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.     

三峡库区沉积物秋末冬初的磷释放通量估算

2010年11月～12月在三峡水库开展了沉积物内源负荷调查,对云阳等6个长江干流点和9条支流河口的沉积物-水界面正磷酸盐含量(PO34--P)进行了分析.结果表明,支流上覆水和孔隙水中PO34--P含量略高于干流,其中支流孔隙水中的含量为9.59～29.79μg.L-1,干流孔隙水中的含量为9.01～25.36μg.L-1.根据Fick第一定律公式得到郭家坝和小江河口为PO34--P的"汇",释放通量分别为-0.63 mg.(m2.a)-1和-0.60 mg.(m2.a)-1,其它区域的PO34--P均是由孔隙水向上覆水进行扩散,释放通量的范围为0.15～2.47 mg.(m2.a)-1.假设分子扩算是沉积物营养元素迁移的主要途径,库区水体混合均匀,估算出沉积物孔隙水营养元素在沉积物-水界面的扩散迁移对上覆水体的影响程度较小,仅有-0.011%～0.098%.目前三峡水库沉积物作为内源,释磷作用还未对水质产生较大影响,但不排除水库外部污染源得到控制后,三峡库区沉积物内源营养负荷的潜在释放风险.     

三峡水库支流神农溪库湾倒灌异重流特征及成因分析

三峡水库蓄水以来，库区干支流水动力变化显著。探明三峡水库支流库湾倒灌异重流的成因对库区水华防控调度十分关键。基于2018年野外观测数据，对神农溪库湾水流速度，水温，浊度等因素进行分析。结果表明：库湾春冬季由于水温变化不大，泥沙含量很低，干支流密度差较小，导致倒灌异重流呈无规律状态；夏秋水温变化较大，泥沙含量大幅升高，水体多以中、底层倒灌形式从干流潜入库湾。库湾在汛期受泥沙含量较高的影响，导致水体密度增大形成异重流，且大部分出现在库湾中底层，其他月份异重流是由水体温差形成的，温差是倒灌异重流的主要成因；汛期6~8月，干支流泥沙含量升高，泥沙含量对水体密度的贡献率增大，最大为75%；其他月份水体密度主要受水温影响，水温对水体密度的贡献程度在各月均超过80%，最大贡献率为95%。     

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.     

梯级水库建设对怒江与澜沧江沉积物氮形态分布的影响

为探究梯级水库建设对沉积物氮形态分布的影响,通过分级浸取方法得到沉积物的离子交换态氮（IEF-N）、弱酸提取态氮（WAEF-N）、强碱提取态氮（SAEF-N）以及强氧化剂提取态氮（SOEF-N）,对比研究了有梯级水库建设的澜沧江和干流无水电站建设的怒江沉积物中氮形态的分布特征,分析了可转化态氮的主要影响因素.结果表明,两条流域沉积物赋存环境存在差异,进而使沉积物的理化性质呈现明显的差异,最终导致沉积物可转化态氮的含量及空间分布也不同,澜沧江沉积物可转化态氮的含量高于怒江,且澜沧江的空间变化也大于怒江,怒江IEF-N、WAEF-N、SAEF-N与SOEF-N含量范围分别为1.56~2.55,16.91~46.42,1.83~10.66,486.61~719.27mg/kg,澜沧江IEF-N、WAEF-N、SAEF-N与SOEF-N含量范围分别为1.55~14.35,20.77~83.08,1.36~92.15,562.61~1404.82mg/kg.两条河流的可转化态氮含量大小排列顺序一致,均为SOEF-N > WAEF-N > SAEF-N > IEF-N,怒江与澜沧江上游自然河段可转化态氮含量及空间分布基本一致,但在澜沧江的梯级水库段上,4种可转化态氮空间分布特征发生了较明显的变化,产生这种现象的原因主要是水库的建设导致了沉积物理化性质的改变,总有机碳、粒度、氧化还原电位对可转化态氮的影响不同.     

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.     

汛前供水期神农溪库湾倒灌异重流特性及其对营养盐分布的影响

为研究三峡水库神农溪库湾水动力特性及其对营养盐分布的影响,于2013年汛前供水期对神农溪库湾水文、水质及水生态进行空间定点监测与分析。结果表明:2013年汛前供水期三峡水库干流水体依次以底层、中上层和表层倒灌异重流形式潜入神农溪库湾。受干流倒灌异重流影响,库湾营养盐自下游向上游逐渐降低,干流水体对库湾营养盐具有明显补给作用。水位变化过程会影响倒灌异重流的模式和范围,可通过水库调度来解决支流库湾水华和富营养化问题。     

持续干燥对消落带沉积物磷形态和吸附特征的影响

以澜沧江流域功果桥库区消落带沉积物为研究对象,研究了持续干燥状态下磷形态和等温吸附变化特征。结果表明:持续干燥对磷和铁形态有显著影响,弱吸附态磷(NH_4Cl-P)、铝结合态磷(NaOH-rP)无机磷(IP)和结晶度较高的碳酸盐铁(Carb-Fe)含量增加,而可还原态磷(BD-P)、聚磷/有机磷(NaOH-nrP)和还原铁氧化物(Ox-Fe)含量减少;沉积物等温吸附特征也有显著变化,最大吸附磷酸盐总量(Q_(max))和吸附系数下降,表明重复短暂的湿润和干燥周期会导致磷的沉积亲和力不断下降,从而增加沉积物内源磷向水体释放的潜在性。     

三峡水库蓄水期支流水体营养盐来源估算

通过对蓄水前后三峡水库库首支流香溪河沉积物-上覆水中的氢氧同位素和氮磷营养盐的测定,分析了蓄水前后沉积物-上覆水氢氧同位素和氮磷营养盐的分布特征,并利用二元线性混合模型计算了长江干流（CJ River）和古夫源头（GFYT）的贡献率.结果表明,整个蓄水期沉积物以源的形式向上覆水体释放NH₄⁺-N、DTP、PO₄^3--P,以汇的形式吸收上覆水体中的NO₃^--N.利用营养盐贡献率公式进一步分析得到,蓄水前沉积物-上覆水中氮营养盐主要来源于CJ干流,其中以DTN和NO₃^--N最为显著,蓄水后GFYT的贡献率明显上升,其中3号和4号采样点最为明显,其中DTP在蓄水前后几乎均以GFYT为主要来源,PO₄^3--P在蓄水前则以CJ干流为主要来源,蓄水后以GFYT为主要来源.说明尽管蓄水期库湾水体在较大程度上受干流倒灌影响的支配,但对于沉积物-上覆水而言受GFYT的影响更为显著.