《鄱阳湖水生态模拟与健康评价》(高俊峰等著. 北京: 科学出版社,2020. 6)为首部全面介绍鄱阳湖水生态模拟的专著,也是《鄱阳湖研究丛书》的第一本专著,夏军院士作丛书总序。全书分为9章,近40万字。内容包括鄱阳湖水文水动力、水质、浮游植物(藻类)模型的构建,典型水文年水动力、水质、富营养化、浮游植物(藻类)时空分布的特征和变化规律的模拟分析,水利枢纽工程对鄱阳湖水动力、水环境、水生态影响的评价,以及对鄱阳湖健康状态的评价等内容。

鄱阳湖是我国最大的淡水湖泊,在长江中下游地区防灾减灾、生态安全、生物多样性保护等诸多方面发挥着重要作用。近年来,鄱阳湖出现了枯水期提前、枯水期延长、水位偏低等一系列水情变化,导致水生态环境和生物多样性面临严重威胁,渔业资源锐减,湿地生态系统退化态势加剧,对区域社会经济发展已然造成不利影响。

围绕鄱阳湖水文水动力、水质、湿地植被分布与演替、生物多样性维持等方面开展的研究工作促进了对鄱阳湖水文过程、生态过程机制的理解。行业部门和科学研究机构在鄱阳湖区域监测研究工作不断深入,积累了大量数据。同时,国内外水生态相关的模型开发研究经验日益丰富。鄱阳湖水生态综合模型将可在充分理解鄱阳湖在区域生态安全、生态系统功能与服务的基础上,整合水文、水质、湿地植被、鸟类多样性、鱼类资源等多个方面的模型,形成相互联系的模型系统,从而综合地模拟、预测鄱阳湖水生态在给定情景下的状况。

鄱阳湖水生态综合模型技术流程图

随着大量基础性研究工作的开展和数据的积累,研发鄱阳湖水生态综合模型已具备条件。

同时,为应对鄱阳湖水文情势发生的这一变化和伴随而来的水环境、水生态问题,以及经济和社会问题,鄱阳湖水利枢纽工程再次被提上议程。鄱阳湖水利枢纽工程针对长江与鄱阳湖水资源水环境的新形势新变化,按照生态保护和综合利用要求,采取动态管理、阶梯式水位、适应性调度的调控方式,控制相对稳定的鄱阳湖枯水位,提高鄱阳湖枯水季节水环境容量,从而实现保护水环境、水生态的目的,解决湖区干旱及生态缺水问题,改善湿地环境,有效控制钉螺生长,提高航道等级,发展湖区旅游业及渔业等。随着鄱阳湖水利枢纽工程建设的提出,围绕鄱阳湖水环境、水生态、生物多样性保护功能等方面的争议不断,社会各界对此高度关切。

本书研究的核心目标是研发鄱阳湖水文水动力模型、水环境模型,为深入研究鄱阳湖水生态提供技术工具,推动鄱阳湖生态系统的研究向综合、系统的方向发展。同时可加深对鄱阳湖生态系统更为全面、综合的认识,不仅仅从科学技术的角度对鄱阳湖水文和水生态提供较为完备的认识,也能对鄱阳湖水生态在多种情景下的状况做出预测,从而为鄱阳湖的综合管理决策提供辅助工具和数据,并为数据向决策信息转化提供处理平台。

 鄱阳湖水生态系统健康评价框架

在湖泊生态系统健康的概念和内涵指导下,结合鄱阳湖水生态系统的典型特征,采用综合完整性指数法,对鄱阳湖分“全年-季度” 和“全湖-分湖区-点位” 时空尺度展开健康评价研究,以反映健康状态空间差异和历史变化,同时选择不同的参照状态,构建包括物理、化学、生物和服务功能完整性在内的综合完整性指标体系,然后进行指标计算与综合,最后得到鄱阳湖水生态系统健康评价结果。

全书共分9 章。

第1章

概述。介绍了研究背景和目标,研究的技术框架,以及相关研究领域的国内外研究进展情况。

第2章 鄱阳湖未控区水文模拟与污染物负荷估算。重点研究对象是未控区间,对流域径流入湖过程以及污染负荷变化开展模拟评估与分析,探明鄱阳湖未控区间的径流和污染物入湖过程变化,摸清入湖径流与污染物的时空变化特征,解析未控区间水量和污染负荷对湖区的相对贡献分量;

第3章 鄱阳湖区碟形湖营养物质输移模拟。针对鄱阳湖湖盆内碟形湖营养物质浓度上升原因不清、控制措施较盲目等问题,以保障碟形湖乃至鄱阳湖湿地生态系统稳定和可持续发展为目标,以鄱阳湖典型碟形湖——梅溪湖为研究案例,构建机理模型,动态模拟氮磷变化,结合多因素情景模拟设计方案,利用因子贡献指数量化各驱动因子对营养物质的影响;

第4章 鄱阳湖区圩区水文过程模拟。采用改进了WALRUS 模型、不同的产流过程函数和参数,反映不同土地类型的产流特性,形成新的WALRUS-paddy 模型,并选取蒋巷联圩作为研究区,定量分析近20 年来气候和下垫面变化对水文过程的影响;

第5章 鄱阳湖水动力模拟。建了鄱阳湖二维水动力模型,模拟了不同典型年鄱阳湖水位、水深、流速、流向,分析其时空变化特点,并对比分析了水利枢纽建设工程对典型年水动力的影响;

第6章 鄱阳湖水质模拟。构建了鄱阳湖水质模型,模拟分析了不同典型年鄱阳湖不同水质和富营养化指数的时空变化,并对比分析了水利枢纽建设工程对典型年水质和富营养化指数的影响;

第7章 鄱阳湖藻类模拟。构建了鄱阳湖浮游植物(藻类) 模型,模拟分析了不同典型年鄱阳湖Chla 的时空变化,并对比分析了水利枢纽建设工程对典型年Chla 的影响;

第8章 鄱阳湖健康评价。构建了鄱阳湖水生态系统健康评价体系,筛选关键的指标参数,并对照参考状况,给出指标的健康得分,最终可定量、全面地分析鄱阳湖水生态系统健康状态;

第9章 入湖径流及其影响模拟。利用开发的分布式水文模型——栅格型新安江模型,结合未来气候模式数据集CMIP5,分析了未来2016 ~2050 年、2051 ~2100 年两个时间段在气候变化下的信江的径流响应规律。在此基础上结合水动力模型进一步研究未来不同气候情景下信江径流变化对鄱阳湖水动力条件的影响。

本研究成果可为认识鄱阳湖水文、水环境和湿地生态规律,改善鄱阳湖水环境,恢复与保护湿地生态,促进鄱阳湖管理等提供科学依据。

（转自科学出版社地球科学“赛杰奥”公众号）