变化条件下洞庭湖区洲滩水土界面水分运移规律及其模拟研究

Dongting Lake is an important agriculture basement and world level wetland, in which is beyond value. In recent years, with both the changes of nature and artificial factors, especially since the reservoir development in upstream and the reclamation around the lake area, the Dongting Lake area is being shrunk gradually resulting in the imbalance of hydro system, meanwhile both the ecosystem health and the social function have been affected dramatically. As the most important part of hydrology, water transportation of shoal and beaches water and soil interface directly influenced the dominant species structure changes of wetland，is also a direct response to the changes of lakes, and the lack of the corresponding regularity understanding. Based on the method of field observation, generalization experiment and numerical simulation, the project takes the research on water transportation rule and the simulation study on shoal and beaches water and soil interface in Dongting lake area under the changing condition. Firstly, according to field observation, the main effecting factor of water transportation on shoal and beaches water and soil interface is to be analyzed; secondly, generalization experiment is for the study on effect rule of the changing conditions to water transportation of water and soil interface, including water temperature, water level and the soil; lastly, the water transportation mathematical model is to be established which could simulate the transportation of different section and analysis the coupling relationship between moisture field and the plant community. The research could enrich the fundamental theory of Shallow water dynamics and Soil water dynamics, providing the technical support to river and lake harness and the wet land protection with the significance of academic and practical value.

洞庭湖区是我国重要的农业基地和世界级湿地，价值难以估量。近年随着自然和人为条件的双重改变，尤其是上游水库开发和湖区围垦，使得洞庭湖面积缩小、水文系统平衡打破，极大影响了其生态系统健康及其社会功能的发挥。作为水文过程的重要组成部分，湖区洲滩水土界面的水分运移直接影响着湿地优势种群结构的变化，也是对湖泊变化的直接响应，且缺乏相应的规律性认识。项目基于野外观测、概化试验和数值模拟的方法对变化条件下洞庭湖区洲滩水土界面水分运移规律及模拟进行研究。首先通过湖区实地观测，分析洲滩水土界面水分运移的主要影响因素，其次开展室内概化试验，研究变化条件包括水温、水位、土体等对水土界面水分运移的影响规律，最后构建洲滩水土界面水分运移数学模型，模拟不同断面的水分运移，并分析水分场与植被群落的耦合关系。研究成果可丰富浅水动力学、土壤水动力学的基本理论，为江湖治理、湿地保护提供技术支撑，有着重要的学科意义和实际价值。

项目通过实测水文资料和江湖河网数学模型预测结果分析了三峡工程运用后洞庭湖区的水文情势变化和洲滩演变，结合野外观测与调查，对洞庭湖区域生态水文状况、洲滩湿地水分分布特点及其生境演变进行了探索。开展了洞庭湖区洲滩水土界面水分运移实地观测资料数据分析，基于试验土槽装置系统研究了不同水头入渗条件下土壤水分场动态变化特性，构建水位动态变化条件下洞庭湖区洲滩水分运移模型。主要结论如下：.（1）三峡水库蓄水运用以来，2003年～2014年期间除特殊枯水年三口分流分沙比减小幅度较大外，其它年份三口分流分沙比无明显变化趋势，水库调蓄作用导致10、11月份城陵矶站月均水位明显减小，12月至次年3月份及5月份城陵矶站月均水位无明显变化趋势，4月、6月份有减小的趋势。.（2）洞庭湖区域洲滩水土界面的水分分布，其含水率大致有远离水边沿程减小的趋势，水边线附近含水率在40%～80%附近，在离水边线25m处含水率降至10%～40%范围内，同时，土体的中值粒径有远离水边沿程增大的趋势，且土体含水率与有机质呈现正相关关系。随着测点深度的增加，土壤水分含量也相应升高，并在一定深度之下水分含量趋于稳定。同时，监测井离河岸越近，其浅层（<50 cm）测点土壤水分含量波动越明显。水位变化对于不同深度的土体影响不同，对于浅层土壤水分含量有着显著影响，而对于深层土体则几乎无影响。.（3）概化土槽试验和水分运移模拟表明，在相同时间内，入渗水头越高，湿润锋垂直（水平）运移距离越大，垂直湿润锋的运移速度随入渗时间的增加有减少的趋势，最后逐渐趋于稳定，入渗水头越低，其对水分场影响越有限，尤其对垂直向上方向水分运移难度加大。.（4）洲滩生境演替的影响因素主要包括泥沙淤积、植被生长和人类活动等三个方面，其中，洞庭湖洲滩植物群落发展主要表现为河湖相沉积湖床裸地上的水生植被为起点的演替轨迹、湖相沉积湖床裸地的沼泽植物为起点的演替轨迹以及河相沉积湖床裸地的洲滩植物为起点的演替轨迹等三种演替轨迹。