三峡水库泄水期香溪河库湾营养盐动态及干流逆向影响

为了研究水库干流对支流库湾营养盐动态的影响,于2009年春季三峡水库汛前泄水期,通过监测分析了库湾水流特点及叶绿素a、总氮、总磷和溶解性硅酸盐的时空动态。研究发现:三峡水库汛前泄水期,库湾水体表现为分层异向流动,干流水体以异重流形式倒灌入库湾;特定的水流特性为泄水期库湾营养物质运移提供了水动力基础,水库干流对库湾营养盐的补给及水华暴发范围有明显逆向作用;受干流影响,氮和硅自河口至回水末端呈递减趋势,磷主要受上游来水影响,空间分布趋势与氮、硅相反;叶绿素a浓度峰值向上游移动,水华范围向上游收缩,河口处叶绿素a浓度的时间均值明显低于回水末端,表明三峡水库泄水期香溪河库湾下游水体水华受到干流逆向影响的抑制。     

三峡水库对区域气候影响的数值模拟分析

利用中尺度数值模式MM5V3模拟了三峡水库建成后,由于下垫面变化对区域气候的影响,并探讨了三峡水库的建成是否为引发社会广泛关注的高温干旱和低温雨雪冰冻灾害等极端天气的主要因素。研究表明:三峡水库的建成对当地气温具有海洋性效应,库区附近春季温度变低,夏季在水库下游气温升高、上游则气温降低,而冬季则以升温为主;春季降水变化主要位于库区沿线的南部山区,增雨带和减雨带相间分布,夏季降水量在三峡库区中上游地区和附近的山区呈增加趋势,在库区下游及附近地区降水呈减少趋势,冬季降水量减少,主要集中在大坝附近地区到三峡(巫山)段;春季库区的相对湿度增加,幅度多在0.5%～1.0%,夏季相对湿度的影响也存在正负两种效应,大坝上游库区附近相对湿度增加,大坝下游地区相对湿度降低,冬季变幅不大;三峡水利工程不是干旱、低温雨雪冰冻等极端天气出现的主因,它对极端天气事件的影响并不明显。     

溪洛渡水电工程拦沙对三峡水库富营养化潜在影响的初步研究

从泥沙吸附的角度,探讨金沙江溪洛渡水电站拦沙对三峡水库溶解性磷负荷的影响。2006年11月在金沙江、长江干流和支流岷江、沱江采集了淤积泥沙和水样,测定了泥沙的全磷、有效磷和磷固定量及水的溶解性磷等指标。岷江和沱江泥沙的有效磷含量远高于金沙江和长江干流,反映了四川盆地支流的磷污染较干流严重;干流泥沙的有效磷含量向下游呈增加和磷固定量向下游呈减少的趋势,反映了干流泥沙沿途不断吸附四川盆地支流汇入干流中的溶解性磷,磷固定能力有所降低。根据金沙江宜宾与长江朱沱泥沙的有效磷含量和磷固定量,金沙江来沙年吸附溶解性磷分别为382和6 885 t,分别相当于朱沱站的26%和468％。溪洛渡水库拦蓄泥沙,金沙江来沙吸附长江干流溶解性磷的量将有所减少。水库投入运行后的前50年,以有效磷含量计,金沙江来沙的磷吸附量占朱沱年溶解性磷总量的比例从26%降至10%;以磷固定量计,从468％降至174%。长江干流进入三峡水库的年溶解性磷总量有可能增加16%～294%。金沙江来沙降低三峡入库磷负荷的实际功能,可能介于有效磷含量和磷固定量的计算值之间,具体值还需开展进一步的试验研究。     

洪水灾害与防御

8月5日拍摄的三峡大坝开闸泄洪景象,从中国三峡总公民获悉,今年入汛以来的长江首次洪峰开始进入三峡水库,5月14日三峡入库流量达52500平方米/秒,预计本次洪峰峰值为55000立方米/秒,将于6月8时至14时之间进入三峡水库。三峡大坝同时开启8座深孔和2座排漂孔,将正在持续增大的长江洪峰流量大规模下泄。     

三峡水库运行后洞庭湖湿地生态系统服务功能价值评估

三峡水库蓄水运行改变了洞庭湖湿地水沙过程,进而影响其生态服务功能价值.通过相关数据,采用资源经济学和生态学的相关模型,分析蓄水前后洞庭湖湿地价值量变化,结果表明:①对比蓄水前、蓄水后洞庭湖湿地主要服务功能价值量明显降低,总价值由130.04亿元减少到47.7亿元,减少了63.3％.②调蓄洪水价值蓄水前为85.66亿元,占总价值的65.9％,而在蓄水后调蓄洪水价值减少,功能未能充分发挥.③蓄水后,湿地调蓄洪水、供水价值量减少,而在调节气候、供应产品和净化水质方面的价值量有所增加.     

三峡小江回水区氮素赋存形态与季节变化特点

氮素是浮游植物生长的关键生源要素之一,本研究对2007年3月～2008年3月三峡小江回水区水中氮素的跟踪观测结果进行总结,分析不同形态氮素季节变化过程与相对组成特点.研究期间,回水区TN的平均浓度为(1?553±43) μg·L^-1,季节差异显著但总体呈上升趋势.DIN平均浓度为(1?031±32) μg·L^-1,占TN平均浓度的66.38%,是该水域氮素的主要赋存形态,其中NO^-₃-N含量较高说明小江回水区总体上处于较强氧化环境且自净能力较强.DON、PON平均浓度分别为(273±23) μg·L^-1、(249±23) μg·L^-1,占TN的26.48%和24.15%;DON/PON比值为3.63±0.93,说明该水域氮素代谢强度与周转速率较高.小江回水区DIN在TN中所占比重从2007年3月约占TN的80%逐渐下降到2008年春季约占TN的60%,而TON在TN中的比重则相应上升,说明氮素赋存形态向有机态转变的趋势明显;而对DIN-TN和TON-TN的log-log线性模型斜率比较发现TON对TN的贡献将随TN浓度的升高而增大,表明该水域营养水平有升高的趋势.NH⁺₄-N/NO^-₃-N同TON/TN存在显著正相关关系,说明TON相对丰度的增加有可能使水体向还原性环境转变.同时NH⁺₄-N相对丰度的变化同水中DON含量及其在TN中所占比重关系密切,但该水域DON氨化降解成NH⁺₄-N并再次被利用的内循环过程是否存在或会否成为调控氮素循环的关键过程有待更深入的研究.     

三峡水库蓄水至175 m后干流沉积物磷蓄积特征及释放潜力

为揭示三峡水库首次蓄水至175 m后,干流柱状沉积物磷的蓄积特征及其影响因素,于2010年10月下旬采集了三峡水库干流云阳至秭归等5个断面柱状沉积物样品,分析了沉积物粒径、有机质、矿物成分、总磷等理化特征,采用分级提取法分析了柱状沉积物各形态磷分布特征,并对三峡水库柱状沉积物磷的释放贡献率进行估算.结果表明,三峡水库干流柱状沉积物p H在7. 3～7. 8间,总体呈中性.沉积物组成以粉砂为主,含量为49. 4%～78. 6%,黏土为20. 6%～50. 6%,含砂量低于4. 4%,各断面中值粒径沿深度呈现出阶段性地增加或降低趋势.沉积物有机质含量为12. 94～53. 43 g·kg~(-1),从云阳至秭归断面沉积物有机质含量略有增加,碳氮比在4. 00～11. 64之间.三峡水库沉积物总磷为861. 86～1 024. 54 mg·kg~(-1),同一断面沉积物总磷垂向变化较小,且没有随深度变化呈现规律性变化趋势.三峡沉积物磷形态以钙磷为主,约占总磷含量的47. 83%～73. 90%,其余各形态磷所占比例较小.不同断面间磷形态垂向变化趋势差异较大.可交换态磷、铝磷及铁磷在个别断面表层0～4 cm范围内含量相对较高,而在16～20 cm处大部分断面沉积物各形态磷均不随深度发生变化.在同一深度下,不同断面生物可利用磷(可交换态磷、铁磷、铝磷之和,Bio-P)的含量及相对含量沿程分布趋势较为明显,从云阳至秭归断面均表现为沿程增加趋势. Bio-P相对含量为2. 78%～7. 05%,整体而言,三峡水库干流沉积物内源释放风险较小.沉积物生物可利用磷与有机质含量呈显著正相关(P 0. 05,N=50),有机质的分布和转化将影响三峡水库沉积物中磷的迁移和转化.     

香溪河库湾春季pCO2与浮游植物生物量的关系

测定了春季香溪河库湾的水温(WT)、pH、HCO3-浓度、溶氧(DO)及叶绿素a(Chl-a)浓度等参数.根据化学平衡和亨利定律计算二氧化碳分压(pCO2),以薄层扩散模型计算碳通量.结果表明,香溪河库湾春季表层水体pCO2在8.34～168.70μatm间波动,平均为49.01μatm.空间上,pCO2自上游到河口呈明显上升趋势,Chl-a浓度则逐渐下降.时间上,昼夜pCO2在74.43～168.70μatm间波动,平均为117.92μatm,Chl-a浓度在2.22～4.55 mg.m-3之间,平均为3.04 mg.m-3.香溪河库湾春季表层水体pCO2与Chl-a浓度之间存在极显著的负相关关系(r=-0.844,P<0.01),浮游植物光合作用是pCO2的主要影响因子.香溪河库湾春季是CO2的汇,CO2吸收速率为-35.17 mmol.(m2.d)-1.     

枯水年长江中下游江湖水交换作用分析

利用宜昌、汉口、大通、城陵矶、湖口等重要水文站的长时间序列水位、流量资料,着重分析了1978年和2006年典型枯水年长江中下游江湖水交换作用。论文建立了能表明江湖水交换作用的经验公式,以此为量化方法来表示江湖水交换作用的强度。结果表明:1978年代表三峡大坝建造之前典型枯水年的性质,2006年则已显示出三峡水库的运行对通江湖泊与干流水交换的积极作用。表现在江湖水交换系数上,1978年洞庭湖和鄱阳湖分别为0.57和0.56,洞庭湖和鄱阳湖与长江水交换处于稳定状态;2006年洞庭湖和鄱阳湖水交换系数分别为0.89和0.51,显示出2006年比1978年水交换作用强烈。洞庭湖和鄱阳湖与长江交换水量显示:1978年补给长江水量为分别为1 990×10⁸ m³和947×10⁸ m³,约占同期大通径流量的29%和14%;2006年补给长江水量分别为1 962×10⁸ m³和1 564×10⁸ m³,约占同期大通径流量的28%和23%。尤其是2006年鄱阳湖补水量比平水年还多5%,该年大通站流量全年维持在10 000 m³/s以上,以此保证了下游乃至河口地区水资源供给的安全。     

三峡水库生态调度试验对四大家鱼产卵的影响分析

2011年以来,三峡水库持续开展了促进长江中游四大家鱼产卵的生态调度试验.采用鱼类早期资源调查方法研究了三峡水库生态调度实施以来四大家鱼自然繁殖、水文环境要素的年际变化特征,采用系统重构方法分析了四大家鱼自然繁殖的关键生态水文要素,提出了宜昌江段涨水过程的生态调度优化条件.结果表明:①2012—2018年三峡水库共开展了11次生态调度试验,生态调度使得宜昌江段持续涨水时间范围为2~9 d,水位日均涨幅范围为0.43~1.83 m,流量日均增幅范围为1 080~5 800 m3/s,起始水温范围为17.5~23.5℃.②沙市江段监测到四大家鱼鱼卵时的水温分布范围为19.2~25.5℃、平均值为22.5℃,流量分布范围为11 000~33 600 m3/s、平均值为16 890 m3/s;水温平均值在各年份间没有显著性差异,流量平均值在各年份间有显著性差异.③沙市江段四大家鱼鱼卵组成以草鱼和鲢为主,二者年均产卵量约占总产卵量的85%,青鱼和鳙年均产卵量约占总产卵量的15%.除2016年外,生态调度期间四大家鱼的产卵量占监测期间四大家鱼总产卵量的比例较大,变动范围为31.90%~66.58%.生态调度期间,四大家鱼自然繁殖性能普遍好于非生态调度时期,表现为产卵持续时间更长、产卵场范围更广、单次洪峰的产卵规模更大,证实了实施生态调度的有效性.④持续涨水天数、初始水位和产卵时序是影响2012—2018年宜昌至沙市江段四大家鱼产卵量的重要生态水文参数.⑤为增加宜昌至沙市江段四大家鱼产卵量,宜昌江段需满足的水文条件为断面初始流量达14 000 m3/s,持续涨水4 d以上,水位日涨幅平均大于0.5 m,流量日增幅平均大于2 000 m3/s,与前一次洪峰的间隔时间在5 d以上.研究显示,三峡水库连续实施生态调度对近年来长江中游四大家鱼的种群恢复起到了一定的作用,未来应将建模和监测手段整合到生态调度试验中以分析长期的生态响应,并建立一套科学的生态调度效果评价体系来评价流量调节对四大家鱼产卵活动的影响.