三峡水库汛后蓄水期典型支流溶解氧与叶绿素a垂向分布特征

采用2018年9月对三峡水库典型一级支流——香溪河和神农溪回水区水质监测数据,分析和对比了香溪河和神农溪的溶解氧和叶绿素a等指标垂向分布特征,讨论了影响其垂向分布的环境因子.结果表明,香溪河与神农溪的溶解氧含量在表层0～10 m和0～12 m水体分层现象明显,且随水深增加而递减.其表层水体的溶解氧饱和度S_DO分别为139.20%和107.78%,已经达到过度饱和状态(S_DO>100%);中层与底层水体溶解氧浓度较稳定,无分层现象.香溪河和神农溪回水区水体中叶绿素a垂向分布与溶解氧分布的规律一致,表层水体中叶绿素a浓度整体上表现为中度富营养化(5μg·L^-1-1).Pearson相关性分析显示,香溪河与神农溪水体中的溶解氧与水温、浮游植物垂向分布之间存在显著相关性,水温分层以及浮游植物的生命活动是影响溶解氧垂向分布的关键因素.叶绿素a与水温和pH呈现出显著的正相关性,与浊度表现为显著负相关性,表明浮游植物垂向分布主要受光照强度沿水深衰减和水温分层现象的影响.     

三峡水库典型支流不同时期的水质污染特征及其影响因素

为探究三峡水库特殊调度运行模式下支流水质分布特征及其主要影响因素,以库区一级支流香溪河和神农溪为例,于2018年7月(汛期)和10月(蓄水期)现场采样分析,利用水质指数(WQI)法进行水质评估和水质特征分析,并综合三维水动力观测资料、干支流水量交换分析识别水质变化的驱动因素.结果表明:①影响香溪河和神农溪WQI的主要参...     

三峡水库调度对支流水体叶绿素a和环境因子垂向分布的影响

采用2018年三峡水库7～8月(低水位期)和10月(蓄水变动期)对库区支流香溪河和神农溪水文水动力和环境因子的监测数据,分析香溪河和神农溪的叶绿素a等指标在不同调度时期垂向分布特征,讨论不同时期影响其垂向分布的原因.结果表明,低水位期香溪河和神农溪的溶解氧、水温、pH值和叶绿素a垂向分布规律较为一致,各指标在0～10 ...     

三峡水库香溪河沉积物微生物群落结构对磷赋存形态的影响

以三峡库区支流香溪河为研究对象,在香溪河库湾布设5个样点,采集不同时期香溪河沉积物样品,分析沉积物中磷形态,并结合沉积物理化因子和微生物群落结构,探究沉积物微生物群落结构的变化与磷赋存形态的关系。结果表明:香溪河沉积物总磷含量为324.21~1385.05 mg/kg,平均值为869.56 mg/kg,其中HCI-P是沉积物中主要磷形态;沉积物中主要优势菌群为Proteobacteria、Cyanobacteria和Bacteroidota;Proteobacteria相对丰度与OP和HCI-P呈显著负相关,Proteobacteria中优势解磷菌属可促进HCI-P和OP的溶解释放;Cyanobacteria相对丰度与OP和NaOH-P呈显著负相关,Cyanobacteria通过正反馈作用促进沉积物中OP以及NaOH-P的释放;Desulfobacterota相对丰度与NaOH-P呈显著负相关,Desulfobacterota中的Geothermobacter可通过Fe还原促使NaOH-P的释放。     

蓄水期三峡水库香溪河沉积物-水系统营养盐分布特征

为研究蓄水期香溪河沉积物-水系统中氮磷营养盐的分布特征,于2016年在香溪河布点采样,分析沉积物-水系统氮、磷及有机质含量,探讨沉积物间隙水和上覆水营养盐\"源-汇\"特征,并对采样点位进行了聚类分析.结果表明,沉积物中ρ(TN)在河口处含量较高,在中下游区域较接近;ρ(TP)在上游区域明显高于中下游及河口;ρ(O.M.)呈现下游高上游低的分布特征,且各采样点在深度10cm的范围内,ρ(O.M.)的最大值超过了临界点(1.5%),存在一定的释放风险.上覆水的分布上,ρ(DTN)和ρ(DTP)均在干支流交汇处最大,且ρ(DTN)从河口至上游沿程递减,ρ(DTP)沿程变化不大,而间隙水中ρ(DTN)和ρ(DTP)的分布和上覆水体相反,在上游处最大,并从上游向河口处递减.研究期间5个采样点位的DTN、NH_4~+-N、DTP(除CJ点位外)均以\"源\"的方式向上覆水释放营养盐,而NO_3~--N和PO_4~(3-)-P则是一部分点位呈现为\"源\",一部分点位呈现为\"汇\",且氮素的\"源-汇\"过程较磷素更为强烈,这是因为蓄水期底部的氧化环境和干流水体的倒灌潜入深度和方式差异所致.结合聚类分析结果发现对于沉积物-水系统,CJ、1号、2号采样点特征相近,而3号和4号采样点特征相近.     

春季敏感时期三峡水库典型支流沉积物-水界面氮释放特性

为研究春季敏感时期三峡水库典型支流沉积物-水界面氮释放特性,于2016年4月采集香溪河库湾上覆水和沉积物样品,分析香溪河库湾沉积物-水系统不同氮形态营养盐浓度的分布特征,计算沉积物-水界面不同氮形态的扩散通量并与环境因子进行相关性分析.结果表明,香溪河库湾上覆水和沉积物间隙水中ρ(TN)的变化范围分别为1.10~6.90 mg·L-1和6.19~32.57 mg·L-1;上覆水和沉积物间隙水中氮质量浓度在沿程和垂向上有一定的变化规律:各采样点上覆水中氮质量浓度在沿程和垂向上没有明显的变化趋势,上游区域的沉积物间隙水中氮质量浓度明显大于下游区域,沉积物间隙水ρ(NH_4~+-N)明显大于上覆水,沉积物间隙水ρ(NO-3-N)略小于上覆水;香溪河沉积物总体上表现为NH_4~+-N的\"源\",NO-3-N的\"汇\";NH_4~+-N的扩散通量范围为2.70~4.72 mg·(m2·d)-1;NO-3-N的释放通量范围为-1.61~-0.62 mg·(m2·d)-1;香溪河库湾沉积物氮主要以铵态氮的形态存在:沉积物中ρ(NH_4~+-N)范围为69.97~1 185.97 mg·kg-1,ρ(NO-3-N)范围为2.78~38.17mg·kg-1,沉积物ρ(NH_4~+-N)与沉积物间隙水ρ(NH_4~+-N)在表层0~8 cm的变化趋势一致.     

三峡水库消落区土壤理化特征及磷赋存形态研究

应用淡水沉积物中磷形态的标准测试程序(SMT)对三峡水库腹心地带(巫山-重庆主城区段)淹没消落区土壤磷的赋存形态进行了分级测定,并分析了各形态磷之间,以及各形态磷与样品理化特征(如全氮(TN)、有机质(SOM)、酸碱性(pH)、氧化还原电位(ORP))之间的相关性.结果表明,研究区域内,淹没消落区土壤全磷含量在0.28～1.32g·kg-1之间,平均值为0.63g·kg-1;无机磷和有机磷平均含量分别为0.46g·kg-1和0.13g·kg-1,占全磷百分比分别为72.3%和21.7%,淹没消落区土壤中的磷以无机磷为主,有机磷为辅,从各形态磷含量及相对含量的变化范围来看,表现为钙结合态磷>有机磷>铁铝结合态磷,土壤全磷含量增加主要来自钙结合态磷部分,其次是有机磷.淹没消落区土壤活性磷组分(铁铝结合态磷和有机磷之和)含量分布范围在0.04～0.39g·kg-1之间,平均值为0.20g·kg-1,占全磷比例达到33.0%,消落区土壤活性磷组分在适宜的环境条件下会成为水体的二次污染源,淹没消落区土壤磷对水体富营养化的潜在影响不容忽视;淹没消落区土壤全磷与无机磷和钙结合态磷,有机磷与铁铝结合态磷、全氮及有机质有显著相关性,表明钙结合态磷为无机磷和全磷的主要赋存形态,有机磷、铁铝结合态磷、全氮和有机质同源;有机磷同土壤酸碱性呈显著正相关,同氧化还原电位呈显著负相关,表明土壤酸碱性和氧化还原电位的变化可影响有机磷的含量与分布.     

香溪河消落区及上缘土壤磷素的时空分布特征

采用修正的Hedley分级方法,对香溪河消落区及其上缘不同土层的土壤磷形态进行了动态监测,并分析其时空动态变化特征。结果表明,上缘(175 m上)土壤全年总磷(TP)含量在0.290~0.889 g/kg之间,总磷均值的总体趋势是春季(0.676 g/kg)夏季(0.595g/kg)秋季(0.530 g/kg)冬季(0.436 g/kg),春季与夏季间差异显著(P0.05);除残余磷(Res-P)外,其余形态磷在夏季有释放的现象。消落区及上缘的表层土壤中总磷含量(均值0.543 g/kg)及可利用磷形态(49.4%)显著高于下层土壤(TP均值0.492 g/kg;磷形态42.3%)。消落区上缘土壤总磷含量(0.636 g/kg)略高于消落区土壤总磷含量(0.567 g/kg)。消落区土壤全年(0.354~0.807 g/kg)及其上缘土壤全年(0.290~0.889 g/kg)的总磷含量除在WGS(样带3)点最低外,其余样点在香溪河沿程的分布规律均不明显;各形态磷在沿程上与总磷一样,空间异质性很大。该研究分析了香溪河磷素的时空变化特征,为三峡库区香溪河水体富营养化治理提供参考。     

三峡水库湖北段沉积物磷形态及其分布特征

应用淡水沉积物的标准测试程序(SMT)测定了三峡水库湖北段长江干流和4条支流中14个采样点沉积物的总磷、无机磷、有机磷、铁/铝磷和钙磷的含量并对不同形态磷之间进行了相关性分析.结果表明,三峡水库湖北段水体表层沉积物中TP和各种磷的赋存形态存在明显的空间差异,TP含量为361.6～1033.5mg/kg;In-P是沉积物...     

三峡水库干流沉积物及消落带土壤磷形态及其分布特征

三峡水库完全运行后,水文节律发生了变化(水位在145~175 m波动),沉积物和消落带土壤磷的空间分布也有可能发生变化.2016年6月采集了11个样点的沉积物及消落带样品,利用沉积物中磷形态的标准测试程序(SMT),对比研究了三峡水库干流表层沉积物及消落带土壤磷形态,分析了磷形态特征及其在横向(沉积物和消落带土壤)和纵向(回水区末端至三峡大坝)的空间分布特征.结果表明,三峡水库回水区末端至三峡坝前,干流沉积物样品总磷(TP)、Na OH-P含量呈增加趋势,HCl-P呈下降趋势,而消落带土壤磷的各形态含量纵向变化规律不明显.沉积物TP、有机磷(OP)、HCl-P和NaOHP均值依次为(859.6±106.8)、(224.6±113.9)、(435.3±77.7)和(101.5±31.6)mg·kg~(-1),均高于消落带土壤含量均值.HCl-P为沉积物和消落带土壤磷的主要形态,占TP的质量分数分别为51.3%和58.2%,Na OH-P占TP的质量分数分别为11.7%和8.1%.与沉积物相比,消落带土壤各形态磷含量变异系数高,具有较高的空间异质性.     

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3.48×103 t和0.40×103 t,枯水年分别为2.04×103 t和0.23×103 t,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(NO3--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(NH4+-N)与亚硝氮 (NO2--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.     

基于SWAT模型的三峡库区香溪河非点源氮磷负荷模拟

三峡水库蓄水后,水动力条件改变下营养盐的过量输入导致部分支流库湾水华现象及水体富营养化问题严重.本文以香溪河为研究示范区,基于GIS平台建立流域下垫面空间数据库,以氮磷为研究对象,应用SWAT模型对流域三大主要水系及涉及35个子流域进行2000-2009年径流、营养盐输出模拟研究,并对实测数据和模拟结果进行分析,结果表明:径流模拟结果校验阶段的效率系数0.65和0.86,确定系数是0.78和0.91,模拟效果较好,径流和营养盐负荷受降雨影响呈正相关关系,在丰水年和丰水季节较大,2000-2009年期间TN和TP年均负荷分别是2640.64和300.01 t,在2007年达到最大值,分别是3475.96和399.20 t,在2005年为最小值,分别是2036.72和226.44 t,TN和TP负荷的贡献率高岚水系＞古夫水系＞南阳水系,支流TN和TP输出强度空间差异较大,空间分布差异系数分别是0.34和0.58,TN最大值和最小值是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是4.90 kg·hm-2·a-1和0.54 kg·hm-2·a-1.     

三峡水库蓄水不同阶段总磷的变化特征

基于三峡水库2003年后的蓄水特点,本文将2003~2017年划分为4个蓄水阶段.根据三峡水库2003~2017年每月的水文水质数据,分析了自蓄水以来不同蓄水阶段总磷的变化特征.研究发现,首次蓄水阶段,三峡水库的滞留效应从2005年开始凸显.蓄水试运行阶段,干流断面总磷年均浓度在2008年沿程明显降低,此后清溪场断面受到乌江高浓度总磷汇入的一定影响.高水位正常运用期,除清溪场断面外,从铜罐驿至官渡口断面,总磷年均浓度呈现沿程降低的现象.上游梯级电站运行后,除官渡口断面外,干流其余断面总磷年均浓度随时间逐渐减小.官渡口断面于2016年首次出现总磷年均浓度高于沱口断面的现象.且总磷丰水期年均值不再明显高于枯水期.同时,在此蓄水阶段总磷浓度与流量相关性不显著,朱沱,铜罐驿和官渡口断面总磷浓度与悬浮物浓度相关性不显著.     

蓄水前后三峡库区香溪河沉积物磷形态分布特征及释放通量估算

三峡库区汛末蓄水过程改变了支流库湾沉积物赋存环境,继而影响沉积物磷形态的分布特征和沉积物-水界面过程.本文通过对2016年8月(蓄水前)和10月(蓄水后)香溪河库湾沉积物和上覆水样品的采集分析,分析了蓄水前后库区干流和支流库湾底部沉积物磷形态分布特征及赋存的环境条件,估算了沉积物-水界面PO3-4-P交换通量.结果表明:蓄水后沉积物上覆水pH增加,碱性增强;Eh减少,还原性增强.沉积物中各形态磷相对含量由Na OH-PHCl-POP转变为HCl-POPNa OH-P,沉积环境的改变是磷形态变化的根本原因.沉积物中TP增加了1.3倍,上覆水ρ(PO3-4-P)是蓄水前3.7倍,间隙水ρ(PO3-4-P)是蓄水前8.3倍,增加了香溪河库湾沉积物营养盐释放风险.蓄水前后香溪河沉积物PO3-4-P总体均表现为\"源\",但PO3-4-P扩散通量由蓄水前的-0.002 9~0.005 9 mg·(m~2·d)~(-1)增加为蓄水后的0.006 7~0.107 1 mg·(m~2·d)~(-1),蓄水后香溪河库湾底部沉积物磷释放量增加.     

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.