模糊数学在香溪河库湾富营养化评价中的应用

三峡水库蓄水后,部分支流库湾水体富营养化严重。以香溪河库湾为例,采用模糊数学评价法,通过引入隶属度的概念,对该库湾2010年全年不同断面水质进行富营养化评价,同时与综合营养状态指数评价法比较。结果表明:2种方法结果存在一定差异,但均反映了2010年香溪河库湾处于中营养化至重度富营养化,春夏季富营养化情势较其他季节严重,库湾上游处于中度富营养化,4月上游甚至为重度富营养化,下游处于轻度富营养化;秋冬季库湾营养状态分布较均匀,为中营养和轻度富营养化。该结果与实地观测结果相符。由此可见,模糊数学评价法较好的反映水质级别的模糊性与连续性,以及各因子共同作用下的水质状况,可在三峡水库支流库湾富营养化评价中得到应用。     

三峡水库营养状态评价标准研究

采用一维水力学模型和30年的系列水文数据,计算了三峡库区干流及其主要支流在不同来水条件下的月滞留时间和月平均流速,通过统计不同类型滞留时间和流速的发生概率,综合计算了库区的富营养化敏感指数,对三峡库区水体的敏感类型进行了划分,将库区水体分为河流型、过渡型和湖泊型3种.根据三峡水库营养状态调查结果,统计分析了过渡型和湖泊型水体的营养指标分布概率、富营养化阈值及其与叶绿素a的回归关系,确定了库区过渡型和湖泊型2种水体的营养指标分级标准值,提出了三峡水库营养指标指数值的确定方法和权重大小,对三峡水库不同类型敏感区的营养状态进行了综合评价,分析了评价结果与同期监测的浮游植物密度的相互关系,从而对三峡水库的评价标准和评价方法的科学性进行了验证.结果表明,三峡水库富营养化敏感程度从库尾至库首逐渐增加,三峡库区长江在银杏沱以上江段为河流型水体,在银杏沱至坝前江段为过渡型水体,位于丰都县以下的支流的回水区以湖泊型水体为主.分别制定了三峡水库过渡类型区和湖泊类型区的营养状态标准值,依据该标准所开展的营养状态综合评价结果与浮游植物数量具有显著的相关性,其中湖泊类型区的营养化程度高于过渡类型区,与三峡水库的现实状态相符合.     

三峡库区蓄水后支流回水段富营养化研究

为掌握三峡水库蓄水后支流回水段的营养特征及其变化情况，2004年4月分别对大宁河、神女溪、抱龙河与大溪河回水段水体进行了富营养化调查和监测，调查监测的项目包括透明度、总氮、总磷、高锰酸盐指数和叶绿素a等重要指标。并运用综合营养状态指数法对监测结果进行了评价与相关性分析，初步研究了支流回水段水体的水质状况。结果表明库区支流回水段的营养盐浓度并不比长江干流高，但库区支流回水段的中下游区域已经发生了轻度富营养化；相关公式的建立有助于掌握支流回水段的水质状况；叶绿素a与氮、磷等营养盐呈现较好的正相关关系，与透明度和电导率则呈较显的负相关关系。     

三峡水库成库后支流库湾营养状态及营养盐输出

三峡水库成库后,对受成库影响的12条主要支流库湾营养状态及营养盐输出状况进行了初步研究.结果表明,支流库湾总氮(TN)、总磷(TP)、高锰酸盐指数、叶绿素a含量和透明度差异较大,透明度范围为0.10～3.5 m,TN含量范围为0.535～7.47 mg·L-1,TP含量范围为0.016～0.835 mg·L-1,高锰酸盐指数范围为1.55～5.88 mg·L-1,叶绿素a范围为1.38～23.7 mg·m-3.支流受到不同程度污染,水体中N含量丰富,部分次级河流富营养化的限制因子为P.利用相关分析方法,分析了叶绿素a与营养盐之间的关系,叶绿素a与高锰酸盐指数呈显著正相关(r=0.6242,p＜0.01).利用综合营养状态指数法评价了次级河流富营养化程度,结果表明,5月和6月份分别有5条和8条支流达到富营养化水平,其余河流为中营养.三峡水库蓄水后,支流库湾的富营养化程度较成库前严重.12条次级河流排放TN、TP、高锰酸盐指数和NH4 -N分别为668、26.7、890和99.2 g·s-1.三峡水库完工后,因支流库湾区水体流速进一步减缓,富营养化趋势将加重.     

三峡水库支流水体富营养化现状及防治策略

三峡水库蓄水以来,受干流回水顶托的影响,支流回水区由天然河流演变为库湾,水体自净能力大幅下降,自2003年起库区多条支流富营养化严重并多次发生水华。三峡水库实施175 m蓄水以及受上游新建水库的影响,库区支流水文条件改变,富营养化程度进一步加重。综合了2010年起实施175 m蓄水后连续7年库区支流富营养化状态的相关研究资料,对库区水体富营养化现状及评估预测方法进行分析,结合库区污染源及污染处置情况探讨了库区支流富营养化发展趋势,并对富营养化防治策略提出了相关建议,以期为三峡库区富营养化综合治理,确保水环境安全提供指导。     

三峡水库支流营养状态评价方法

综合应用国内外湖库营养控制标准的制订方法的基础上,提出了湖泊富营养化评价的综合营养指数校验法,并对三峡库区支流进行了富营养化评价.结果显示,调查期间,30条支流中,19条支流的平均营养状态指数为富营养化水平,11条支流的平均营养状态指数为中营养水平.4～9月各支流的平均综合营养状态指数值均达到富营养化水平,8月份出现最大值(55.43),显示春、夏季节库区支流发生富营养化的风险较高,应为控制库区富营养化发生的敏感时期.与目前国内传统的由"七五"期间调查的26个湖泊总结得出的"湖库富营养化评价方法及分级技术规定"的评价方法相比,综合营养指数校验法的评价结果比较符合三峡水库支流的实际水质状况,适用于三峡水库支流的富营养化评价.     

三峡水库干流倒灌对支流库湾营养盐分布的影响

三峡水库蓄水后,库区普遍存在干流水体倒灌支流的现象。为探明干流倒灌对支流库湾水动力学特性及其营养盐分布的影响规律,于2010年对库区4条典型支流库湾水流速度、水深、总氮(TN)、总磷(TP)等进行了监测。监测结果表明,干支流以异重流形式进行水体交换;大宁河、磨刀溪、小江3条支流库湾水体TN、TP浓度均低于干流水体;香溪河库湾水体TN浓度同样低于干流水体,但库湾上游水体TP浓度高于干流水体;受干流倒灌影响,支流库湾水体主要营养盐空间分布不均,营养盐浓度高的干流水体倒灌进入库湾,对其影响范围内的支流水体的营养盐起到补给作用。     

三峡库区蓄水后支流回水段富营养化研究

2004年4月期间分别对大宁河、神女溪、抱龙河与大溪河回水段水体进行了富营养化调查和监测,并运用综合营养状态指数法对监测结果进行了评价与相关性分析,初步研究了支流回水段水体的水质状况.结果表明库区支流回水段的营养盐浓度并不比长江干流高,但库区支流回水段的中下游区域已经发生了轻度富营养化;相关公式的建立有助于掌握支流回水段的水质状况;叶绿素a与氮磷等营养盐呈现较好的正相关关系,与透明度和电导率则呈较显著的负相关关系.     

河道型水库支流库湾营养盐动态补给过程

河道型水库支流库湾营养盐季节变化直接决定支流藻类群落结构的演替及初级生产力变化过程.为分析三峡水库支流香溪河库湾主要营养盐来源对营养盐季节性变化的影响,基于2010~2011年香溪河库湾野外监测数据,选取干、支流差异显著(P0.01)的常量离子Cl-和Na+作为水团混合示踪离子,采用二元线性混合模型计算不同时期营养盐各来源的贡献率.结果表明,在枯水运行期(11月~次年2月)和汛后蓄水期(9~10月)时,长江干流对支流库湾营养盐贡献率超过75%,干流倒灌为库湾营养盐主要来源;在汛前泄水期(3~5月)和汛期(6~8月)时,干流倒灌和上游来水的贡献率差异缩小,库湾营养盐来源需考虑两者共同的影响,但干流倒灌仍占据优势.上游来水磷营养浓度相对较高,而长江干流氮、硅营养盐浓度较高,不同时期香溪河库湾分层异重流模式不同,库湾营养盐各来源的贡献率也随之改变,因此库湾营养盐在水库不同运行时期呈现出规律性变化.     

香溪河流域水生态系统健康评价

随着人们环境保护意识的增强,河湖生态保护与修复成为社会关注的热点问题,科学的生态健康诊断则是有效进行河湖治理的前提.香溪河作为三峡水库典型支流,探究其水生态系统健康对于长江生态保护具有十分重要的意义.通过收集整理香溪河干支流的生物与生境数据,构建了涵盖水环境、水生生物、物理栖息地三方面共16项指标的水生态系统健康评价指标体系,综合运用专家判断法和熵权法确定评价因子权重,采用河流健康指数（RHI）表征香溪河流域水生态系统健康状况.结果表明:①2017年三峡水库蓄水期香溪河流域水生态系统整体健康水平为良好,优和良等级占比分别为12.5%和79.2%.②健康状况呈现出支流优于干流、非回水区优于回水区的空间分布特点,具体表现为支流南阳河>支流古夫河>支流高岚河>香溪河干流.干流水环境问题相对突出,而支流的河流连通性相对较差.③库湾健康状况的年内变化特征为冬季最好,春秋季次之,夏季最差.研究显示,该评价体系能准确地评估香溪河流域水生态健康状况,同时需重视三峡水库支流库湾的水环境治理.      

湖库富营养化敏感分级指数方法研究

对富营养化敏感度进行定量评估,涉及的指标往往不只一个,为此,采用多指标的无量纲化及标准化处理,提出了一种湖库富营养化敏感分级的开放性定量指标--河湖指数(RLI).结果表明,RLI可以评估湖库不同区域水体的动力状态的差别,为湖库不同分区水体富营养化敏感程度的识别提供了新的方法.以三峡水库为实例,阐述了河湖指数(RLI)的构建形式、计算步骤,指标的取舍和使用方法.三峡水库分级结果说明,该方法采用的月尺度指标对三峡水库各支流的分级是有效的.      

基于延拓盲数的湖库水体富营养化评价模型

基于湖库水环境系统随机性、模糊性、灰性、未确知性等多种不确定性共存或交叉存在的特点,将延拓盲数引入水体富营养化评价,通过与综合营养状态指数方法的综合集成,构建了湖库水体富营养化评价延拓盲数模型和等级识别模式,并将其应用于巢湖塘西河河口水体富营养化评价.结果表明:塘西河河口水体处于重富营养化状态,可信度超过0.86(即86%),且在模糊截集水平α=0.8情形下,综合营养状态指数期望值达79.34,属于重富营养等级.实例研究证明了新构建模型对于不确定性条件下湖库水体富营养化评价的适用性和有效性.     

三峡工程库区巫山段干支流水质变化分析研究

文章采用巫山县环境监测站2002年到2008年监测资料,对三峡工程蓄水后库区巫山段水质进行了评价与分析。结果表明：蓄水后三峡库区长江干流巫山段总体水质良好;未受到重金属、石油类和挥发性酚类物质污染;总氮和总磷指标偏高;水体处于中营养状态水平。蓄水后一级支流总磷、总氮指标升高,水质类别上升,水质有恶化的趋势;水流变缓,气候条件和营养盐浓度适宜,在一级支流回水敏感区的部分河段爆发了“水华”,富营养化的潜在风险升高。在营养水平和气候条件相当的情况下,支流回水区常爆发“水华”而干流未出现“水华”现象,说明水动力条件是发生水体富营养化的主要诱发因子。     

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.     

干流倒灌异重流对香溪河库湾营养盐的补给作用

三峡水库蓄水以来,其支流库湾每年均暴发严重的春季水华.为研究三峡水库支流营养盐受干流的逆向影响,于2010年对三峡水库库首区域最大的支流香溪河库湾水流特点及总氮、总磷的时空动态分布进行了详细监测.研究发现库湾水体表现为分层异向流动,存在明显的倒灌异重流现象,分别以表、中、底3种形式倒灌入香溪河库湾;特定的水流特性为库湾营养物质的运输提供了水动力基础,香溪河河口处由干流倒灌输入总氮、总磷的平均瞬时通量分别为501.92 g.s-1、48.17 g.s-1,在2010年干流倒灌输入香溪河库湾的总氮、总磷污染负荷分别占总量的43.4%、21.5%.结果表明,倒灌输入的总氮、总磷占有很大的比例,同时加强三峡水库支流及干流上游流域污染控制才是有效控制支流水华发生的根本途径.     

三峡水库支流回水河段氮磷负荷与干流的逆向影响

通过分析三峡库区大宁河回水河段氮磷的来源、数量及时空特征,研究三峡水库成库初期和稳定运行期,次级支流回水段受干流的逆向影响.结果表明,成库初期,支流回水段的氮磷分配特征初步呈现干流逆向影响效应,分别有19.05%TN、28.93%TP源于干流倒灌输入;由于干流顶托作用,氮磷呈现具峰值的空间分布特征.在稳定运行期,支流回水段的氮磷来源及数量将明显受干流逆向影响,在其中的藻类适宜生长期,大宁河回水段干流倒灌输入的TN、TP分别高出上游径流输入近3倍、10倍,明显高于成库初期.当运行水位从145m升至175m时,支流回水段纳受干流倒灌输入的TN、TP可分别达15484.99、1185.75t.研究表明,干流逆向影响可能加剧三峡水库水体的富营养化.     

基于层次分析法的香溪河库湾水质综合评价

三峡水库自2003年蓄水以来,库区支流水体污染和富营养化问题较为严重。以香溪河库湾为例,对该库湾的5个重要监测断面开展了为期1年的采样实验,从而了解香溪河库湾水质现状。应用层次分析法(AHP)通过对一年四季和TN、TP、Chl.a、CODMn、SD共5项检测指标进行水质综合评价。结果显示:2014年香溪河库湾平均水质现状为污染状态,呈富营养,库湾上游与河口污染程度较中游稍严重,AHP分析结果与监测情况基本相符。该结果表明AHP法应用于香溪河库湾水质评价行之有效,在三峡水库具有重要应用价值。此外,香溪河库湾目前水质虽然达到总体规划的Ⅲ类水质目标,但有恶化的趋势,因此需做好长期生态监测研究,改善水质。     

三峡库区典型干-支流相互作用过程中的营养盐交换:以梅溪河为例

三峡水库建成以后,梅溪河库湾多次发生水华现象,为研究干流水体倒灌对库湾营养盐的影响,于2012年8月至2013年7月对受干流回水影响的梅溪河进行了详细的现场监测.结果表明,三峡水库在不同的水位调度时期,梅溪河库湾水体均表现为分层异向流动;受长江干流倒灌影响,梅溪河库湾营养盐分布季节变化显著,DIN的年倒灌净通量约为5 478.02 t,DIP的年倒灌净通量约为234.04 t,DSi的年倒灌净通量约为5 935.22 t,长江干流每年对梅溪河DIN、DIP、DSi的补给量分别约为源头输入量的2.37倍、4.32倍和1.33倍;干流倒灌对库湾营养盐分布的影响不仅局限在河口区域,对梅溪河中上游的营养盐分布也将造成影响,干流倒灌对库湾P的补给将对库湾P限制起到缓解作用,为藻类的暴发提供必要条件.     

三峡水库低水位运行时干流回水对支流水环境的影响

三峡水库干流回水对支流水环境的影响研究对水库支流富营养化防治及保障水库水质安全具有重要意义.通过2016年8月7～12日三峡水库低水位运行时对库区长江干流和主要支流进行采样和室内分析,初步揭示了三峡库区低水位运行时水库水体的水化学特征和研究了干流回水对主要支流水化学特征的影响.结果表明,对于EC值变化范围,干流为291～336μS·cm~(-1),支流不受干流回水影响水体为183. 7～518μS·cm~(-1),受干流回水影响水体为267～330μS·cm~(-1),接近干流.对于氢氧同位素特征δD值和δ~(18)O值分布范围,干流为-81. 60‰～-75. 16‰和-11. 57‰～-10. 26‰,支流不受干流回水影响水体为-59. 94‰～-43. 67‰和-9. 00‰～-6. 04‰,受干流回水影响水体为-77. 85‰～-50. 75‰和-11. 06‰～-7. 33‰,接近干流,与EC值和主要阴阳离子质量浓度值表现规律一致,表明干流通过回水影响支流水体组成进而影响支流的水化学特征,且支流受干流回水影响程度与支流河口距三峡大坝距离和支流自身流量大小呈负相关.支流不受干流回水影响的水体水化学特征与支流流域属性有关,人口密度大、耕地比例高的支流流域其水质较差.干流回水对水质较优的支流起污染作用,对水质较差的支流起稀释优化作用.     

三峡水库调度对香溪河库湾水体溶存甲烷时空分布的影响

以三峡水库典型支流香溪河库湾为研究对象,在泄水期和汛期开展表层和垂向水体溶存甲烷浓度的高分辨率监测,探讨水库调度对香溪河库湾溶存甲烷时空分布规律的影响.结果表明,泄水期和蓄水期库湾溶解甲烷浓度分别为(0.41±0.54)和(0.50±0.66)μmol/L,呈现上游高下游低,表层低底层高的空间分布特征,且呈现出极强的空间差异.水库调度促使干流水体通过异重流进入库湾,改变了水体分层状态,也改变了库湾内溶存甲烷的时空差异;同时干流水体的稀释作用,还将直接降低库湾水体甲烷浓度.此外,水库调度对库湾甲烷产生,消耗将产生间接影响,其潜在机制还需进一步探讨.