1960年以来气候变化与人类活动对鄱阳湖流域生态径流改变的影响

基于鄱阳湖流域五河水文站1960-2013年逐日径流量和14个国家级气象站的日气象数据,本文利用长短记忆模型框架构建神经网络模型来开展鄱阳湖流域的径流过程模拟,结合生态赤字与生态盈余等生态径流指标,定量分析了鄱阳湖流域的水文变异特征.同时,利用差异化的情景模拟方式,定量区分了人类活动和气候变化对鄱阳湖流域生态径流变化的贡献分量.研究结果表明:(1)5个站点的夏季径流贡献率达到40%以上,年内的生态盈余主要发生在夏季,基准期的夏季径流贡献率大于实测期和模拟期,可能的原因是水利工程的蓄水调水在时间上分摊了夏季的径流压力.(2)生态径流指数与降水在年尺度上有较好的一致性,相关系数均在0.7以上,但各生态流量指标与春、秋、冬季降水的一致性较差,相关系数均小于0.6,降水最多的夏季与年际变化最相似.(3)年内变化上,气候变化引起生态赤字的减少,春、冬季节减少最为强烈;人类活动引起生态赤字的增加,在秋、冬季节增加最多,而在冬季引起生态盈余的减少.(4)年际上,生态盈余的变化中,除了赣江以外(气候变化的影响贡献为26%),其他河流中气候因素是影响生态盈余的主要原因(60%~85%),对生态赤字而言,除了饶河(25%)和抚河(52%),赣江、信江和修水气候因素的影响贡献都达到了95%以上.研究结果为更好地了解气候变化与人类活动对流域水文变化的影响提供了一种新的研究方法,为鄱阳湖流域水资源管理提供了理论支持.

气候变化和人类活动对鄱阳湖水龄影响的定量区分

在气候变化和人类活动的双重影响下,湖泊内部的水动力条件正发生重大的变化,进而影响到湖泊水环境的变化.水龄是颗粒物从入口传输到指定点的时间,可以定量反映水体的运动和交换程度以及滞留情况.如何定量区分人类活动与气候变化对水龄的影响程度,对湖泊水资源科学管理和水环境的治理有着重要的科学意义.本文耦合了深度学习网络和传统二维水动力模型,通过引入基准期概念,定量区分了气候变化和人类活动对鄱阳湖湖区水龄变化的贡献程度.结果表明:(1)本文构建的鄱阳湖流域降雨径流和鄱阳湖湖区二维水动力耦合模型,能够较好地反映鄱阳湖湖区水量交换及流域产流过程,其纳西效率系数分别达到了0.96和0.90以上;(2)鄱阳湖湖区水龄的空间差异显著,东部湖区和南部湖区尾闾水龄平均为228.01 d,而大部分通江水体水龄较小,平均为24.21 d;(3)在气候变化的影响下,鄱阳湖年均有2054 km^(2)的水体水龄呈现减少的趋势,减小幅度为30 d左右,而在人类活动的影响下,在涨水期和丰水期有约58%的湖区水龄呈现上升趋势,而在枯水期和退水期,平均有82%的水体水龄呈现下降趋势.研究结果能够为鄱阳湖水资源管理和水环境治理提供技术支撑,同时也为定量区分人类活动和气候变化对湖泊水动力的影响机制研究提供了一种新思路和视角.