三峡库区大宁河富营养化和水华研究

【摘要】：目前三峡库区面临的主要水环境难题就是水体的富营养化和水华,富营养化调控机制和水华机理是三峡库区研究和管理的核心问题。本文以三峡库区典型支流——大宁河为研究对象,以现场监测数据和围隔实验数据为依据,分析大宁河的水动力特性、水华特征和富营养化时空分布特征,同时运用同步性理论、临界深度理论和数理统计分析方法,探讨大宁河的水华成因和富营养化调控机制。 以2010年野外跟踪监测的数据为依据,分析大宁河的水动力特性及其成因。结果表明：大宁河的水动力特性在深度上呈分层异向流动。上游主要以顺坡异重流的形式流入支流,而干流主要以倒灌异重流形式进入支流。不同水体间的温度差是异重流形成的主因。 以三峡水库试验性蓄水阶段大宁河的历史数据为依据,分析大宁河富营养化的时空分布特征及其影响因素。结果表明：大宁河基本上处于贫-中营养状态,时空差异显著,从干流至上游富营养化状态逐渐降低；汛限期富营养指数最高,泄水期和蓄水期次之,高水位运行期最低。在大宁河,三峡水库的水力学特征主要通过影响干支流的悬浮物浓度和有机污染物浓度来影响水体的营养状态,同时由于干支流的空间差异性导致影响强度的不一致。和悬浮物浓度和有机污染物浓度相比,营养盐特征和chl-a受到的水力学特征季节动态的干扰强度较小。 以三峡支流大宁河水华敏感期(2008年4～5月)水环境状态的监测数据为基础,运用数理统计分析手段,对浮游植物的分布特征及其与环境因子的关系进行了讨论。结果表明,水温、总氮(TN)、硝酸盐氮(NO3--N)、pH和溶解氧(DO)时空分布差异显著(ANOVA, p0.05)。浮游植物细胞密度时空分布差异显著(ANOVA, p0.05),最高值出现在大昌样点,最低值出现在长江干流巫峡口样点；7个采样点藻细胞密度的最高值均出现在水华期,发生多藻种同时同地水华的情况。利用冗余度分析(Redundancy Analysis, RDA)分析浮游植物种类组成与环境因子之间的关系,表明营养盐(TN, TP, NO3--N和NO2--N)、悬浮物和透明度是影响浮游植物的组成的主要因素。浮游植物的大量生长对环境因子反馈效应显著：水体的pH值随着藻类细胞密度的增加而上升。大宁河水体水生态环境特征存在显著的空间特征异质性。浮游植物群落结构组成受到水环境特征和空间相邻性的双重影响。 2009-6-6～2009-6-11(水华期)和2010-1-18～2010-1-22(枯水期)对三峡支流大宁河回水区进行了初级生产力及相关环境因子的研究,分析了初级生产力的季节变化及影响因素。结果表明：水温、DO饱和率、SPC(电导率)、pH和TUR(浊度)在不同水文期差异显著。水华期的初级生产力和叶绿素a (Chl-a)含量显著大于枯水期(ANOVA,p＜0.05)。枯水期Chl-a和PN(净生产量)、PG(毛生产量)的垂直分布差异不显著,PN、PG的垂直分布和Chl-a不存在明显的对应关系,Chl-a含量的最大值大多出现在水面下9m,而PN、PG的最大值出现在水面下0～3.0m之间。水华期Chl-a和PN、PG的时空分布差异显著(ANOVA,p＜0.05), PN、PG和Chl-a垂直分布表现出对应关系。最高值均大多出现在水面下0～0.8m之间。进一步研究分析表明TUR(水中悬浮颗粒)和温度是影响大宁河回水区初级生产力的主要因素,pH、SPC和DO饱和率在一定程度上受到浮游植物生理作用影响。 大宁河浮游植物垂直分布特征及其影响因素的分析结果表明：水文因素在一定程度上直接或间接的能够影响浮游植物的垂直分布和聚集。夏季由于气温骤升和适宜的水文条件导致大宁河水体中出现温跃层现象,水体稳定分层的出现导致理化指标的分层,此时浮游植物基本在表层分布。春季水华的现场监测数据表明,大宁河在不存在稳定分层的条件下,仍然爆发春季水华,临界深度理论对大宁河不具备普适性。 通过模拟不同混合强度的围隔实验,分析混合强度对浮游植物的细胞密度,垂直分布和群落结构的影响。结果表明：混合强度对水柱中叶绿素总量有一定的影响,适当的混合强度促使水体中营养盐均匀分布,促使叶绿素总量达到最大值；当混合强度超过一定值时,叶绿素总量随着混合强度的增大而下降。混合强度对浮游植物在水体中的垂直分布有显著影响,当混合强度达到一定值时,浮游植物在水体中趋向于均匀分布,不易聚集上浮至水体表面,形成水华。在其他环境变量稳定的情况下,混合强度是影响浮游植物群落结构的关键因子,这在一定程度上可以解释浮游植物的群落结构具有显著的水文季节差异性这一现象。