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。     

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.     

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.     

基于多重优化灰色模型的三峡库区香溪河支流回水区水华变化趋势预测研究

三峡水库蓄水后,支流香溪河夏季水体富营养化严重,水华现象暴发频繁,水质污染严重.为预知香溪河库湾水华暴发程度与分布区域,以叶绿素-a为指标,引入灰色伯努利模型,并运用参数优化、含参马尔科夫误差修正、子序列独立优化等多重优化理论对模型进行改进,验证模型的优化效果.同时,利用该优化模型对2015年夏季香溪河近10个点位的叶绿素-a平均浓度变化趋势进行短期预测,结果表明,预测值与实际值相差较小,该模型能够基本反映香溪河近几年的水华变化趋势,目前香溪河库湾XX06~XX08和XX02点位区域分别为水华暴发高危区和局部次高危区,叶绿素-a浓度远高于水华阈值,有较高的水华暴发风险.与传统灰色预测相比,该预测方法的精确度和对波动序列的适应性更好.     

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0.049～0.168m...     

分层异重流对香溪河浮游植物叶绿素a空间分布的影响

基于三峡水库香溪河库湾汛期(2017年8月4—10日)水动力、气象和藻类漂移监测数据,运用数理统计方法,分析汛期香溪河浮游植物叶绿素a(Chla)浓度空间分布特征及其影响因素,探究分层异重流背景下藻类的水平输移和垂向掺混作用过程.结果表明:1)汛期香溪河库湾水动力具有明显的分层异重流特性,监测期间雷诺数均大于4000,...     

降雨径流事件对三峡水库香溪河库湾甲烷释放的影响

甲烷是一种重要的温室气体,水库的甲烷源汇效应备受关注,然而观测时间的代表性不足以及缺乏对非良好天气状况的考虑制约了 CH4 排放的准确估计.本研究以三峡水库香溪河库湾为研究对象,针对2019年夏季一场完整降雨径流事件在库湾中游断面开展跟踪连续监测,初步探讨了降雨以及来流过程对库湾甲烷浓度与释放的影响.结果表明,降雨事件...     

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.      

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.     

香溪河库湾浮游植物调查及多样性研究

为了分析新生水库库湾藻类组成及演替规律,2010年对三峡水库香溪河库湾进行了跟踪监测,对监测结果用9种多样性指数进行多样性评价,用综合营养状态指数进行水质评价,并将9种评价指数分别与综合营养状态指数进行拟合分析,得出最适于评价香溪河水体污染程度的评价指数。结果表明春季优势藻种为硅藻、夏季为绿藻和蓝藻、秋季为硅藻和绿藻,冬季为甲藻。XX06秋季与冬季富营养化程度为贫营养级,春季与秋季主要为轻-中度富营养级。Menhinick index与综合营养状态指数的拟合度最大,最能反映水污染程度变化趋势。     

影响香溪河流域秋季初级生产力主导因素的分析

通过黑白瓶测氧法测定了香溪河库湾秋季初级生产力,同时现场测定了光照、水温、p H、营养盐等指标。通过相关性分析,深入探讨了各理化因子对初级生产力的影响,确定了影响初级生产力的主导因素,该结果可为评价香溪河污染现状和发展渔业提供理论依据。     

三峡水库不同支流库湾蓄水期溶解氧分层特性及差异性

以三峡水库典型支流库湾小江和香溪河为例,通过2020年蓄水期不同阶段的野外监测,对比分析了两条支流库湾的水动力过程、热分层、溶解氧时空差异及其对蓄水过程的响应.结果表明：（1）蓄水初期,小江库湾表层受大气复氧和浮游植物影响溶解氧较高(7.00～13.00 mg·L^-1,其氧跃层出现在水深3～5 m处,5 m以下水域出现大面积缺氧(DO<2.00 mg·L^-1),甚至无氧现象.香溪河库湾溶解氧在垂向上大致可以分为3层：表层富氧水体(8.00～12.00 mg·L^-1)、中层水体(6.00～8.00 mg·L^-1)和底层低氧水体(4.00～6.00 mg·L^-1).（2）稳定的热分层为底层厌氧的形成提供了稳定的物理环境,而小江上游来流以及消落带植被分解增加了水体有机质的含量,可能是造成小江水体耗氧量增大、形成厌氧的内因;而香溪河因为长期存在的顺坡异重流补给,底层水体缺氧的风险较低.（3）持续的跟踪监测发现水库蓄水对支流库湾溶解氧起到了显著的补给作用,促使小江库湾厌氧现象在短期...     

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.     

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。     

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.     

三峡水库香溪河库湾冬季甲藻水华生消机理初探

2010年1—2月在香溪河库湾上、中、下游各选取1个监测点对水体环境因子及藻类进行监测,对水温、营养盐含量等进行分析,探讨香溪河库湾冬季甲藻水华的生消机理. 结果表明:2010年冬季,香溪河库湾末端暴发了甲藻水华,持续44 d,优势藻种为拟多甲藻(Peridiniopsis sp.),最高细胞密度达到11.8×106 L-1;适宜的水温、充足的营养盐以及良好的光照、弱分层水体是香溪河库湾冬季甲藻水华暴发的主要原因;Zmix/Zeu〔Zmix(混合层深度)与Zeu(真光层深度)之比〕在2~3之间时有利于甲藻生长;库湾中下游因水体掺混强烈而在冬季未暴发水华;后期水体分层状态的加强及Zmix/Zeu的减小是甲藻水华消失的主要原因.      

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。     

三峡库区香溪河库湾土壤多环芳烃时空分布特征及风险评价

为了全面评价三峡库区土壤多环芳烃（polycyclic aromatic hydrocarbons,PAHs）环境行为,以香溪河库湾不同淹没类型土壤［消落带上缘（>175 m）、消落带（145~175 m）和沉积物（<145 m）］为研究对象,通过高效液相色谱检测方法,分析3个区域土壤16种美国环保署优先控制的PAHs含量.结果表明,香溪河库湾土壤PAHs总量表现为消落带上缘>消落带>沉积物,沉积物PAHs以3环和4环为主,而消落带及其上缘土壤PAHs以4环和5环为主,其中消落带土壤PAHs变异系数相对最高,与其它两个区域PAHs组成之间的相关性相对较弱.各区域土壤PAHs分布呈现季节差异,夏季和冬季土壤PAHs含量相对较高,主要与库区各季节居民能源消费类型有关;空间分布特征表现为,沉积物PAHs空间分布整体较为均匀,而消落带及其上缘土壤PAHs在峡口镇和长江入江口处PAHs含量相对较高,主要与空间水平上各样点频繁的人类活动有关.PAHs异构体比值法分析表明,香溪河库湾各区域土壤PAHs来源具有季节性差异,化石燃料和生物质的不完全燃烧是消落带土壤PAHs的主要来源;终身致癌风险评价模型分析表明,土壤PAHs通过误食和皮肤接触暴露途径对人体健康产生潜在致癌风险,并且消落带上缘土壤PAHs致癌风险相对较大.研究结果扩展了对香溪河库湾土壤PAHs环境行为的认识,为三峡库区香溪河库湾土壤PAHs污染防治提供有益参考.     

不同水体分层对沉积物间隙水氮素垂向分布影响:以三峡水库和小湾水库为例

为分析不同分层水库沉积物间隙水氮营养盐垂向分布差异的原因,通过监测香溪河库湾、长江干流和小湾水库3种水域上覆水-间隙水环境特征,分析了不同分层水域沉积物间隙水氮营养盐垂向分布特征,并探讨了造成3种水域沉积物间隙水氮营养盐分布差异的原因.结果表明:①长江干流与香溪河库湾沉积物间隙水ρ(TN)随深度逐渐升高,而小湾水库ρ(TN)在12 cm处达到最大,底层呈"C"型分布;长江干流和香溪河库湾沉积物间隙水ρ(NH~+_4)随深度呈升高趋势,小湾水库底层含量略高于表层,整体上无显著变化,且长江干流与香溪河库湾ρ(NH~+_4)整体上高于小湾水库,浓度变化范围分别为:0.512～8.289、 0.968～9.307和0.950～1.500mg·L~(-1); 3个水域沉积物间隙水ρ(NO~-_3)垂向分布特征均与ρ(NH~+_4)相反,且香溪河库湾与长江干流ρ(NO~-_3)高于小湾水库,浓度变化范围分别为:0.143～0.674、 0.107～0.647和0.050～0.051mg·L~(-1);②3种水体理化指标垂向分布特征也存在明显差异.长江干流水温垂向无明显变化,垂向稳定系数N~25×10~(-5) s~(-2),水体混合均匀,溶解氧垂向变化范围为:6.180～6.318mg·L~(-1);香溪河库湾中上游水温垂向上呈降低趋势,下游水温呈阶梯状分布,N~2均大于5×10~(-5) s~(-2),处于稳定分层状态,溶解氧呈"C"型分布特征;小湾水库在水深5～15 m和54～70 m出现明显分层,溶解氧在水温梯度较大处显著降低, 80 m后,沿水深无明显变化;③上覆水水动力、溶解氧分布以及沉积物环境差异是造成3种水域间隙水氮营养盐垂向分布差异的主要原因,且香溪河库湾间隙水氨氮和硝氮含量较高,可能提高反硝化速率,进而有助于水域脱氮,减少水域氮负荷.     

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.