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。     

分层异重流对香溪河库湾主要营养盐补给作用分析

为弄清分层异重流对三峡水库支流库湾主要营养盐的补给过程,通过分析2011年7月19日香溪河库湾常量离子、营养盐等监测数据,利用物质守恒规律,借用常量离子Cl-估算了分层异重流倒灌水量,计算了香溪河上游径流和水库干流倒灌对回水区氮、磷、硅负荷的贡献.研究表明:水库干流中的Na+、Cl-、K+、Ca2+、SO24-等离子浓度比香溪河上游径流高,在香溪河库湾中自河口至上游逐渐降低,Mg2+相反;SO24-、Cl-、Na+等离子空间分布差异显著,能够作为示踪离子;水库干流倒灌流量与上游径流流量比为12.59∶1;由长江干流倒灌输入的TN、TP、D-Si通量分别为54.97、3.53和221.90 t.d-1,香溪河上游径流输入通量依次为3.00、0.57和10.02 t.d-1;干流倒灌输入TN、TP、D-Si贡献率分别高达94.83%、86.13%和95.68%,沿河口逆向上游,干流倒灌对香溪河库湾营养盐的补给作用逐渐减小.     

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.     

应用三维粒子轨迹跟踪模型模拟香溪河水藻增殖过程

三峡工程建成后将改变库区的水动力条件,会对库区及支流的水生态环境产生重要影响.因此,本文应用三维非结构海洋动力学模型ELcirc,以及考虑营养物质浓度、水温、水下光照强度和流速等因素影响水藻增殖的粒子轨迹跟踪模型模拟三峡库区支流香溪河的水流及水藻颗粒的输移.同时,采用室内弯道水槽试验资料对模型进行了验证,计算结果表明,验证后的模型可以较为精确地模拟弯道水流运动特性和弯道水流中的物质输移现象.采用验证后的模型研究了2007年9—10月三峡水库蓄水期香溪库湾的水流及藻类颗粒物质输移,结果表明,长江干流水体倒灌入香溪库湾产生回流,藻类颗粒向上游运动,考虑水藻生长过程的三维粒子轨迹跟踪模型可以较好地模拟水藻颗粒的垂向分布及水藻生长的水华过程.     

水温分层对三峡水库香溪河库湾春季水华的影响

三峡水库蓄水以来,其支流库湾年复一年暴发严重的春季水华.为找出支流库湾春季水华的关键影响因子,2010年春季对三峡水库库首最大的支流香溪河库湾进行了原位定点连续监测,主要监测指标包括水温、水体透明度、水下光照及营养盐浓度等环境因子.结果表明,春季水温分层发育导致水体混合层深度突然减小是春季水华暴发的直接诱因,真光层与水体混合层之比(Zeu/Zmix)与叶绿素a(Chl-a)的皮尔逊相关系数达0.934(P<0.01).表明Critical Depth模型可用于解释三峡水库典型支流库湾水华生消机制.本研究将为三峡水库支流库湾水华预报及防治提供重要参考.     

三峡水库蓄泄水过程对香溪河库湾水华影响的对比分析

通过对比分析蓄、泄水期间三峡水库干流及支流香溪河库湾的水流、水温、浊度、营养盐等指标,研究了蓄、泄水过程中控制库湾水华的主要因子.结果表明,泄水过程中香溪河库湾叶绿素a浓度显著大于蓄水过程,水华暴发强度差别显著.蓄、泄水过程中以透明度的差异最大,其次依次为表层流速、表底温差、混合层深度、氮磷比、浊度、总氮、水体稳定系数、真光层/混合层深度比等.泄水期间各因子对叶绿素a浓度不存在单一限制作用,藻类生长受各因子的协同作用影响,在观测时段内泄水过程中各因子的变化对藻类生长的限制并不显著;而蓄水期间强烈的倒灌异重流作用加剧了库湾水体的垂向掺混,增大混合层深度,较小的真光层与混合层深度比对藻类生长起到显著的抑制作用.     

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.      

香溪河库湾底泥营养盐释放规律初探

受水库调度带来的扰动影响,河道型水库支流库湾河口底泥营养盐释放为水体富营养化和水华暴发增加了风险。文章通过在香溪河库湾河口采集底泥和水样,室内模拟扰动条件下,藻类外吸收源、扰动及底泥-水界面浓度梯度对底泥营养盐释放的影响。结果表明:扰动及外吸收源并存时,底泥氮磷释放量增大;扰动作用对磷释放影响较底泥-水界面浓度梯度弱,但对氮释放影响较底泥-水界面浓度梯度影响大;底泥释磷量随底泥-水界面浓度梯度升高而增大,释氮量则受其影响较小。三峡水库泄水和水华暴发、藻类大量繁殖将促进香溪河库湾底泥营养盐释放。     

香溪河夏季水华暴发差异性研究及其机制分析

三峡水库支流水华已成广泛关注问题,香溪河在同一时期不同空间暴发了不同藻类水华。2017年6-7月对香溪河水华藻种进行连续跟踪监测,分析水华藻种和环境因子的变化及其关系。结果表明:香溪河总氮平均浓度为2.212 mg/L,总磷平均浓度为0.071 mg/L,表层水温在24.95～29.93℃之间。总磷浓度从上游到下游呈递减趋势,总氮从上游到下游呈递增趋势。监测期间中下游暴发了蓝藻水华,叶绿素a最高浓度为69.62μg/L;上游暴发了甲藻水华,叶绿素a最高浓度为100.56μg/L,水华的优势藻种呈现空间差异性。这种藻类空间分布的差异性主要受中层倒灌异重流影响,倒灌的范围同时也决定了2种水华的暴发范围。中下游水体高浓度氮与中层倒灌异重流是蓝藻水华暴发的关键。上游区间具有特殊的循环水流与高浓度磷是甲藻水华暴发的关键。     

三峡库区不同河段支流丰水期叶绿素a和营养盐的空间分布特征

三峡水库建设对流域水生态环境产生了一定的影响,使得三峡库区支流库湾频频暴发水华.为了探究夏季三峡库区不同支流水体氮、磷营养盐和叶绿素a浓度的空间分布差异,于2018年6月对三峡库区不同河段的三条支流——香溪河、神农溪和大宁河流域水生态环境进行了调查分析.结果表明香溪河、神农溪和大宁河流域水体中总氮浓度均值依次为1. 86、1. 90和1. 43 mg·L~(-1).这3条河流水体中总磷浓度均值依次为0. 09、0. 07和0. 05 mg·L~(-1).单因素ANOVA分析表明,总氮空间差异较显著,表现为神农溪香溪河大宁河;总磷空间分布差异显著,表现为香溪河神农溪大宁河.香溪河、神农溪和大宁河水体中叶绿素a浓度的均值依次为6. 41、21. 39和9. 85μg·L~(-1). Pearson相关性分析结果显示,这3条河流的叶绿素a浓度与总磷浓度均有显著相关性,其中神农溪与大宁河的叶绿素a浓度还与真光层和混合层之比(Zeu/Zmix)存在显著相关,且香溪河、神农溪和大宁河的氮磷比的均值依次为22. 36、26. 76和28. 6,表明总磷是影响这3条河流水体中浮游植物生长的关键性指标.     

三峡水库典型支流磷素赋存形态特征及其成因

采用2018年三峡水库低水位期（6月）、蓄水期（9月）和高水位期（12月）对库区内的典型一级支流——香溪河与神农溪回水区水质、水动力及环境因子的监测数据,对比分析了三峡水库内的典型支流在水库不同调度期时水体中磷素的存在形态及成因.结果表明,香溪河与神农溪库湾水体总磷（TP）质量浓度变化范围分别为0.049~0.168 mg·L^-1和0.059~0.152 mg·L^-1,均满足水华暴发0.02 mg·L^-1这一阈值.支流库湾水体中总磷（TP）质量浓度均表现为：蓄水期 > 高水位期 > 低水位期,正磷酸盐（DP）质量浓度表现为：蓄水期≫低水位期 > 高水位期,颗粒态磷（PP）质量浓度表现为：低水位期 > 高水位期 > 蓄水期,Pearson相关性分析显示,支流库湾水体中的总磷和正磷酸盐与水体的温度和pH之间存在显著相关性,温度与pH是影响沉积物及消落带土壤磷素释放的关键因素.三峡水库在低水位期与高水位期运行时,支流库湾水体中总磷（TP）均以颗粒态磷（PP）为主要存在形态,颗粒态磷（PP）所占总磷（TP）的质量分数分别均达到了75%和60%以上,蓄水期时库湾水流流速减缓,颗粒态磷（PP）的沉降作用增强,总磷（TP）以溶解态磷（DTP）为主要存在形态.     

三峡库区表层沉积物营养盐时空变化及评价

三峡工程开建以来,三峡水库长江干支流水文形势发生了重大变化,水体流态及悬浮物沉降条件的改变可能导致库区表层沉积物性状的改变.对2000~2015年三峡水库长江干流江津至坝址段和嘉陵江、御临河、乌江、小江、大宁河、香溪河等主要入库支流河口表层沉积物中营养盐含量水平、时空变化及污染状况分析和评价.结果表明:干流表层沉积物中总磷各断面含量平均值在678.2~928.6 mg·kg~(-1)之间,总氮质量分数平均值在0.203%~0.362%,钾元素质量分数平均值在1.74%~2.37%之间,有机质质量分数平均值在0.94%~1.54%之间;支流河口表层沉积物中总磷各断面含量平均值在490.1~832.3 mg·kg~(-1)之间,总氮质量分数平均值在0.257%~0.495%,钾元素质量分数平均值在1.69%~2.32%之间,有机质质量分数平均值在1.21%~2.27%之间.干支流绝大部分断面表层沉积物中总磷、钾均值与背景值基本相当,但总氮均值明显高于背景值、有机质均值则显著低于背景值.干支流各断面沉积物中营养盐含量未表现出明显的岸别差异;不同的营养盐在沉积物中含量沿程变化趋势呈现出较明显的差异.不同水期干支流沉积物中营养盐含量存在一定程度的波动;蓄水对表层沉积物中营养盐含量影响有限,未出现明显地随蓄水进程而进一步富集现象.有机指数和有机氮污染评价结果表明,三峡库区表层沉积物环境状况以较清洁为主,仅个别支流和局部时段会呈现较明显的有机污染现象,但均存在较明显的有机氮污染.三峡库区表层沉积物中营养物质存在一定的生态风险,营养物质生态风险主要来自TP和TN.     

三峡库区香溪河流域非点源氮磷负荷分布规律研究

三峡水库蓄水后,水动力条件改变,营养盐不断累积,导致库区部分支流库湾水华现象及水体富营养化问题严重.本文以香溪河支流为研究区,以氮磷为研究对象,应用SWAT模型进行不同时空尺度非点源氮磷分布式模拟和分析.结果表明:径流和营养盐负荷受降雨影响并与其呈正相关关系,丰水年总氮(TN)和总磷(TP)负荷分别为3.48×103t和0.40×103t,枯水年分别为2.04×103t和0.23×103t,在4—9月丰水期,TN和TP贡献率分别为84.1%和89.4%;TN和TP负荷强度空间差异较大,差异系数分别为0.34和0.58,TN最大值和最小值分别为29.39 kg·hm-2·a-1和3.86 kg·hm-2·a-1,TP最大值和最小值分别为4.900 kg·hm-2·a-1和0.535 kg·hm-2·a-1;TN以硝氮(NO-3-N)为主,TP以矿物磷(MIN-P)为主,TN与TP的相关系数r为0.9258,TP与MIN-P的相关系数r为0.8596,有机氮(ORG-N)与有机磷(ORG-P)的相关系数r为0.9839,氨氮(NH+4-N)与亚硝氮(NO-2-N)的相关系数r为0.9723;污染控制的重点支流是高岚河流域和古夫流域,尤其是耕地面积比例较大的水月寺,黄粮、榛子、古夫4个乡镇,以及库湾周边的七里溪.     

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.     

三峡水库沉积物不同赋存形态磷的时空分布

为了认识三峡水库沉积物磷的赋存状况,利用磷形态标准测试程序SMT法对干流和三条代表性支流(香溪河、大宁河、小江)的柱状沉积物进行了总磷(TP)、无机磷(IP)、有机磷(OP)、铁/铝磷(Fe/Al-P)、钙磷(Ca-P)的测定,结果表明干流沉积物TP含量为781~1026 mg·kg-1,支流沉积物TP含量为382~1085 mg·kg-1.TP主要由IP组成,OP所占比例较低;IP主要由Ca-P组成,Fe/Al-P所占比例较低.干流TP含量空间差异不显著,但各赋存形态磷的含量普遍高于支流,支流中香溪河磷含量高于大宁河和小江.垂直方向上各赋存形态磷含量在不同沉积深度没有明显规律;TP、IP、Ca-P三者变化趋势较一致,主要受Ca-P含量的影响.鉴于支流的独特水文条件,相比于干流,更应警惕支流沉积物磷的释放风险及其对水体的环境化学效应.     

Seasonal variation of nitrogen and phosphorus in Xiaojiang River—A tributary of the Three Gorges Reservoir

A yearlong monitoring program in the backwater area of Xiaojiang River (XBA) was launched in order to investigate the eutrophication of backwater areas in tributaries of the Yangtze River in the Three Gorges Reservoir (TGR) in China, starting after the impoundment water level of the TGR reached 156 m. From March 2007 to March 2008, the average concentration of total nitrogen (TN) and total phosphorus (TP) were (1553±484) μg·L⁻¹ and (62±31) μg·L⁻¹, respectively. The mean value of chlorophyll was (9.07±0.91) μg·L⁻¹. The trophic level of XBA was meso-eutrophic, while the general nutrient limitation was phosphorus. The results indicated that XBA has a strong ability to purify itself and has non-point source pollution from terrestrial runoff. The variation of TN/TP ratio was caused by a variation in TN rather than in TP when TN/TP < 22. N-fixation from cyanobacteria occurred and became an important process in overcoming the nitrogen deficit under a low TN/TP ratio. When TN/TP ⩾ 22, the variation of TP affected the TN/TP ratio more significantly than TN. The increase of TP in XBA was caused mainly by particulate phosphorus, which could originate from a non-point source as adsorptive inorganic forms after heavy rainfall and surface runoff. An increase in the river’s flow could also contribute to an unstable environment for the growth of phytoplankton.     

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。