文摘

三峡工程(TGP)受到了许多批评对其潜在的对下游生态系统的变化的影响。鄱阳湖是三峡工程最大的下游水体,和这些变化是不免疫。TRMM和优雅的数据介绍了这项研究估计江湖水交换,鄱阳湖的水文响应可以被识别。径流系数的显著减少趋势已经观察到自2003年以来,导致6.02公里³更多的水从湖排放到长江比在正常情况下。没有明显的年际变化发生在水位或当地降水,和优雅的观察显示地下水排放水似乎是最有可能的赔偿损失。一个新颖的方法,即地下水异常指数(街区),开发描述水交替使用恩典和地表水的观察。低于正常丐帮了被发现在2003年至2005年之间,最低达到29.26−2003年10月,对应于2006 - 2012年期间的意思是丐帮的十倍,显然表明显著水交替鄱阳湖盆地地下水和地表水在三峡工程蓄水。

1。介绍

一些世界上的水文条件的水系统已经被气候变化和/或人类活动(1- - - - - -3),导致大量的社会和生态问题。一个典型的例子是三峡工程三峡大坝(TGP)或(TGD)的中国,这是建立在中间的长江(见图1(一))。自2003年三峡工程的蓄水,长江下游的生态系统已经大大改变了。例如,三峡工程的操作改变了长江下游的水和沉积物排放的大小和时间分布(4- - - - - -6]。

鄱阳湖是中国最大的淡水湖,长江下游的一个重要支流的三峡工程,水河和湖之间的不断交流7]。独特的地理位置和鄱阳湖水文条件使其最优区域研究三峡工程下游的影响。例如,水文和卫星观测8),据报道,7.86公里³鄱阳湖水失去了从2003年三峡工程的蓄水后。从那时起,淹没地区的下降趋势已经观察到湖的长期使用MODIS观察(9),这进一步证实了(10)具有较高分辨率的陆地卫星TM / ETM +和水文测量。

一些研究人员试图评估的环境后果鄱阳湖水文条件的变化。文献[11)认为,鄱阳湖水位波动加剧了三峡工程,导致流态的改变在长江的中游。波动的增加使干旱和洪水更可能发生在鄱阳湖12]。例如,它是表明,三峡工程作为一个重要的操作背后的驱动因素2006年鄱阳湖的严重干旱13]。也已经从三峡水库预言版本(TGR)在今年夏天早些时候,可能增加长江的排水,导致鄱阳湖洪水风险较高(14]。明显的冲刷发生在长江由于调制从三峡工程水排放,降低了河床,从而增加了长江、鄱阳湖水位差异(6]。因此,更多的水从湖中还流进长江,鄱阳湖的淹没面积减少,导致更频繁的干旱在当地地区近年来(15]。

虽然卫星观测的重要数据源获取上述发现,他们提供的唯一信息是鄱阳湖的淹没面积,使得水文变化通过测量水位和径流主要显示测量。一个潜在的问题是,在地下水和地表水之间交换似乎不可能被发现与光学遥感或传统水文测量。直到这个过程可以监控,鄱阳湖的变化无法轻易TGD有关。此外,虽然有15个水文站点位于鄱阳湖地区(8在身体和其他七湖湖排水),这样的点观察有困难代表整个流域的综合水文条件由于其有限的空间范围。

幸运的是,重力恢复与气候实验卫星(恩)于2002年共同发起了德国和美国提供了一个机会来检测地下水在大空间范围内的变化。时变重力观测的恩典可以恢复陆地水储存(TWS),由表面水、冰(雪),生物圈,土壤水分,地下水16]。随着全球土地数据同化系统(GLDAS),优雅的数据已经被广泛应用于监测TWS和大盆地地区地下水> 020万公里²(15,17- - - - - -19]。此外,湖泊和水库的变化,流域面积并不太大,也可以与优雅的观察发现20.- - - - - -23]。因此,恩典是介绍了研究调查的影响在鄱阳湖TGD从地下水交换的角度。

2。研究区域

鄱阳湖位于中国东部,它连接到长江南(见图1)。湖收到五个主要支流的水(Raohe赣江、注入、新疆,修水)户口,然后排放到长江。流域面积约016万公里²鄱阳湖盆地供应17%的年度总长江流域的水资源10]。湖是最大的淡水身体盆地和平均深度为8.4米。中存储的水可以涵盖鄱阳湖盆地湖大约17厘米深度(24]。淹没面积可达3000多公里²在洪水时期,但它往往减少不到1000公里²在干旱时期(9]。旱季期间暴露湖底形成一个国际重要湿地,作为最大的冬季候鸟的栖息地从西伯利亚。然而,近年来频繁发生春季干旱已经导致许多环境问题在当地区域(25),摧毁了为各种稀有鸟类的栖息地。,迫切需要了解鄱阳湖水资源的变化迅速,这是节约用水的关键在湖地区和长江流域。

3所示。数据和方法

三种类型的数据被用于这项研究,包括水位和径流从测量站测量,TRMM降水数据和优雅。相关分析和新颖的方法,进行了地下水异常指数(街区),揭示不同水资源组件的变化在2003年和2012年之间。

水位数据收集在户口,鄱阳湖的唯一出路,是用来表示湖的水量的变化。每月平均水位源自每日测量观察从1月1日,2003年,2012年12月31日。TRMM 3 b43月降水产品取得了1998年1月至2012年12月从美国宇航局网站(ftp://disc2.nascom.nasa.gov/data/s4pa/TRMM_L3/TRMM_3B42)。的空间分辨率度(~公里的赤道),TRMM资料集成在鄱阳湖盆地代表其月度降水条件下,而年降水量是月度数据的总结。每月比较长期水位和降水数据进行检查是否有任何趋势或突然的变化两个独立的测量。每月从鄱阳湖流域径流是由五个主要支流的总和的湖,湖水流出的没有可靠的测量可以获得(8]。水文站点包括Waizhou Lijiadu Meigang,湖山,Dufengkeng, Wanjiabu, Qiujin(见图1 (b))。一年一度的径流深度计算的年径流总量除以鄱阳湖流域的面积(26]。径流系数()的基础上,介绍了年降水量比径流来评估这两个组件之间的交互长期的方式(27]。

每月恩典TWS等效水厚度数据得到恩典忒勒斯的喷气推进实验室源自CSR RL05球面谐波监测总水量的变化存储在盆地中。TWS产品的详细处理方法可以找到(28,29日]。比例系数应用于原始TWS产品等的小空间尺度应用产品(30.]。TWS产品的空间分辨率学位(在赤道公里)。从2003年1月至2012年12月月度TWS产品下载从喷气推进实验室(JPL) (ftp://podaac-ftp.jpl.nasa.gov/allData/tellus/L3/land_mass/RL05/没有五个月):2003年6月,2011年1月,2011年6月,2012年5月,2012年10月。

四大组件可能存在水的恩典TWS观察,包括地下水、土壤水分、冰雪、地表水(16),而只有地下水与地表水可以快速交换。因此,地表水和TWS之间的关系应该是稳定的,如果没有重要的地下水交换。地表水组件可以使用鄱阳湖的水位来表示。观察到的总蓄水变化从恩典可以被视为TWS;估计正常蓄水变化没有重要的地下水交换是基于之间的关系和(所示(1))。因此,地下水异常指数(街区)的基础上和在这项研究中,提出了可用于监测地下水交换:

4所示。结果

鄱阳湖的月平均水位14.47米至19.67米之间的波动在2003 - 2012年期间,2004年2月与观察到的最大和最小2010年7月,分别。并发在鄱阳湖流域的降水变化从4.02毫米到437.14毫米,和极端值发生在2004年10月(4.02毫米),2010年6月(437.14毫米),分别。相关分析表明,决定系数(例如,)之间的水位和降水最多达到0.54 (),两个月的滞后水位。没有明显的趋势或突然的变化被发现水位和降水在10年期间。

相关分析显示年度降水和径流深度之间的紧张关系在1998年- 2009年除了2003(见图3),决定系数达到了0.83,这是统计学意义()。一阶线性适合降水与径流之间建立了数据在1998年至2009年数据从2003年被排除在外(见图3)。年降水量之间的关系()和径流深度(鄱阳湖水系的)可以被定义为 然而,2003年的数据点远离回归直线下跌,暗示今年异常precipitation-runoff深度的关系。具体地说,真正的径流深度是两倍以上,在正常情况下(估计(3)),相应增加6.02公里的水量³。然而,水储存在湖里仍是第三大在2003年到2012年期间没有发现突变鄱阳湖的水位在此期间。另一方面,快速变化的径流系数发生在1998年和2009年之间。范围0.29 ~ 0.59,径流系数显示统计()显著下降的趋势在这一时期,最大的价值在1998年和2004年最小的。

GRACE-derived TWS数据很好地同意每月变化湖的水位观测期间(见图4)。月度TWS和水位之间的关系可以被定义为,确定系数两个变量之间达到了0.58 (),这表明大部分的水资源总量的变化可以解释为鄱阳湖流域地表水可变性。相对稳定的地下水交换时,一米鄱阳湖水位变化对应于一个TWS改变为3.32公里³。然而,两条曲线之间的显著差异被发现在2003年和2005年,表明这些年来TWS之间的潜在变化。

进一步揭示TWS的异常特征,人物52003年和2012年之间的情节每月丐帮。的丐帮了季节性整个期间,大值发生在旱季雨季和小值。最引人注目的观察是,突然减少发生在2003年6月,和丐帮坚持通过2005年5月在低水平。−29.26的丐帮了达到最低2003年10月,代表~ 10倍的大小在2006 - 2012年间的意思是丐帮和清楚地表明迅速地下水交换。

5。讨论

TRMM年降水量观测显示一个相当稳定的相关性与鄱阳湖流域的径流。然而,年降水量和径流深度之间的关系显示突然改变,2003年之后,大大减少被发现的湖泊流域的径流系数。这时,一个自然的问题是如此重要水文动力学可能导致什么呢?建设世界上最大的水电站,TGD,可能的原因之一,因为它被扣押在鄱阳湖地区径流的异常。的蓄水TGD减少了流入长江下游,增加从鄱阳湖水排放到长江和削弱长江的阻塞效应(7]。此外,鄱阳湖的径流异常增加到2003年的6.02公里³湖,这是符合MODIS-estimated体积减少(7.86公里³2003年6月)(8),在同一数量级的水扣押三峡工程蓄水期间那一年(~ 11.56公里³)[22]。之间的差异异常径流增加,水扣押的三峡工程可能是由于水赔偿其他大湖(如洞庭湖)或者TGD支流的下游。

径流的增加引起了重大在鄱阳湖流域的水资源减少,但没有明显的变化可以确定水位(见图2)。因此,水从鄱阳湖由于失去了三峡工程必须由其他水源。降雨可以作为这样的一个可能的来源。然而,降水年际变化不一致与径流(图2)。地下水可能取代失去的地表水的另一个来源。虽然影响难以评估与有限的原位测量,优雅的观察提供了一个替代方法来监测地下水的变化等大型湖盆鄱阳湖。与地表水的变化相比,TWS(包括地下水)从卫星观测显示,异常低期发生在2003年7月至2005年5月。此外,丐帮估计以优雅和水位测量还显示显著的地表和地下水之间的交流。低丐帮在2003 - 2005年表明,观察到的TWS小于,在正常情况下,这表明地下水在TWS降低的百分比来弥补地表水不正常的时期。据我们所知,这是第一次的影响地下水交易所TGD鄱阳湖的监控。这丐帮方法使交流地下水和地表水之间的定量估计。注意,尽管先前的研究[31日]表明,蓄水TGD可能导致季节性变化的测量在鄱阳湖水位变化时倾向于减少年际尺度被认为是在这个研究。

快速变化的径流系数和地下水交换是由于卫星观测的不确定性导致的误解?已经证明TRMM具有良好的性能在每月的流量模拟鄱阳湖水文模型(32]。数据也与雨量计观测验证,显示良好的协议在鄱阳湖盆地8]。月度TRMM数据也表现出良好的性能在这个研究。每月的确定系数之间的相关分析降水来源于TRMM和两个月的滞后湖水平系列是0.54在这项研究。这表明,鄱阳湖流域降雨仍然是最重要的因素,影响地表水鄱阳湖虽然江湖交换不断发生的变化。时间滞后可能是因为降雨盆地需要大约两个月积累,然后转移到湖中。基于水组件交换分析鄱阳湖在三峡工程蓄水,大大减少被发现在1998 - 2009年的径流系数,特别是2003年以后,从降水可能证明更多的水送入地下水在后者的六年,因为创建相同的降雨径流减少。

TWS变化信息来源于优雅的重力场观测卫星。然而,重力场的其他资源也可以调制质量质量变化。例如,广泛的城市化进程在当地区域(33(如基础设施建设)可能导致流域大规模运输。然而,这只会导致质量重新分布在一个狭小的区域,并对流域尺度的重力场的影响可以忽略不计。严重的采砂也可以作为质量变化的另一个因素在鄱阳湖24]。沙子从鄱阳湖估计开采g一年⁻¹(相当于一卷2.36亿米³一年⁻¹)(34)基于船舶从遥感图像中提取。换句话说,沙滩上损失了0.28厘米⁻¹TWS减少对鄱阳湖盆地,与水质量变化很小。因此,影响采砂的十年GRACE观测的分析,如果有,应该是小的。

优雅的数据已经成功地应用于许多小型与明显的地表水水库附近的区域变化(21- - - - - -23),尽管数据更适合盆地020万多公里²。异常丐帮的时间变异来源于GRACE观测在鄱阳湖盆地同意与三峡工程2003年蓄水。这也展示了优雅的能力监控河流/湖泊流域的地下水面积不到020万公里²。此外,时至今日的波动模式的合理性也显示优雅观察2006年之后正常的季节性的地下水和地表水之间的交换。年度周期性变化的丐帮显示低丐通常存在于旱季,表明地下水可以喂地表水。相比之下,从地表水流入地下水可能存在较高的丐帮洪水时期。基于上述结果从表面水和TWS观察在鄱阳湖盆地,时至今日表现出良好的性能在解释复杂的地下水和地表水之间的水交换,特别是在三峡工程的蓄水。

6。结论

增加观察的基础上,2003年径流系数,而并发降水没有显示明显异常。基于径流和降水之间的关系,大量的水流入长江的三峡工程蓄水后的2003年。这表明,蓄水TGD有明显的两年对鄱阳湖的影响。用优雅的观察和小说指数(街区),TWS地表水变化的反应进行了研究。结果表明,地下水流量作为最可能的来源,以弥补表面水。

TWS差异指不同组件的波动方面的地表水和地下水。然而,鄱阳湖流域的水文过程是极其复杂的,因为它对气候的场景和覆盖变化(35,36]。只分析了地表水和地下水之间的交流与有限的数据集在这项研究。需要进一步调查的独立的水资源组件显示的详细过程发生在盆地的水资源。

利益冲突

作者宣称没有利益冲突存在。

确认

这项研究得到了国家自然科学基金(41101427,41101427,41401388)和鄱阳湖湿地和流域研究的重点实验室(江西师范大学),教育部(JXS-EW-00)。作者感谢NASA提供TRMM和优雅的数据。