变化环境下洞庭湖基于水文情势-生态响应耦合机制的水文阈值优化研究

Hydrological regime is one of the important factors in determining the structure and function of wetland ecosystem. The coupling mechanism of hydrological regimes and eco-environment is a hot issue in the field of hydrological and ecological research, and it gets a lot of attention especially under the background of changing environment. This project takes Dongting Lake as a typical study area, aiming at providing the basis theory for the wetland eco-environment protection under the background of changing environment. This project selects vegetation, fish, and water birds as the index of ecological indicators while it selects water level, streamflow and flow rate as the index of hydrological regime. Mathematical statistics and mathematical modeling are applied to quantitatively analyze the coupling mechanism of hydrological regimes and ecological response. Based on the coupling mechanism, the thresholds of the key hydrological variables are identified from the perspective of maintaining wetland ecological health and ecosystem integrity protection. Lastly, an effective hydrological model will be established to simulate the hydrological processes with different climate scenarios according to the fifth assessment report of Intergovernmental Panel on Climate Change, and optimize the thresholds of hydrological variables. This result of this project will enrich the hydrology-ecology mechanism, and provide hydrological regulation guidance for protecting Donting Lake.

水文情势是决定湿地生态系统结构或功能的重要因素之一。水文-生态的耦合作用是当前水生态研究领域的一个热门问题，尤其是在气候变化环境背景下受到了很多的关注。本项目以洞庭湖为典型区域，深入研究水文-生态的耦合机制，旨在为变化环境背景下湿地生态环境保护提供理论依据。在未来变化环境背景下，以植被、鱼类、鸟类为生态目标指示物，水位、径流量、流速为水文情势指标，采用数理统计、建模等方法定量剖析水文情势-生态响应的耦合关系；从维持湿地生态健康及生态系统完整性保护的角度出发，基于水文与生态间的耦合机制，进行关键生态水文阈值综合研究；最后，建立有效的生态水文模型，结合联合国政府间气候变化专门委员会第五次评估报告的典型气候情景，模拟不同的情景下的湿地水文过程，并对研究得到的水文阈值进行模拟优化。本项目将丰富湿地水文与生态的耦合机制，并为变化环境下洞庭湖保护工作提供水文调控指导。

水文情势是决定湿地生态系统结构或功能的重要因素之一。水文-生态的耦合作用是当前水生态研究领域的一个热门问题，尤其是在气候变化环境背景下备受关注。本项目以洞庭湖为研究区域，分析变化环境下洞庭湖湿地水文情势及水生态演变规律；采用MaxEnt模型和ArcGIS可视化预测了在未来气候变化情景下湿地鸟类适宜性生境的变化和转移；结合结构方程模型和中心组合设计的响应面分析，研究提出变化条件下基于水文情势-生态响应的湿地保护水文阈值，旨在为变化环境背景下湿地生态环境保护提供理论依据。研究结果表明，城陵矶站水位在7-10月降低幅度较大，相应的湖区水面面积明显减小，尤其是9-10月长江中下游干流流量减少，湖区水位有所下降，从而导致湿地景观结构发生改变，湿生植被面积增加、水生植被面积缩小；近年来，洞庭湖越冬候鸟总数呈上升趋势，但种群结构发生了变化；洞庭湖鱼类种类数有一定下降，主要表现在洄游性、半洄游性鱼类比例下降；在变化环境的影响下，洞庭湖流域鸟类生境质心呈明显的偏倚趋势，生境逐渐由以前的带状分布演变为团状分布，且在2050年RCP2.6、RCP4.5排放情景下，适宜生境面积有所下降；水位、径流量通过影响洞庭湖退水时间和食物资源可利用性进而间接影响到湿地鸟类；洞庭湖的退水情况存在空间分布差异，非季节性的提前或晚退水对鸭科鸟类的多样性产生了负面影响，尤其是对小白额雁；基于中心组合设计的响应面分析，提出了变化环境下洞庭湖枯水期的最小保证水位和径流量分别为23.05m和3627.55m3/s。