多源洪水影响下南四湖湖东滞洪区洪水演进模拟

为解决蓄滞洪区受多源洪水风险的问题,以南四湖湖东滞洪区白马片区为研究对象,采用以水力学为主、水文学为辅的方法建立以南四湖分洪、蓄滞洪区区间降雨径流以及坡面汇流为主要洪水来源的蓄滞洪区洪水演进模型。结合白马河马楼上游流域的实测资料对模型参数进行率定,模拟了考虑南四湖水位36.79、36.99 m,降水频率50年一遇、百年一遇4种组合工况下白马片的洪水淹没演进情况,从风险区面积、水量以及淹没水深等方面对不同洪水来源对蓄滞洪区的影响进行分析。结果表明:当南四湖分洪水位为36.79 m时,南四湖分洪与蓄滞洪区区间降雨径流以及坡面汇流的洪水对蓄滞洪区的影响均较大,影响程度相当;当南四湖分洪水位为36.79 m时,南四湖分洪对白马片区的洪水风险影响更大,水量约是区间降雨径流以及坡面汇流量的2倍。

南四湖消落带底泥中磷及微生物群落结构研究

研究不同频率干湿交替条件下,南四湖消落带底泥磷形态变化及其与生物群落结构的关联性,可为维持南四湖消落带水生态系统健康及保障南四湖水质提供技术支持。文章模拟了南四湖消落带底泥不同频率干湿交替过程,通过高通量测序技术分析了底泥生物群落的变化特征。结果表明:在干湿交替过程中,底泥总磷、无机磷呈降低趋势,而有机磷基本保持不变;不同干湿交替过程中消落带底泥微生物群落结构比较稳定,但群落丰度变化显著;频繁干湿交替不利于消落带底泥保持微生物多样性;消落带底泥中蓝藻门(Cyanobacteria)和疣微菌门(Verrucomicrobiota)与底泥中NaOH-P呈显著负相关,变形菌门(Proteobacteria)与总磷则呈正相关。

数字孪生技术助力南四湖防洪调度与二级坝工程管理

数字孪生建设是“十四五”期间推进智慧水利建设的重要内容之一,为提高南四湖流域防洪调度水平和二级坝工程运行管理能力,采用南四湖防洪调度、二级坝泄量纠偏及调度仿真等关键技术,建立和完善二级坝感知体系,提升算力能力建设;建设数据底板,加强算据能力建设;研发多种模型,智能展示数据成果;开发具有“四预”功能的防洪调度和水闸综合管理业务应用等系统。系统的建成可全面提高南四湖防洪调度及二级坝工程管理安全运行管理水平,为后续数字孪生沂沭泗建设提供经验样本和技术模板。

流域水环境治理中的农民参与激励机制优化路径研究——基于四湖流域375份农民样本的分析

四湖流域水环境保护与治理的过程中,农民参与激励机制不健全,农民参与动力缺乏,“虚置”参与现象严重。借鉴波特-劳勒综合激励模型中激励→努力→绩效→奖励→满足的良性循环精髓,聚焦农民在水环境治理中的主要内容和关键环节,从目标驱动、绩效评估、奖惩激励、监督反馈等方面系统完善激励机制,优化农民参与水环境治理的路径,为监管部门提供科学决策依据。

山东南四湖菹草时空分布及其对水环境的影响

为了解南四湖菹草种群的变化特征及其对水环境的影响规律,利用遥感影像技术监测南四湖2017—2022年菹草时空分布格局,从透明度(SD)、溶解氧(DO)、化学需氧量(COD)、总氮(TN)、总磷(TP)、叶绿素a(Chla)6个指标分析菹草在不同生长史阶段对水环境的影响。结果表明:2017—2020年南四湖菹草面积一直处于增长趋势,从2017年的208.65km^(2)快速增长到2020年的311.81km^(2),增长率达49.44%;2021年菹草面积有所减少,2022年较2021年有所增加。菹草在整个生长周期内对水环境产生双重影响,菹草生长过程中吸收水体中的N、P等营养盐,增加水体DO,有利于改善水体理化性质;但菹草死亡腐败后,分解产生较多有机质,使得COD浓度升高,同时消耗水中DO、Chla含量逐渐增加,导致水体透明度下降,引起水质恶化。为保障水质安全,应加大菹草综合治理和资源化利用研究,合理控制菹草的生长规模。

极端干旱对南四湖湿地景观影响的遥感分析

在气候变化加剧背景下,研究湿地的干旱响应特征具有重要意义。以草型湖泊南四湖2002年发生的极端干旱事件为例,基于干旱年及正常年Landsat遥感数据、长时序气象数据、帕默尔干旱指数(PDSI)数据等,计算南四湖归一化植被指数(NDVI)、修正的归一化水体指数(MNDWI)、植被覆盖度(FVC),并分析了干旱前后的景观指数变化特征,包括斑块数量(NP)、斑块密度(PD)。结果表明:1)干旱年降水的显著偏少及气温的异常偏高是导致这次干旱事件的主因;2)干旱年南四湖水域面积大幅减少,并在10月出现干湖现象;3)湿地植被特征与干旱程度显著相关(P<0.05)。随着干旱的加重,植被面积及NDVI、FVC呈现先增后减的趋势,在8月达到最大后开始减小;4)相比正常年份,干旱年湿地景观特征差异显著。干旱年水体面积显著下降,水体斑块数量增加912个、斑块密度增加15.47,水体景观趋于破碎化,而植被面积显著增加,植被景观破碎化降低。研究可为湖泊湿地的气候适应性管理提供一定科学指导。

基于稳定同位素贝叶斯混合模型的南四湖水量来源定量解析

为定量解析南四湖水源组成,厘清本地水与外调水的关系,精准保护湖泊水资源,本文建立了基于氢氧稳定同位素的贝叶斯混合模型,分析比较南水北调东线运行后调水期和非调水期不同水源对南四湖湖区的贡献比例及季节特征。结果表明:(1)流域降雨受到一定程度局地蒸发的影响,夏季受海洋蒸发水汽的影响;(2)南四湖地下水、大气降水、入湖河流和外调水等不同水源对湖区水体的贡献比例受南水北调东线工程运行影响较大,调水期分别为5.4%、8.7%、31.2%和54.7%,外调水贡献比例最高;非调水期分别为22.9%、53.0%、6.7%和17.4%,大气降水贡献比例最高,入湖河流贡献相对较少。(3)南水北调东线调水实施后,调水期的外调水量对湖区的贡献占绝对优势,表明调水对南四湖水量变化发挥了重要作用,调水活动逐渐取代自然因素成为流域水量变化的主要驱动因子。

南四湖沉积物抗生素的组成特征和环境风险

为保障南四湖生态安全和周边居民健康,在汛后和汛前对南四湖沉积物中大环内酯类、四环素类、喹诺酮类、β-内酰胺类、磺胺类和氯霉素类抗生素进行测定,分析其组成特征,并评估其潜在的环境风险。结果表明:抗生素总含量在2.72~276.07 ng·g^(-1)之间,平均含量较高的有喹诺酮类的氧氟沙星(11.67 ng·g^(-1))、恩诺沙星(4.96 ng·g^(-1))、环丙沙星(3.80 ng·g^(-1))、诺氟沙星(3.60 ng·g^(-1))和四环素类的氧四环素(6.40 ng·g^(-1))、金霉素(2.34 ng·g^(-1))。此外,大环内酯类的一些抗生素检出率较高,其中洁霉素和罗红霉素的检出率为100%。抗生素组成在汛后和汛前具有显著差异(Adonis test,P<0.01),汛后抗生素的含量和种类数(48.21 ng·g^(-1),27种)均高于汛前(32.08 ng·g^(-1),23种);而上级湖和下级湖间的抗生素组成无显著差异,但在不同采样位点间变化较大。风险熵值分析表明,氧氟沙星、环丙沙星、氧四环素和洁霉素同时具有较高的生态风险和抗生素抗性发展风险,且一些低或无生态风险的抗生素(如诺氟沙星和氯霉素)也可能产生较高的抗生素抗性发展风险。

冬季调水期南四湖水体温室气体溶存浓度及其影响因素

为了解冬季调水期南四湖表层水中温室气体的溶存浓度及其排放通量,采集南四湖各湖区和主要入湖河流的河口区表层水及气体样品,分析了水体的理化指标以及CO_(2)、CH_(4)和N_(2)O的溶存浓度,采用薄边界层扩散模型法估算了水—气界面排放通量,并探讨了影响调水期南四湖温室气体溶存浓度的主要因子.结果表明,调水期南四湖表层水中N_(2)O、CH_(4)和CO_(2)浓度分别为(23.0±6.13)nmol·L^(-1)、(0.15±0.10)μmol·L^(-1)和(52.4±11.4)μmol·L^(-1),均处于高度过饱和状态,排放通量分别为(0.22±0.18)μmol·m^(-2)·h^(-1)、(3.95±2.73)μmol·m^(-2)·h^(-1)和(658±336)μmol·m^(-2)·h^(-1);浓度和排放通量多与冬季其他湖泊相当,但低于平原河网.各温室气体浓度、饱和度和排放通量整体呈现自上级湖向下级湖降低的趋势,且在河口区和二级坝附近水域浓度较高,同时N_(2)O和CO_(2)浓度在微山湖湖心区出现带状高值区,而CH_(4)相对较低.各温室气体浓度与水质参数间具有一定的相关性,其中,N_(2)O浓度与NO_(3)^(-)、NO_(2)^(-)浓度呈显著正相关,CH_(4)与TN呈显著负相关,CO_(2)与pH、SD呈显著负相关,与DOC呈显著正相关,反映了水质对温室气体溶存浓度的影响.研究结果为评估调蓄湖泊在调水期对大气温室气体的影响提供了基础数据支撑.

南水北调工程对南四湖下级湖水体交换特征影响研究

【目的】南水北调东线工程以南四湖为输水通道,工程运行后南四湖下级湖的流场变化较为复杂。为研究调水工程运行对下级湖及各个分区水体交换特征的影响,【方法】在收集南四湖下级湖地形、降雨、蒸发、风场等资料的基础上,构建了下级湖二维水动力和对流扩散模型,并进行了模型率定与验证,选取50 m^(3)/s、2020—2021年度调水期实际流量、设计流量125 m^(3)/s共3种流量工况进行了模拟分析。【结果】模拟结果显示:调水148 d时,3种流量工况下下级湖韩庄站至二级坝水位差分别为0.06 m、0.12 m、0.36 m,韩庄站至二级坝水位比降分别为1.0×10^(-6)、2.1×10^(-6)、6.2×10^(-6),下级湖平均流速分别提高0.15 cm/s、0.54 cm/s、0.87 cm/s,死水区和滞水区面积占比不断减小,湖区水体流动性大幅提升。实际流量工况模拟入下级湖共6.6亿m^(3),出下级湖6.3亿m^(3),其中下级湖旧水体占67%,外调水占33%。【结论】同一流量情况下,下级湖从南至北、从东至西水体更新时间逐渐变长,3种流量工况下下级湖水体更新时间分别为77 d、78 d、53 d。研究结果有助于定量分析调水情况下下级湖水体流动和交换过程,对南水北调东线工程南四湖段调度运行具有一定参考作用。

南四湖流域河湖沉积物重金属污染研究综述

开展南四湖流域沉积物重金属污染调查和生态风险评价,能够为其水环境保护和生态治理提供科学依据。通过系统梳理已有研究资料,表明南四湖流域湖区和入湖河流沉积物均遭受不同程度的重金属污染(尤其是汞、镉、砷和锌),上级湖及其入湖河流的污染程度比下级湖严重。工农业生产、城市活动、航运交通和水产养殖等,是流域重金属污染的主要来源。下一步需要加强对下级湖湖西地区河流表层沉积物的重金属监测与生态风险评价。同时,开展南四湖流域河湖沉积物环境磁学和重金属分析相结合的研究,获得快速诊断重金属污染状态的磁学特征参数,能够对流域重金属污染监测和生态环境保护等产生积极的促进作用。

多情景模拟下南四湖流域生态系统服务权衡变化研究

南四湖是中国第六大湖,也是南水北调东线工程的重要调水区。本文利用InVEST模型、生态效益评估方法和情景模拟法,通过分析区域典型生态系统服务间的相互关系,模拟多种生态管理情景下的土地利用变化,以预测其对生态系统服务价值及其作用关系的影响。研究结果表明:五种模拟情景下,生境质量和授粉服务的变化程度最大;城市自然增长情景与四种生态保护情景下生态系统服务间的相互关系变化相差较大,但是在四种生态保护情景里各服务间的相互关系相差较小;滨岸带退耕还林生态保护情景下总体效益最佳,南四湖流域未来规划应偏向滨岸带退耕还林生态保护情景。

湖泊型流域洪涝灾害经济损失多情景模拟——以南四湖流域为例

洪涝灾害情景模拟与损失预估对湖泊型流域防洪减灾和可持续发展具有重要意义。以我国典型的湖泊型流域南四湖流域为例,利用CA-Markov模型预测2030年三种用地情景,采用P-Ⅲ型概率曲线构建10、20、50、100 a四个重现期强降雨情景,得到12种组合情景;通过InVEST模型和等体积淹没法量化不同情景的径流和淹没深度;在各产业GDP空间预测的基础上计算12种情景的洪涝直接经济损失。结果表明:(1)CA-Markov模型在南四湖流域的土地利用模拟精度较高,三种用地情景的各地类变化显著;(2)用地变化对流域洪涝灾害的影响显著,其中城镇发展情景下洪涝灾害风险最大,而生态保护情景风险最低;(3)暴雨强度会明显增加各用地情景的经济损失,但增幅在50 a重现期后有所减缓;生态保护情景的经济损失最少,介于97.39—128.81亿元之间,与其他情景相比,该情景可在一定程度上减少洪灾损失。为此,在气候变化背景下湖泊型流域可持续发展应充分考虑土地利用变化对洪涝灾害风险的影响,合理扩张城镇建设用地,优化布局生态用地,充分发挥国土空间规划在防洪减灾方面的作用。

东平湖相机向南四湖排水的效益分析

根据近50 a南四湖与东平湖洪水概率分析,南四湖有1/3的年份汛期水位低于正常蓄水位,有接纳东平湖来水的能力。东平湖相机南排流路分析和流量分析表明,东平湖相机向南四湖南排是可行的。当东平湖南排分滞洪水入南四湖时,可减少洪灾损失2.61亿~24.97亿元。东平湖汛限水位以上的多余水量通过梁济运河流入南四湖,可使水资源充分利用,缓解用水矛盾,促进流域间水资源的有效利用,社会、环境和经济效益明显。

江汉平原四湖流域排涝工程与调度策略对流域防洪安全影响研究

四湖流域地处江汉平原腹地,流域内地势低洼,洪涝灾害问题突出。针对四湖流域排涝工程建设情况,耦合自然径流模型、受控径流模型、河网一维水动力模型、湖泊调蓄演算模型,构建了四湖流域水文水动力模拟模型,以2016年、2020年为典型年,研究了排涝工程建设及不同调度策略对四湖流域防洪安全的影响。结果表明:排涝工程建设能够显著降低四湖流域中下区防洪压力,2016年、2020年暴雨条件下,洪湖洪峰水位分别下降1.19 m和1.41 m,洪峰水位由保证水位以上降低至警戒水位以下;实施长湖、洪湖联合调蓄能够有效提升四湖流域总体排涝效益,2016年、2020年暴雨条件下,在洪湖洪峰水位仅分别上涨0.05 m、0.16 m,且不超过警戒水位的条件下,长湖洪峰水位分别下降了0.73 m和0.40m,显著提升了四湖流域上区防洪安全性,但受制于水闸和渠道过流能力,长湖水位仍超过警戒水位。排涝工程建设整体上提高了四湖流域内河渠防洪安全性,除排涝河(西)、沙螺渠及螺山干渠在参与流域统排后平均最高水位有一定上涨外,其余主要河渠平均最高水位均有所下降。排涝工程建设能够降低四湖流域中下区对新滩口泵站和高潭口泵站的依赖,2016年、2020年暴雨条件下,两座泵站排水总量占流域排水总量的占比下降13.23%~19.35%,洪湖防洪安全性得到了提升;实施长湖、洪湖联合调蓄能够提升四湖流域上区防洪安全性,降低田关泵站排涝压力,联合调蓄实施后,2016年、2020年暴雨条件下田关泵站排水总量分别下降60.97%和57.23%。本研究能够为江汉平原四湖流域提升排涝工程运用水平,增强防洪保安能力提供参考。

南四湖流域水污染物综合排放标准制定背景研究

南四湖是中国北方最大淡水湖,又是南水北调东线工程输水干线和重要调蓄枢纽,具有调蓄洪水、蓄水灌溉、航运交通、改善生态环境等综合功能,在保障流域生态环境健康,促进区域高质量发展方面具有重大战略意义。部分地区为高氟高盐区,对南水北调东线调水水质安全构成威胁。通过总结南四湖近年来的水质参数、影响因素及流域水污染物排放相关标准的制定,分析2023年南四湖流域出台流域性标准的必然性,以及对周边排污企业处理含氟、高硫酸盐废水面临的挑战。实现排放限值与水环境管理目标的衔接,以期为南四湖流域安全提供一定的参考。

南四湖出湖口沉积物-水界面中营养盐分布特征分析及释放风险评估

为了解决南四湖出湖口沉积物-水界面中磷酸盐、氨氮和硝态氮等营养盐释放风险控制缺乏科学依据的问题,利用薄膜扩散梯度技术、高分辨率孔隙水采样技术分析南四湖出湖口沉积物-水界面中营养盐浓度的垂直剖面分布特征,并根据有效态磷、有效态氨氮和有效态硝态氮的浓度,计算三者的净扩散通量,评估三者的释放风险。结果表明:非泄洪期南四湖出湖口上覆水中的溶解态磷浓度低于孔隙水中的,表明沉积物孔隙水中的溶解态磷可能会因浓度梯度的存在而向上覆水中扩散;根据连续分级提取法,钙结合态磷是南四湖出湖口沉积物中磷元素的主要赋存形态,表层沉积物中的不稳定磷元素含量高于深层沉积物中的;有效态磷与有效态铁呈显著正相关,说明南四湖出湖口沉积物-水界面中有效态磷的释放受铁氧化物还原释放影响;有效态磷、有效态氨氮和有效态硝态氮的净扩散通量分别为17.58、1.16、-40.72 ng/(cm^(2)·d),说明有效态磷和有效态氨氮有从沉积物向上覆水中释放的潜在风险。

基于线粒体D-loop区的南四湖和东平湖刀鲚遗传多样性分析

为探讨南四湖(34°26′~35°20′N,116°34′~117°21′E)和东平湖(35°43′~36°7′N,116°2′~116°20′E)刀鲚(Coilia nasus)群体的遗传多样性和系统发育关系,2021年3—5月用刺网采集南四湖(NS)、东平湖(DP)2个湖泊的刀鲚样本,分析两湖刀鲚群体线粒体控制区(D-loop)序列。结果表明:77尾个体共检测到65个变异位点,31个单倍型。南四湖刀鲚群体单倍型多样性为0.8057,核苷酸多样性为0.0059;东平湖刀鲚群体单倍型多样性为0.8193,核苷酸多样性为0.0117。群体总的遗传分化系数Fst(0.1061)和分子方差分析(AMOVA)结果显示,两个群体间遗传分化为中等程度,遗传变异主要来自群体内部。系统发育结果表明,所有单倍型聚为2支,东平湖独有的单倍型Hap2(n=7)、Hap4(n=1)和Hap9(n=1)聚为一支,其他多数个体聚为一支,未显示地理位置与个体间的对应关系。推测东平湖刀鲚群体中少数个体与南四湖群体亲缘关系较远,可能存在其他生态类型。

基于网络文本分析的桂林“两江四湖”景区旅游形象感知研究

“两江四湖”景区是桂林城市旅游的名片,深入研究游客对该景区的旅游形象感知,可为桂林打造世界级旅游城市提供有益参考。本文梳理了桂林“两江四湖”景区的发展历程,并基于网络文本分析了游客对景区的旅游形象感知,结果显示:第一,游客主要关注的是自然旅游资源,其次是人文旅游资源;第二,游客整体满意度较高,说明“两江四湖”景区的山水景观具有明显的地域特色;第三,游客的负面情绪主要来自景区的旅游项目与服务。基于此,本文从提高景区资源利用率、丰富景区旅游项目、提高景区服务水平三个方面提出优化“两江四湖”景区旅游发展的对策与建议,为促进景区高质量发展提供理论依据。

南水北调后南四湖沉积物氮磷和有机质特征分析

本文通过采集南水北调东线工程后南四湖典型水域水样和柱状沉积物,分析水质指标以及沉积物总氮(TN)、总磷(TP)和有机质(OM)含量及其之间的相关性。结果表明:南四湖沉积物TN含量介于750~6290 mg/kg,平均为3402 mg/kg;TP含量介于873~1289 mg/kg,平均为1127 mg/kg,均一化明显;沉积物OM含量介于3.20%~13.85%,平均为9.37%,需要关注OM过高对底栖生物的危害;南四湖水质处于中度富营养化水平,沉积物中TN、TP和OM含量丰富,且有缓慢增加的现象;水质与沉积物之间相关性不显著,沉积物TN与OM相关性极显著(P<0.01);沉积物中的C/N比值介于12.95~21.37,平均值为16.72±1.44,这反应南四湖有机质来源是以陆源输入为主。因此,应持续关注南四湖生态环境治理问题。