基于遥感和数值模拟的鄱阳湖水情变化驱动因素及湿地植被的水情影响研究

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江河湖泊的淡水是地球表层重要的水资源,水情是江河湖泊可利用水资源量的重要指示,其变化不仅对社会经济发展至关重要,也对生态环境演变有着重要影响。鄱阳湖是我国最大的淡水湖,是长江中下游的重要水源,鄱阳湖也是国际重要的湿地,具有重要的社会经济价值和生态环境地位。近年来鄱阳湖水情变化带来的社会经济和湿地生态环境效应,引起了广泛关注。进行鄱阳湖水情变化驱动因素及水情变化对湿地植被影响研究,对于鄱阳湖水资源管理、湿地生态保护和修复具有重要意义。数值模型能够模拟连续时空上的水文水动力过程,能够反应水体运动的物理过程,是研究江河湖泊水情时空动态的重要方法。卫星遥感能够周期性大范围获取水环境状态,时效性好、成本低,是水环境观测的重要手段。本文基于遥感和数值模拟,进行了鄱阳湖水情变化归因及湿地植被水情的影响研究。本文评估了变化环境下,多因素对鄱阳湖水情时空动态变化的影响,揭示了鄱阳湖2000-2009年水情变化的驱动因素,并分析了鄱阳湖水情变化对湿地植被覆盖的影响。本文的研究工作和主要成果包含以下几个方面:(1)地形变化对鄱阳湖水情的时空影响本文基于数值模拟,对比不同地形条件下鄱阳湖2000-2009年的水动力过程,评估了地形变化对鄱阳湖水情的时空影响。本文揭示了鄱阳湖水下地形变化对湖泊水情变化影响的时空差异性。地形变化对鄱阳湖低水位期入江水道的水位降低具有较大影响,而对鄱阳湖高水位期洪泛区的水位影响较小。地形变化使得低水位期鄱阳湖出湖流量增加,高水位期长江对鄱阳湖倒灌增加,而在流域汛期鄱阳湖对五河调蓄量增加。对比不同地形变化下鄱阳湖的丰枯特性,发现地形变化后鄱阳湖枯水期开始提前、结束推迟、持续时间延长,枯水频率显著增加,最低枯水水位明显减小,枯水等级明显提升。最后,本文研究了地形变化对湖泊水情变化作用的影响因素,发现地形变化对鄱阳湖水情影响的程度,与入江水道下切深度存在显著非线性的正相关关系,与湖口水位存在显著非线性的负相关关系。此外,地形变化也会改变入湖径流对湖泊水情的影响。地形变化、长江水情变化和入湖径流变化对鄱阳湖水情变化的影响存在相互作用关系。(2)鄱阳湖水情变化多影响因素贡献量评估及驱动因素分析针对鄱阳湖水情变化受多个非独立因素影响的特点,本文提出了一种改进的fixing-changing贡献量分解方法,考虑多个影响因素对水情变化影响的相互作用。并结合鄱阳湖水动力数值模型,第一次使用贡献量分解的方法定量评估了2000-2009年鄱阳湖水下地形变化、长江水情变化和流域入湖流量变化对鄱阳湖水位变化的作用。基于数值模拟和贡献量分解结果,本文分析了鄱阳湖水位变化以及地形变化、长江水情变化和流域入湖流量变化对湖泊水情影响的时空差异,揭示了鄱阳湖水情变化的驱动因素。研究发现,鄱阳湖高水位期水情变化主要受长江水情变化驱动,低水位期水道附近水情变化主要受地形变化和入湖流量变化驱动,涨水期和退水期的水情变化由地形变化、长江水情变化和入湖流量变化共同驱动。(3)鄱阳湖水情变化对湿地植被覆盖的影响结合遥感和数值模拟,研究了鄱阳湖水情变化对湿地植被覆盖的影响。利用遥感影像和水动力数值模型,分析了鄱阳湖2000-2009年湿地植被覆盖类型和淹水天数的时空分布和变化趋势,发现鄱阳湖淹水天数减小与水体、泥滩覆盖面积减小以及植被覆盖面积增加显著相关。统计鄱阳湖湿地不同覆盖类型和不同植被群落适宜生长区域淹水天数发现,水体区域淹水天数最大,泥滩区域次之,植被覆盖区域淹水天数最小;不同植被群落最适合生长的淹水天数条件由虉草-蓼子草群落、苔草群落、芦苇-南荻群落和菰群落依次递减,淹水天数对鄱阳湖湿地植被群落生长有显著影响。最后,本文分析了典型水文年鄱阳湖淹水天数变化与湿地不同植被覆盖变化的一致性。研究发现,水情变化对鄱阳湖湿地不同类型植被覆盖变化的影响程度存在差异。一致性空间分布表明,鄱阳湖水道两侧和中部浅滩区域,淹水天数变化与植被覆盖变化一致性较好,水情变化可能是植被覆盖变化的驱动因素;鄱阳湖东部边缘和西南浅滩区域,淹水天数变化与植被覆盖变化一致性较差,水情变化可能不是植被覆盖变化的唯一驱动因素。
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