筑堤成垸:近代洞庭湖区的围垦、聚落与环境——以南洲地区为中心

在洞庭湖区,堤垸不仅是洞庭湖区农业生产所必需的基础设施,还是当地乡民赖以栖息的生活空间,由此构成了洞庭湖区最主要的聚落景观。咸丰二年(1852)藕池决口后,荆江分流南泄洞庭湖,泥沙经年沉积,至同治年间(1862—1874)湖西北隅已淤出诸多洲渚,且不断绵延连片,纵横百里,形成“南洲”。由于豪绅贫民纷纷强占围垦,讼狱纷繁,光绪初年,湘抚会同藩、臬两司查勘淤洲,划为官地官荒,并颁行《南洲善后章程》,正式推行官洲民佃政策,即由官府招佃,民众承佃纳租,颁给“藩照”。随后,大量移民迁入垦佃,兴筑堤垸,湖区得到进一步开发。光绪二十年(1894),南洲直隶厅正式设立,将华容、安乡、武陵、龙阳等县交界之地划归辖境。经原住民、客民多年垦殖经营,至民国前期,南洲各处淤涂荒滩陆续筑堤成垸,变为田畴沃野,庐墟日渐兴旺,人丁繁滋,乡村聚落基本成型。从聚落形成过程及其分布格局来看,南洲主要有聚居聚落、杂居聚落、散居聚落三种形态。聚居聚落出现较早,但并不多见,而更常见的散居聚落、杂居聚落,或零散分布于垸田中的台地,或沿堤岸线延展成条带状。南洲聚落形态的形成是洞庭湖区长期垸田经济开发与环境变迁的结果,同时它在一定程度上影响了近代洞庭湖的生态环境及其治理。

洞庭湖沉积物及上覆水体氮的空间分布

2009年12月底在洞庭湖全湖20个采样点采样,通过测量该20个沉积物样和对应的20个上覆水样的总氮、氨氮、硝氮浓度和沉积物的含水率,揭示洞庭湖沉积物及其上覆水体氮的空间分布。研究表明:洞庭湖各点位沉积物全氮平均浓度为547.0mg/kg,与滇池、太湖和巢湖相比较低。洞庭湖各分区沉积物氮形态分布比例相差不大,主要形态为有机氮,占全氮的比例达59.9%。洞庭湖各点位沉积物上覆水体总氮平均浓度为2.45mg/L,已经达《地表水环境质量标准》劣V类水体的标准。洞庭湖各分区沉积物上覆水体氮形态分布不一,硝氮所占比例最大,为35.6%。其中东洞庭湖水体主要氮形态为氨氮,西、南洞庭水体主要氮形态为硝氮。造成这种差异的主要原因是东西洞庭湖的人类生活方式以及城市、工业发展水平的不同。

洞庭湖农业面源污染排放特征及控制对策研究

为明确洞庭湖农业面源污染状况,运用输出系数法和等标污染负荷法分析、评价了洞庭湖区农业面源污染负荷,运用GIS软件绘制面源污染负荷空间分布状况,运用聚类分析划分污染类型,结果表明:2010和2014年洞庭湖区TN、TP年输出负荷总量分别为104556.9t,12719.02t;103643.71t,13032.79t;不同类型污染源产生TN负荷量大小顺序为:旱地>水田>畜禽养殖>农村生活>林地,不同类型污染源TP污染负荷量大小顺序为:畜禽养殖>旱地>水田>农村生活>林地;农业面源污染负荷主要来源是旱地和畜禽养殖,在空间上TN、TP污染分布一致,但各区域TN、TP年输出负荷量存在差异,以桃源县、汉寿、澧县,鼎城、南县、安化、华容、平江等区域输出负荷量高,是流域优先控制区,并基于聚类分析将ANP划分为4类污染类型,提出控制对策.

洞庭湖区堤垸耕地资源可持续性及其保护对策

从洞庭湖区堤垸人口、耕地资源时空特点入手,分析了堤垸耕地资源形成、发展变化趋势,耕地利用现状。洞庭湖区堤垸在"平垸行洪、退田还湖"的生态恢复建设和经济发展中,面临着人口不断增加,人均耕地减少;土地污染严重,耕地质量下降等问题。针对湖区社会、生态协调持续发展的原则,提出了6条堤垸耕地资源可持续性及其保护对策。(1)调整农业布局与种植制度,使耕地利用制度逐渐和耕地资源变化特点相吻合,保持耕地生态环境及其持续性。(2)据堤垸生态环境条件,采用避灾农业。(3)将水利基础设施建设列为国家保护农业生态环境重要内容之一。(4)加强对农业建设占用耕地的审批与管理。(5)加强环保意识,提高耕地质量。(6)积极推广节水灌溉技术。

洞庭湖水质变化趋势的研究

以洞庭湖1992-2010年系列监测资料为依据,对洞庭湖19年的整体水质情况、富营养化状况以及主要污染指标进行了评价分析。结果表明:洞庭湖水质污染以氮磷污染为主,水体状况呈逐渐恶化的趋势,富营养化程度逐年加剧。2007年对洞庭湖流域进行整治后,水体中化学需氧量降低,但水体总氮和总磷浓度仍呈上升趋势,致使洞庭湖水体中叶绿素a含量和浮游植物数量显著增加。

洞庭湖流域极端降水指数变化特征分析

基于洞庭湖流域17个气象站1961～2009年逐日降水资料,采用Mann-Kendall检验法和滑动t检验法对洞庭湖流域四种极端降水指数进行趋势分析和突变检验。结果表明,四种极端降水指数在洞庭湖流域不同测站表现出不同的变化趋势,但变化均不显著,基本上未通过置信水平检验,非常湿天、极端湿天在西北和东南方向的各测站均表现为上升趋势,雨日数在位于北部的部分测站表现为上升趋势,日最大降水量在大部分测站均表现为上升趋势;各指数突变年主要集中于20世纪后期,2001年后明显减少,表现突变减少年的测站数量明显多于表现突变增加年的测站数量。

BP神经网络在洞庭湖氨氮浓度预测中的应用

采用BP网络的三种改进算法，对洞庭湖桂花园8年（1995年～2002年）的氨氮浓度和其影响因子实测资料进行分析，建立了基于BP神经网络的氨氮浓度预测模型，并对三种改进算法的训练结果进行了比较。结果表明：作为数据驱动型模型的BP网络，用来建模的学习样本质量至关重要，可以直接影响网络的预测精度。1995年～2002年的丰水期（9月份）数据分布比较均匀，能让网络对样本充分学习，与传统的统计建模方法相比，预测精度较高，能较好地反映洞庭湖氨氮浓度与其影响因子之间变化规律。

洞庭湖出流丰枯变化与全球海温变异的关系研究

为分析洞庭湖出流丰枯变化与全球海温变异的关系,基于1961-2012年洞庭湖逐月出流资料,分析洞庭湖出流特征,并由此求解与COBE-SST全球逐月海温资料的相关性。结果表明,洞庭湖出流有缓慢减少的趋势,且在不同时间尺度上存在明显的丰枯交替情况;洞庭湖出流量与海温的相关关系显著,枯季尤为明显,最高相关系数达0.7;出流异常年的海温变异特征与我国气候影响因子息息相关,当西太平洋海温较低时,洞庭湖1月出流较多,反之较少;7月出流异常较多的年份北太平洋温度较高,而出流异常较少的年份东太平洋海温较高。

洞庭湖存在的问题及其对策

从实际出发找出洞庭湖水资源存在的问题。针对存在的问题,从生态修复出发提出了行政、法律、经济、技术等保障措施。

洞庭湖流域沉积物重金属分布特征及其生态风险

以洞庭湖流域为研究对象,对比分析水体沉积物中7种重金属质量分数和分布特征,并对其来源和风险进行研究。结果显示:东洞庭湖中7种重金属质量分数在3个湖区中最高,入湖河流Cr、Pb质量分数在湘江较高,Ni、As、Cd质量分数在资水上游最高,Cu质量分数在资水下游最高,Zn质量分数在沅江下游最高,沉积物各元素空间分布差异大;地累积指数法显示,7种重金属污染情况排序依次为Cd>Ni>Cr>Cu>Zn>Pb>As,东洞庭湖为湖区沉积物污染最严重区域,资水为入湖河流沉积物污染最严重区域,均达到严重污染程度;潜在生态风险指数法显示,单一元素污染危害程度依次为Cd>Ni>As>Cu>Pb>Cr>Zn,全流域沉积物高风险因子Cd对生物影响最大,其在湖区中东洞庭湖最高,入湖河流中资水最高,流域整体处于高潜在生态风险水平;Pearson相关性分析和主成分分析显示,Cr、Ni、Cu、Pb和As可能属于自然来源,Zn可能来源于锌矿产的开采或矿产的岩石风化、侵蚀,而Cd可能来源于农药、化肥和生活污水,也可能来源于钢材制造、颜料、油漆等方面。

洞庭湖区防洪治涝堤防工程及其环境影响评价

洞庭湖区的堤防建设是洞庭湖区综合治理的主要内容.通过研究洞庭湖区堤防工程对区域生态环境及资源的可能影响以及环境影响的评估,为洞庭湖区环境管理者提供对堤防建设项目实施有效管理的科学依据.工程实施后,可提高大堤的防洪标准和抗洪能力;还可以防止垸内洪溃对水环境的重大污染;灭螺平台是一项水利结合灭螺的综合措施,从而间接地改善了水体质量.同时,堤身和堤基的渗控处理,减少了大量的渗漏,可以避免垸内土壤沼泽化和潜育化,有利于土壤改良.

考虑多维生态效益的梯级水库群消落期优化调度研究

针对金沙江下游—三峡梯级水库消落期的湖泊补水、三峡库区水华防控以及四大家鱼产卵保护等典型生态需求,以发电量最大和洞庭湖生态满足度最大为目标函数建立梯级水库优化调度模型。在该模型的基础上分阶段耦合水华防控和四大家鱼产卵保护需求约束,选用丰、平、枯水年不同来水情况进行分析研究。结果表明:在三峡出库流量满足6000 m^(3)/s条件下,可完全满足洞庭湖补水需求;针对水华防控,三峡水库可选择小幅多次水位升降的潮汐式生态调度策略,该策略使得各典型年下的梯级电站总发电量最多减少1.1%;考虑四大家鱼繁殖的水文指标后,各典型年下梯级总发电量最多减少0.08%。整体来看,三峡在消落期的生态调度和兴利调度冲突不明显,宜相机开展生态调度。

洞庭湖水文巡测模式探索与应用

20世纪80代以来,长江水文根据"站网优化,分级管理,技术先进,精兵高效,站队结合,全面服务"的水文改革方针,从勘测队建设入手,以站队结合为途径,积极探索水文巡测之路。于1980年在全国率先组建了洞庭湖水文勘测队。1990年组建了安乡水文水资源勘测队、益阳水文巡测基地。在洞庭湖区水文巡测过程中,上述勘测队和水文巡测基地在组织管理、测验载体变革、流量、含沙量测验方案优化方面进行了大量富有成效的工作,积累了水文巡测管理、测验技术方案编制的经验,具有一定的推广价值。

低枯水期水位流量单值化分析方法研究

实行水位流量关系单值化可有效地减少流量测次和简化资料整编工作。在南县水文站单值化工作中,根据测站资料特性,提出了低枯水总量误差分析,测点参与定线但不参与误差检验的单值化分析方案。该方案推流结果误差均能满足规范要求,可为水位流量单值化分析中低枯水流量分析提供参考。

洞庭湖流速垂向分布特性

根据洞庭湖不同测点的野外实测数据,结合测点的环境状况(有无水生植被),分析洞庭湖不同位置的流速垂向分布规律,发现底部无水生植物影响的主湖区与航道中心时均流速分布呈"J"形,采用对数律对流速剖面进行拟合,相关系数在0.95以上;在有水生植物分布的洲滩,时均流速的垂向分布偏离"J"形,具有明显的3层结构,且冠顶以上水流时均流速垂向分布满足对数律;受淹没水生植物影响,冠层内部的时均流速及切应力减小,有利于泥沙的沉积。

治水 用水 避水——环洞庭湖区农业结构调整的实施重点

环洞庭湖区最值得骄傲的资源是水 ,最令人头痛的也是水。治水、用水和避水是农业产业结构调整的实施重点。首先是要大兴水利建设 ,控制洪魔 ,改善生态 ;其次是利用丰富的粮食和水草资源大力发展畜牧业 ,继续发展水稻生产 ,千方百计做强粮食产业 ,保持环洞庭湖区作为全国商品粮产区的特殊地位 ;再次是利用丰富的水面资源大力发展水产养殖业和水生作物种植业 ,把它们培植成该区域最重要的经济增长点之一。环洞庭湖区的农业产业结构调整还必须以避洪为原则 ,趋利避害 。

洞庭湖水文巡测方案探讨

长江委水文局长江中游水文水资源勘测局在洞庭湖共有三队一站,即安乡水文水资源勘测队,洞庭湖水文水资源勘测队、益阳水文水环境监测站、岳阳水文水资源勘测队。分别管辖西洞庭湖、南洞庭湖、资水和东洞庭湖的水文水资源监测。本文专就洞庭湖水文水资源勘测队与益阳水文水环境测站合并后的巡测方案进行初步探讨,以求发挥水文巡测的优势和效益,达到精兵高效的目的。

洞庭湖区域环境整治规划及措施

随着工、农业的发展,洞庭湖区域的环境污染日趋严重。本文较详细地研究了洞庭湖区域的环境整治规划,在各环境要素的规划方面进行了探讨。

水分梯度下洞庭湖洲滩植物群落多样性特征

为了揭示因水文条件改变而发生变化的洲滩植物分布规律,以洞庭湖洲滩植物为研究对象,沿泥沙洲滩、泥沙-湖草洲滩过渡带、湖草洲滩、湖草-芦苇(Phragmites australis)洲滩过渡带、芦苇洲滩的带状顺序,分析植物群落α多样性和β多样性特征,研究群落多样性与土壤水分之间的关系。结果显示,从泥沙洲滩到芦苇洲滩,土壤含水量呈递减趋势;随着土壤含水量递减,群落物种丰富度不断增加,但群落Shannon-Wiener指数并没有显著改变(p>0.05);从泥沙洲滩到湖草-芦苇洲滩过渡带,群落间相似性显著增强(p<0.05),物种替换率变化幅度不明显(p>0.05),而从湖草-芦苇洲滩过渡带到芦苇洲滩,群落间相似性显著降低(p<0.05),物种替换率明显变大(p<0.05),β多样性增大。一旦湿地水文条件改变,洞庭湖洲滩植被分布也将发生变化,并促使原有植被发生逆向演替。

西洞庭湖不同生境下鸟类群落结构研究

为了研究人为干扰对西洞庭湖鸟类群落的影响,并提出相应保护对策,在2013年11月,采用样线法和样点法,对湖南省西洞庭湖国家级自然保护区内的鸟类群落结构进行了研究。在研究中,将该保护区的生境分为水域、天然洲滩、芦苇(Phragmites australis)丛、杨树林和居民区5种类型,前两种生境为天然生境,后3种生境存在人为干扰;记录了各生境下的鸟类种类、数量、行为等基本数据;计算了每种生境下的鸟类群落多样性指数、均匀度指数、优势度指数、种间相遇概率;对鸟类群落组成、数量进行了统计分析,对不同生境下鸟类群落结构进行差异性和相似性分析。结果表明,共记录到鸟类11目24科39种;其中,雀形目(Passeriformes)鸟种类最多,有8科15种;鹭科(Ardeidea)鸟种类最多,为4种;在地理分布型上,古北界鸟最丰富;在居留类型上,冬季以冬候鸟和留鸟居多,受保护鸟占总种数的一半以上;芦苇丛的鸟类群落的多样性、均匀性和种间相遇概率是5个生境中最高的,但优势度较低,水域、天然洲滩的鸟类群落结构多样性、均匀性和种间相遇概率都高于居民区和杨树林,但居民区和杨树林的鸟类群落优势度比其他生境高。因此,该保护区应该加大退林还湿、退田还湖的力度,以更好地保护湿地鸟类。