境质量降低的问题,分别通过几种常用水文学法和栖息地模型计算了汉江中下游河道最小生态流量和四大家鱼产卵适宜生态流量,并在最小生态流量的基础上,结合四大家鱼产卵适宜生态流量以及生态水文特征在5-8月进行了脉冲设计,综合确定满足四大家鱼产卵需求的生态流量过程。结果表明,Lyon法和7Q10法最适宜汉江中下游最小生态流量的计算,流量为294~863 m^(3)/s;通过栖息地模型计算,彭市和仙桃江段四大家鱼产卵适宜生态流量为1233~3950 m^(3)/s;流量日涨幅在139.1~534.8 m^(3)/s,持续5 d的涨水过程可为四大家鱼产卵提供良好的条件。该研究从四大家鱼产卵需求的角度考虑,为汉江中下游梯级电站的生态调度提供科学参考。

3分支多层次Transformer特征交互的RGB–D显著性目标检测

RGB深度图像(RGB–D)显著性目标检测是计算机视觉领域的研究任务之一,很多模型在简单场景下取得了较好的检测效果,却无法有效地处理多目标、深度图质量低下及显著性目标色彩与背景相似等复杂场景。因此,本文提出一种3分支多层次Transformer特征交互的RGB–D显著性目标检测模型。首先,提出一个跨模态坐标注意力模块,该模块通过采用坐标注意力抑制RGB图像和深度图的噪声信息,从而提取出更为显著的特征信息用于后续解码。其次,通过特征融合模块将高层的3层特征图调整到相同的分辨率送入Transformer层,有效地获取远距离显著性目标之间的关联关系和整幅图像的全局信息。然后,提出一个多层次特征交互模块,该模块有效地聚合多层次信息进行特征交互,从而能够更精准地定位显著性目标的位置,同时对显著性目标的边界进行细化。最后,设计一个密集扩张特征细化模块,利用密集扩张卷积获取丰富的多尺度特征,有效地应对显著性目标数量和尺寸变化。将模型在5个公开的基准数据集上与19种主流模型相比,实验结果表明:本文方法在多个测评指标上有较好的提升效果,提高了在特定复杂场景下的检测精度;从P–R(precision–recall)曲线、F–measure曲线和显著图也可以直观看出,本文方法取得了较好的检测结果,生成的显著图更完整、清晰,相比其他模型更加接近真值图。

怒江源区不同层级河流底栖动物群落结构特征及影响因子分析

基于2021年4—5月和9—10月对怒江源区1~6级河流29个河段的底栖动物调查,分析了不同层级河流上底栖动物群落结构特征与环境因子的关系.两次调查共计监测到底栖动物59个分类单元,分属3门4纲8目26科.怒江源区不同层级河流上的底栖动物群落结构特征具有空间差异,总体呈现物种数、物种丰富度、物种多样性与河流层级成反比.1~2级源头河流底栖物种数最多,达到了48种,其次是3~4级中型支流和5~6级干流,分别为44种和29种.底栖动物的优势种群均为水生昆虫,其中,源头河流优势种中蜉蝣目、襀翅目和毛翅目3类种群占比75%,显著高于中型支流的25%和干流的33%.所有监测点中,物种密度最高的为源头河流藏曲,最低的为干流怒江,分别为116.67 ind.·m^(-2)和2.22 ind.·m^(-2).在生物多样性方面,源头河流和中型支流的Margalef丰富度指数和Shannon-Wiener多样性指数均高于干流.水环境因子CCA分析表明,源头河流关键环境因子为溶解氧,干流则主要受流速、河宽、砷和总溶解固体影响.不同层级河流的生境差异是造成底栖动物群落结构差异的主要原因,源头河流水温低、溶氧高且营养物质来源丰富,相较于干流而言,更加有利于襀翅目稚虫等喜冷水、清洁物种的生存和繁衍.