新安江水库水环境主要问题及保护对策

新安江水库是钱塘江的重要水源,对保障钱塘江中下游的生态安全和水体功能起着举足轻重的作用。为阐明新安江水库在流域经济发展和人类活动的影响下水环境的主要问题及保护对策,促进饮用水安全保障及构建健康水域生态系统,本文对新安江水库历年的水环境指标、浮游生物群落结构及其变化及水域生态灾变事件资料进行了综合分析。目前新安江水库存在上游来水变差、局部水域藻类异常增殖、渔业生产不合理、营养程度加重等众多问题,但其突出问题是藻类生物量增长过快。新安江水库水环境保护工作要从关注水质向维持生态系统健康转变,并尽快开展生态保育工作,控制流域污染、降低藻类数量、减少藻类异常增殖影响、科学合理渔业生产是其下一步保护的关键。而关于新安江水库的研究,虽然有一定的研究基础和资料,但对水域生态系统缺乏系统认识。研究气候变化条件下新安江水库水域生态系统的结构和功能以及长期演变规律;水利调度导致水位调整对区域水动力学条件、营养物输送过程的影响及评价水利调度对水库重要环境因子和生态系统影响;渔业养殖对水环境的影响,特别是鲢、鳙鱼大水面积养殖对水库生态系统的影响应是今后新安江水库主要的研究领域和方向。     

新安江水库主要入流营养盐的时间变化特征及其影响因素分析

流域上游来水是水库的重要补给源，其水质状况直接决定下游受纳水库的生态系统状态和功能，研究入库来水营养盐的时间演变特征并揭示其变化的影响因素，为水库水质管理提供重要科学依据。以新安江水库安徽辖区为研究区，分析了2007—2016年期间流域入库水质的变化特征，探讨水文、气象等环境条件对入库水质的影响。研究结果表明，2007年以来，COD_Mn和透明度表现为下降趋势，TN、TP、NH₃-N呈明显上升趋势，来水营养水平上升，但叶绿素a呈下降趋势。流域降水带来的水文情势的变化对来水水质起重要作用，来水中N、P营养盐丰水期显著高于枯水期，同流域降水过程显著正相关。     

新安江水库夏季CDOM吸收光谱特征及来源分析

为探讨夏季新安江水库有色可溶性有机物(CDOM)吸收光谱特征、空间分布及潜在来源,于2013年7月份在新安江水库采集了53个表层水样,分析了CDOM吸收系数a(350)、比吸收系数a*(350)和光谱斜率S值的空间分布规律及CDOM吸收系数与水质参数的相关关系.结果表明:通过系统聚类分析,夏季新安江水库CDOM吸收系数空间分布可划为3类,吸收系数大小呈现出A类区(西北河流区)>B类区(库心区及东北库区)>C类区(西南库区及东南库区)的规律,空间分布与CDOM比吸收系数相似而与S值相异.CDOM吸收系数a(350)与叶绿素a(Chla)浓度、浮游植物吸收系数及悬浮物浓度存在极显著性正线性相关,表明夏季新安江水库CDOM主要来源于浮游植物新陈代谢及降解产物.     

新安江水库透明度与叶绿素a浓度反演模式初步研究

新安江水库有完整监测数据记录开始于1985年,但2001年后才有浮游植物密度和叶绿素a数据。文章利用2001—2009年透明度和叶绿素a监测数据,采用SPSS统计软件拟合回归方程,再根据2001年以前的透明度数据,反演相对应的新安江水库浮游植物叶绿素a浓度。结果表明,新安江水库1988、1990年浮游植物生物量较低,而1993、1996、2009年浮游植物生物量分别出现峰值,2000年以前浮游植物生物量波动剧烈,2000年以后基本呈上升趋势,特别是2005年以后上升趋势非常明显。     

基于Landsat8影像估算新安江水库光合有效辐射漫射衰减系数

光合有效辐射(photosynthetically active radiation,PAR)是指可以被植物利用并进行光合作用的那部分太阳辐射,其进入湖水后受光学组分(悬浮颗粒、有色可溶性有机物和浮游植物)的吸收和散射作用发生衰减,对湖泊生物的密度和分布具有重要影响.本研究构建了基于Landsat 8影像数据的较为清洁的新安江水库PAR漫衰减系数的遥感估算模型,进而分析其时空分布特征及主要影响因素.结果表明,利用Landsat 8的第二、三和第八波段构建的多元回归模型能够得到较为准确的估算结果,模型决定系数为0.87.利用独立样本对构建的模型验证,预测值和实测值相对误差绝对值均值为9.16%,均方根误差为0.06 m~(-1),由此可见利用Landsat 8数据的3个波段,采用多元回归模型能够较好地估算较清洁水体的PAR漫射衰减系数.基于14景Landsat 8影像发现,新安江水库PAR漫射衰减系数季节差异性明显,秋季(9~11月)和夏季(6~8月)PAR漫射衰减系数较高,分别为(0.82±0.60)m~(-1)和(0.77±0.41)m~(-1),而冬季(12~次年2月)和春季(3~5月)PAR漫射衰减系数相对较低,分别为(0.56±0.50)m~(-1)和(0.40±0.45)m~(-1).新安江水库PAR漫射衰减系数空间差异性显著,全湖PAR漫射衰减系数变化范围为(0.002~13.86)m~(-1),均值为(0.64±0.49)m~(-1).漫射衰减系数的季节变化主要是由季节性降雨和浮游植物季节性生长引起,空间差异性主要由外源河流输入和部分水域采砂过程导致悬浮物浓度变化引起.     

新安江水库悬浮颗粒物时空分布、沉降通量及其营养盐效应

为分析降雨入流影响下水库悬浮颗粒物的时空分布及沉降特征,在华东地区最大水库新安江水库(千岛湖)的河流区、过渡区和湖泊区(分别对应街口、小金山和大坝这3个水质断面)布设水体沉降物自动捕获器和水质高频自动监测浮标,结合定期水样采集分析,开展了为期1 a的水体颗粒物沉降通量及其营养盐效应观测研究.结果发现,水库水体浊度、悬浮颗粒物浓度(SS)、颗粒物沉降通量与降雨量、入库流量极显著相关(P0.01),其中浊度与SS的相关性最好(R~2=0.86);在降雨较多的春夏季,SS空间差异明显(河流区过渡区湖泊区),而秋冬空间差异不大;颗粒物沉降通量具有明显的时空异质性,空间上河流区过渡区湖泊区[分别为27.82、 4.34和0.26 g·(m~2·d)~(-1)],时间上春夏季秋冬季;结合全湖60个点位四季悬浮物浓度调查估算,全库颗粒物沉降通量为2.57×10~6 t·a~(-1),其中春夏季沉降通量高于秋冬季;街口、小金山和大坝捕获沉降物中颗粒态氮含量(PN)分别为6 812、 15 886和21 986 mg·kg~(-1),磷含量(PP)分别为2 545、 3 269和3 077 mg·kg~(-1),自上游向下递增.统计分析表明,中雨以上降雨过程与河流区浊度增量呈指数相关(R~2=0.81),持续强降雨则对浊度有累加效应,但对过渡区影响不大;SS浓度自河流入库区至下游大坝随距离增加呈较好的指数下降特征(R~2=0.84),降雨较多的春夏季更为明显.结果还表明,新安江水库年均库容淤损率为0.07%,与全国其它大型水库相比较低,但是坝前沉降物营养盐含量较高,具有一定的内源释放风险;管理上应加强流域水土保持治理,降低降雨冲刷对水质的影响;同时关注坝前高营养沉积物的内源释放对水质的影响.     

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.     

新安江水库水环境主要问题及保护对策

新安江水库是钱塘江的重要水源,对保障钱塘江中下游的生态安全和水体功能起着举足轻重的作用。为阐明新安江水库在流域经济发展和人类活动的影响下水环境的主要问题及保护对策,促进饮用水安全保障及构建健康水域生态系统,本文对新安江水库历年的水环境指标、浮游生物群落结构及其变化及水域生态灾变事件资料进行了综合分析。目前新安江水库存在上游来水变差、局部水域藻类异常增殖、渔业生产不合理、营养程度加重等众多问题,但其突出问题是藻类生物量增长过快。新安江水库水环境保护工作要从关注水质向维持生态系统健康转变,并尽快开展生态保育工作,控制流域污染、降低藻类数量、减少藻类异常增殖影响、科学合理渔业生产是其下一步保护的关键。而关于新安江水库的研究,虽然有一定的研究基础和资料,但对水域生态系统缺乏系统认识。研究气候变化条件下新安江水库水域生态系统的结构和功能以及长期演变规律;水利调度导致水位调整对区域水动力学条件、营养物输送过程的影响及评价水利调度对水库重要环境因子和生态系统影响;渔业养殖对水环境的影响,特别是鲢、鳙鱼大水面积养殖对水库生态系统的影响应是今后新安江水库主要的研究领域和方向。     

基于Landsat 8影像估算新安江水库总悬浮物浓度

总悬浮物(total suspended matter,TSM)直接决定着水下光场分布,进而影响水体的初级生产力,其浓度也是水质和水环境评价的重要参数之一.本研究构建了基于Landsat 8影像数据的较为清洁的新安江水库TSM的遥感估算模型,并给出了该水体TSM浓度的空间分布特征.结果表明,对该水体TSM浓度较为敏感波段为Landsat 8第二、三和八波段,线性相关的决定系数分别为0.37、0.51和0.42.然而,以上任何一个波段都无法单独用于准确地提取该区TSM浓度,而利用以上3个波段构建的多元回归模型能够给出较为准确的估算结果,模型决定系数为0.92,平均相对误差为11%,均方根误差为0.16mg·L-1.新安江水库TSM浓度整体较低,变化范围为0.04~24.54 mg·L-1,平均浓度为2.19 mg·L-1.高浓度部分位于湖的边缘区以及一些湖湾枝杈,如:枫树岭水域、汾口水域、威坪水域、安阳水域、大墅水域、临岐水域等,主要是受入湖河流以及邻近水域采砂活动的影响.因此研究认为利用Landsat 8数据的3个波段,采用多元回归模型能够较好地估算较清洁水体的TSM浓度.     

新安江水库浮游植物群落特征及影响因素分析

为了解新安江水库浮游植物群落特征及影响因素,于2008年1月—2009年12月,对其浮游植物和相关理化因子进行了单月1次的采样。共检测到浮游植物103种(属),浮游植物密度为1.46×106~2.55×107cells/L,年平均密度为6.09×106cells/L,春、秋季出现2个密度峰值;浮游植物组成随季节变化有所不同,春、冬季硅藻、隐藻占优势,夏季蓝藻、绿藻占优势,秋季蓝藻、硅藻占优势;浮游植物密度与TP、Chl-a及上月降水量均呈显著正相关,与透明度呈显著负相关,与TN相关性不明显;水库的水文形势季节性变化显著影响浮游植物结构和密度的变化,浮游植物生长短期效应明显受流域降水和温度双重影响;从大尺度生态效应角度看,食物网的下行效应可能是目前影响新安江水库浮游植物密度的主导因素,大规模滤食性的杂食性鱼类对浮游动物造成较高的捕食压力,间接促进了浮游植物种群的增长;磷是关键的营养盐因子,保持水体低磷浓度和氮磷比大于100,对降低浮游植物密度有现实意义。