三峡库区库中干流及支流水体夏季二氧化碳分压及扩散通量

以三峡库区库中干流以及主要支流——梅溪河为研究区,于2013年5月对该区域水体中溶解二氧化碳分压(pCO2)进行了走航观测.结果表明,夏季梅溪河表层pCO2为6.8~7.5 Pa,三峡库区库中长江干流表层pCO2为201.4~210.2 Pa.在库区干、支流交汇的过渡区水体剖面上,表层水体pCO2最低为53.5 Pa,随着水深增加,pCO2急剧增大,在3 m处达到约210Pa后基本保持不变.通过计算,库区支流梅溪河和库区干流表层水体的CO2释放通量分别为-7.48 mmol·(m2·d)-1和39.58 mmol·(m2·d)-1.结果表明,库区支流梅溪河表现为大气中CO2的"汇",而库区干流表现为CO2的"源",库区干、支流水体在CO2的释放上有显著差异.     

小浪底水库影响下的黄河花园口站和小浪底站pCO2特征及扩散通量

于2011年11月至2012年10月在黄河小浪底站和花园口站进行连续采样分析,根据亨利定律计算出表层水体二氧化碳分压(p CO2),研究了在小浪底水库"水沙调控"的影响下黄河花园口站和小浪底站表层水体p CO2特征及水-气CO2通量.结果表明,在小浪底水库正常调度期间,小浪底站表层水体p CO2在82~195 Pa之间,花园口站表层水体p CO2在99~228 Pa之间,且花园口站表层水体p CO2均高于同期的小浪底站;在小浪底水库调水调沙期间,两个水文站均表现为水库泄水期间的表层水体p CO2明显低于水库排沙期间的表层水体p CO2.无论是在小浪底水库正常调度期间还是在调水调沙期间,两个水文站表层水体p CO2均与DIC含量呈现显著的正相关关系.8、9月Ep CO2/AOU的比值高于生物好氧呼吸作用控制水体p CO2的理论下限0.62,因此8、9月生物好氧呼吸作用对水体p CO2的贡献比较明显.从全年来看小浪底站和花园口站平均水-气CO2扩散通量分别为0.486μmol·(m2·s)-1和0.588μmol·(m2·s)-1;在水库正常调度期间花园口站水-气CO2扩散通量明显高于同期的小浪底站;在小浪底水库调水调沙期间两个水文站均表现为水库泄水期间的水-气CO2扩散通量明显低于水库排沙期间的水-气CO2扩散通量.     

岩溶深水水库干流及支流夏季二氧化碳分压及扩散通量

以云贵高原岩溶深水水库——万峰湖为例,于2016年9月对该水库水体进行连续走航观测及分层采样,测定水体温度(T)、酸碱度(pH)、电导率(Cond)、总溶解固体物(TDS)、氧化还原电位(ORP)及碱度(ALK),通过水化学平衡原理及亨利定律计算水体二氧化碳分压(pCO_2).结果表明:干流表层pCO_2为128.84~222.51 Pa,均值为184.03 Pa;支流表层pCO_2为140.32~285.00 Pa,均值为216.78 Pa.剖面上,干流pCO_2为128.84~1076.81 Pa;支流pCO_2为140.32~657.23 Pa,干、支流剖面pCO_2随水深度增加而升高.TDS浓度为203.0~286.7 mg·L-1,溶解无机碳(DIC)浓度为2.56~3.37 mmol·L-1.相关分析表明:水体pCO_2与ORP呈显著正相关,分析认为受水生生物作用影响,水生生物消耗表层溶解CO2使表层水体pCO_2较低.同时,pCO_2与TDS、DIC呈正相关,说明万峰湖流域内溶蚀作用控制的河流碳酸盐体系是影响水体pCO_2的主要原因.干、支流水体pCO_2处于过饱和状态,成为大气CO2的源.根据Wanninkhof提出的淡水水-气界面交换系数的通量模式,估算干、支流水-气界面CO2交换速率分别为0.16、0.19μmol·m-2·s-1,其扩散通量干流为9.77~20.84 mmol·m-2·d-1,均通量为15.30 mmol·m-2·d-1;支流为11.55~27.88 mmol·m-2·d-1,均通量为19.72 mmol·m-2·d-1.与世界其它河流、水库相比较,水库干、支流二氧化碳扩散通量比热带地区河流Amazon、Curua-Una、Tucurui小;与温带地区黄河相比,扩散通量要大;与亚热带岩溶区水库相比差异不明显.     

岩溶区地下水补给型水库表层无机碳时空变化特征及影响因素

为更深入地认识岩溶区地下水补给型水库表层无机碳的循环过程,于2014-07-12~2014-07-20期间,以广西上林县大龙洞岩溶水库表层水体为研究体系,对无机碳循环研究的重要指标进行定点观测和高密度的昼夜监测.结果发现:1从上游到下游DIC含量和水体p CO2值逐渐增加[DIC(平均):122.88 mg·L-1增至172.02 mg·L-1,p CO2(平均):637.91×10-6增至1 399.97×10-6],δ13CDIC值逐渐偏负[δ13CDIC(平均):-4.34‰降至-6.97‰].2库区均为大气CO2的源,CO2交换通量在7.11~335.54 mg·(m2·h)-1之间,平均125.03 mg·(m2·h)-1,上游和下游地区CO2交换通量较大[平均131.73 mg·(m2·h)-1、170.25 mg·(m2·h)-1],中游狭窄地区CO2交换通量较小[平均116.05 mg·(m2·h)-1].3表层水体p CO2值和水-气界面CO2交换通量存在晚上升高,白天降低的昼夜变化规律,且与叶绿素a(Chla)呈负相关关系.分析认为:1大龙洞水库表层水体DIC含量、δ13CDIC值和水体p CO2的空间分布主要受浮游植物浓度、浊度、电导率、水深、透明度等的影响,而水-气界面CO2交换通量除了受浮游植物浓度空间变化的影响外还受风速的影响.2浮游植物昼夜垂向运动及光合作用和呼吸作用昼夜变化控制着水库表层水体溶解性无机碳的昼夜循环过程.     

三峡水库不同运行状态下支流澎溪河水-气界面温室气体通量特征初探

水电是具有显著减排效益的清洁能源形式,但水库潜在的温室气体效应近年来备受关切,在一定程度上影响了人们对水库清洁能源属性的认识.本研究分别于2010年8月水库低水位运行期及12月高水位运行期,对三峡库区典型支流——澎溪河上游温泉至下游双江6个沿程断面进行水样的采集及温室气体通量的监测研究.结果表明,在河流纵向上,表层水体水温、pH逐渐沿程增加,而CO2分压(pCO2)和碱度(TA)则有相反趋势.在低水位的8月,开县以下断面CO2通量为负,且浮游植物可能是控制水体CO2通量及营养盐的关键因素之一.澎溪河回水区CO2通量相对天然河道背景断面(温泉)平均降低了3.26 mmol.(m2.h)-1,而CH4通量却大幅度增加了.在高水位运行的12月,澎溪河各断面均为CO2释放通量,CH4通量相比低水位则明显降低.相比较天然河道的温泉断面,澎溪河回水区在高水位运行状态下CO2与CH4通量分别增加了4.16mmol.(m2.h)-1和0.007 mmol.(m2.h)-1.初步的净通量分析发现,该水域较加拿大实验水库的净通量特征低.     

三峡库区典型河流水-气界面CO2通量日变化观测及其影响因素分析

为研究河流水-气界面CO_2通量的季节和日变化特征;于2016年7月15～17日以及2017年11月4～6日对三峡库区嘉陵江支流竹溪河进行定点定时采集表层水样,并同步监测关键环境因子,采用亨利定律结合薄边界层模型计算其水-气界面CO_2通量F(CO_2).结果表明,竹溪河表层水CO_2分压p(CO_2)及界面CO_2脱气通量呈现出显著的日间和季节变化,以及明显的日内变化特征:在上午09:00前后达到释放高峰,随后波动下降;水-气界面CO_2通量日间均值分别为(100. 9±31. 6)、(78. 6±12. 1)、(83. 9±29. 7)、(137. 5±42. 1)、(147. 6±34. 0)、(132. 4±21. 7) mmol·(m~2·d)~(-1);并表现出夏季表层水体CO_2释放通量明显低于秋季,其均值分别为(87. 8±27. 5) mmol·(m~2·d)~(-1)和(139. 2±34. 0) mmol·(m~2·d)~(-1);总体表现出大气CO_2源的特征.竹溪河p(CO_2)和F(CO_2)受到诸多环境因子的影响,相关分析表明,pH、碱度、水温和气温是主要环境影响因子,CO_2释放通量可以用pH和碱度预测.     

重庆西部山区典型湖泊水-气界面CO_2交换通量及其影响因素

为了解我国西南山区湖泊水体CO2的释放/吸收特征,于2017年7月对重庆西部山区典型9个湖泊表层水体溶解性无机碳进行调查,并同步监测关键环境因子,运用薄边界层法和静态箱法对其水-气界面CO2通量(FCO2)进行比较研究。结果表明,渝西山区湖泊夏季表层水pCO2介于2.1~45.0Pa之间,均值为(18.1±12.1)Pa;模型法和静态箱法计算的CO2通量均值分别为(-8.0±2.9)、(-3.4±3.6)和(-7.1±22.3)mmol·(m2·d)-1,总体表现出大气CO2汇的特征。水体pCO2和FCO2与关键环境因子的相关分析,表明表层水pCO2和FCO2与风速和ORP显著正相关,与pH显著负相关。     

三峡库区丰水期表层水中酚类的分布特征及潜在风险

采用GC/MS技术对三峡库区干流及22条支流的47个表层水样中的15种酚类化合物进行分析,结果表明库区干流和支流表层水样中酚类总浓度的几何均值分别为52.47和87.99 ng.L-1.干流和支流中非氯酚类总浓度的几何均值均大于氯酚类,库区表层水以非氯代酚组分为主.苯酚、邻甲酚和2-硝基酚是库区干流水样中主要的酚类,分别占干流Σ酚类的79.1%、3.7%和3.6%.苯酚、邻甲酚、2,6-二氯酚和2-硝基酚是库区支流水样中的优势污染物,分别占支流Σ酚类的77.5%、5.4%、3.8%和2.2%.本研究中苯酚和2-硝基酚的检出浓度与《国家污染物环境健康风险名录》中的标准限值相比较,远低于可能导致生物毒性危害的标准限值,与国内外其他地区水体中苯酚含量相比也处于较低污染水平,说明表层水样中苯酚与2-硝基酚污染给研究区水环境带来的潜在风险较小.     

新安江水库二氧化碳排放的时空变化特征

新安江水库是我国华东地区最大的水库,面积580 km2,平均深度30 m,水库水体处于中贫营养状态.为了研究新安江水库中CO_2排放的时空变化特征,2014年12月至2015年12月采用静态浮箱法收集水库表面以分子扩散方式排放的CO_2,使用气相色谱仪分析CO_2浓度.结果表明,新安江水库CO_2排放通量从上游入库河流[(120.39±135.41)mg·(m~2·h)~(-1)]至库区主体[(36.65~61.94)mg·(m~2·h)~(-1)]呈下降趋势,而大坝下游河流中CO_2排放通量[(1 535.00±1 447.46)mg·(m~2·h)~(-1)]显著增加,约分别是上游入库河流和库区主体的13倍和25~42倍.但随着与大坝距离增加,大坝下游河流中CO_2排放通量显著下降,如7 km处的CO_2排放通量仅为出库水体处的20%.在库区主体中,CO_2排放通量具有明显的季节变化:CO_2排放通量在秋、冬季时为正值,最大值出现在冬季(12月或1月),说明此时库区表层水体是CO_2排放源;而CO_2排放通量在春、夏季为负值,最小值出现在春季(3、4或5月),说明此时库区表层水体是CO_2吸收汇,这可能与春、夏季时水体中藻类繁殖有关.所以,在调查水库表面CO_2排放时,应对水库的上游入库河流、库区主体和坝下河流进行全面长期的观测,才能避免低估水库中CO_2排放总量.     

库湾营养盐循环对三峡库区营养盐输运的影响:以草堂河为例

三峡水库蓄水后,库区众多支流下游形成库湾回水区,这些库湾回水区是库区水环境调整最为活跃的地区.为了探究支流库湾对于库区生源要素循环及物质通量的作用和意义,于2012年8月~2013年7月对草堂河库湾、相邻干流、支流上游水体中溶解态无机氮(DIN)、溶解态无机磷(DIP)、溶解态硅酸盐(DSi)的时空分布进行逐月现场观测.结果表明,草堂河库湾回水区营养盐的浓度与库区干流相近,二者的月变化趋势也高度一致.干流输入是库湾DIN、DIP、DSi的主要来源.草堂河库湾与干流连通性很好,干支流水体交换迅速且充分,其影响可到达库湾回水区的末端.春、夏季,干流输入的营养盐通过表层生产力在库湾截留,秋、冬季库湾中的营养盐释放并输送到干流.营养盐在库湾的这种循环过程,在一定程度上改变了库区干流不同季节营养盐输送的节律.库区支流库湾众多,其对干流物质通量的季节调配作用不容忽视.     

融冰期与非融冰期水库CO2逸出昼夜变化及CO2分压影响因素研究

以位于黄土高原北洛河流域的南沟水库为研究对象，采用Li-850静态箱法，于融冰期（3月）、非融冰期（5月）对水体CO₂分压（p（CO₂））和水-气界面CO₂逸出（F（CO₂））分别进行了5 d 40次昼夜监测，同时测定了各种水体理化指标，着重对比了水体p（CO₂）在两个时期间的差异和两时期内的昼夜变化特征，系统分析了水体p（CO₂）的影响因素.结果表明：融冰期p（CO₂）（（324.8±59.4）Pa）比非融冰期（（124.9±14.1）Pa）高出近3倍，差异性显著（p<0.05），但两个时期内昼夜p（CO₂）值并无显著性差异（p>0.05）；水体p（CO₂）与水温、pH、叶绿素（Chla）、溶解氧（DO）呈显著负相关，与溶解无机碳（DIC）、溶解有机碳（DOC）呈显著正相关，水体p（CO₂）受流域碳酸盐体系和水温影响最大，相关系数分别达0.92和-0.91，光合呼吸作用的影响其次；研究区小水库F（CO₂）范围为101~1589 g·m^-2·a^-1，是大气持续碳"源"，其平均排放量与个别温带、亚热带小型水库接近，但低于热带水库.     

三峡库区万州段河流水-气界面CO2通量支干流对比及影响机制初探

以三峡库区万州段干流及典型支流澎溪河为研究对象,监测2019年4～9月水华期间水体中CO₂浓度以及12个环境指标,估算水-气界面CO₂通量并进行支干流对比.将12个环境指标分为气候因子、水环境因子、碳源因子、营养因子和沉积物因子,探讨5类因子对CO₂通量的影响途径和贡献率,进一步为控制水库温室气体排放提供数据积累和理论支持.结果表明,监测期间内高阳、黄石和万州平均CO₂通量分别为（1.445±1.739）、（3.118±2.963）和（2.899±1.144）mmol·（m²·h）^-1,表现为:澎溪河支流高阳<干流万州<澎溪河支流黄石.从变化幅度来看,支流水体CO₂通量变幅较大,干流水体变化幅度则相对较小,是较稳定的CO₂"源".长江干流作为陆地向海洋的生源物质运输枢纽,相比其支流碳含量和流速更高,这使得通常情况下干流CO₂通量大于支流.但水文情势的不同使得同一支流不同点位CO<...     

中国西南三江流域风化的季节性变化特征

青藏高原的风化可能影响着全球碳循环和长时间尺度气候变化,其风化速率和影响机制一直受到科学界的关注。本研究对发源于青藏高原东部的三江——金沙江、澜沧江和怒江干流进行每月两次,为期一水文年的定点观测研究。结果表明三江水样的pH总体呈弱碱性,水中主要阴阳离子组成和TDS变化明显并且都有明显的季节性变化特征。本研究首先用正演模型评估了不同端元对三江水化学的贡献比例,并估算出金沙江石鼓以上、澜沧江维登以上和怒江六库以上流域的净CO2消耗速率分别为76.3×103 mol/(km2·a)、238.9×103 mol/(km2·a)和189.3×103 mol/(km2·a),雨季净CO2消耗速率可达旱季的2~4倍;反演法估算出的净CO2消耗速率与正演法的相差均在25%以内,表明估算结果的可靠性。     

三峡库区主要河流秋季pCO2及其影响因素

于2015年10月对三峡库区主要河流表层水体中的溶解性碳组成进行了测定,结合水文地质条件和水化学关键指标,对河流表层水体二氧化碳分压(p CO_2)的空间变化及影响因素进行了研究,并利用模型法分析了水-气界面CO_2通量特征.结果表明,三峡库区主要河流秋季pCO_2介于18.75~296.31 Pa之间,均值为(141.06±77.51)Pa;河流CO_2脱气通量平均值为(101.1±78.0)mmol·(m2·d)-1,其中86%的采样点位表现为大气CO_2源的特征.p CO_2与DO和pH显著负相关,与HCO-3显著正相关.由于山区河流流速快和水力停留时间短等特征,河流有机碳原位呼吸是导致p CO_2与DO和pH很强的负相关关系的主要原因.研究结果为准确估算三峡库区河流CO_2逸出量提供了重要的数据支撑.     

重庆西部山区典型湖泊水-气界面CO2交换通量及其影响因素

为了解我国西南山区湖泊水体CO_2的释放/吸收特征,于2017年7月对重庆西部山区典型9个湖泊表层水体溶解性无机碳进行调查,并同步监测关键环境因子,运用薄边界层法和静态箱法对其水-气界面CO_2通量[F(CO_2)]进行比较研究.结果表明,渝西山区湖泊夏季表层水p(CO_2)介于2.1~45.0 Pa之间,均值为(18.1±12.1) Pa;模型法和静态箱法计算的CO_2通量均值分别为(-8.0±2.9)、(-3.4±3.6)和(-7.1±22.3) mmol·(m2·d)-1,总体表现出大气CO_2汇的特征.水体p(CO_2)和F(CO_2)与关键环境因子的相关分析,表明表层水p(CO_2)和F(CO_2)与风速和ORP显著正相关,与pH显著负相关.     

韩江流域河水地球化学特征与硅酸盐岩风化——风化过程硫酸作用

流域岩石化学风化是全球碳循环的重要环节之一,硅酸盐岩风化过程消耗大气CO_2,是在地质时间尺度上调节大气CO_2浓度的重要机制。本工作在对我国东南花岗岩地区流经典型的硅酸盐岩地质背景河流——韩江流域河流水化学组成研究的基础上,分析和定量计算了河流水体主要物质来源,并对硫酸参与岩石风化和碳循环过程的作用进行了分析,进而对韩江流域岩石风化速率及其大气CO_2消耗通量进行了估算。结果表明,韩江流域河流主离子组成主要来源于硅酸盐岩和碳酸盐岩风化,并计算得出约41%的硫酸根离子来自于大气降水;流域碳酸盐岩的风化速率为21.7 t/(km~2·a),硅酸盐岩为18.9 t/(km~2·a)。硫酸参与岩石风化提供的离子贡献占流域岩石风化提供总离子量的65.9%;流域风化带来的CO_2消耗速率被高估了约61%。     

湿热流域化学风化与水化学组成季节变化——以西枝江流域为例

为研究湿热中小流域岩石化学风化与化学径流组成的关系，选取硅酸盐岩为主的东江一级支流西枝江流域，分别于2011年1月和7月采集干流和支流水样品并测量其化学组成，运用图解法和正演模型对西枝江流域水化学组成进行分析和定量计算。结果表明，Na⁺和HCO₃^-为西枝江流域水体的主要阳离子和阴离子，两者分别占总阳离子和总阴离子的55%以上。硅酸盐矿物的化学风化对水体阳离子的贡献最大（45.8%），其次是人类活动和碳酸盐矿物风化的贡献（分别是24.7%和22.0%），大气输入对阳离子的贡献相对较少（7.5%）。受碳酸盐矿物风化和人类活动影响较大的支流水化学组成季节变化较大，受硅酸盐矿物化学风化影响的河流水化学组成季节变化不明显。西枝江流域硅酸盐矿物和碳酸盐矿物化学风化速率分别是8.27和56.95 t/（km²·a），二者化学风化对大气CO₂的消耗速率分别为0.80×10⁵和8.52×10⁵ mol/（km²·a）。     

太湖水-气界面CO2交换通量观测研究

基于2003-01～2005-06利用静态箱法对太湖水-气界面CO₂交换通量的观测,对太湖水-气界面交换通量的变化特征进行了分析研究.结果表明:太湖水-气界面CO₂交换通量存在明显的日变化,春、夏、秋、冬4季日平均通量分别为-0.79mg/(m²·h)、-4.89 mg/(m²·h)、-4.06 mg/(m²·h)和-2.56 mg/(m²·h),太湖均是CO₂的汇.一般污染越重的区域,CO₂通量值越大.藻型湖区水-气界面CO₂交换通量季节变化不明显,草型湖区水-气界面CO₂交换通量季节变化很明显,夏秋季高,冬春季低.CO₂通量变化的可能相关因子还有天气情况、太阳辐射、风速及水温、pH、TA、Chla、TC、TN和TP等.