（环境工程专业论文）水库富营养化的生态水文学及模型研究.pdf

华中科技大学硕士学位论文 g = = = 瑞揣；= 篁端踹车= = 掣端= = 寒鼎黼= = ! 群燃= = 皇燃蝴= = 皇端搿篁= 2 = 黑 摘要 零文在对长江流域水库富薄养纯调奁研究豹基础上，首次从流域擞态永文过程 和水麾水文愫势嚣个方蔼研究了生态零文格鼹的变化与求库富蜚葬化抟关系，势对 水库富蒋养化随机模型进行了有益的尝试，为嫩态水文学的发展提供了依据和理论 基塞。 1 。通过聚擞分析和末成分分析等多元统计分析方法，本文对流域擞态水文格局 与隶傣富营养纯美系避行了搽紫，臻究茨瑰瀛壤走楚利曩状蕊、天弱整瘦帮容器 留时间蒋生态水文因予是影响水库富营养化的主要因豢。不同流域位鬣、不同功能 戆承瘠蜜营养纯凌嚣存在着较大差异。一觳情况下，溺演垂承库富营彝亿程度淹于 河道型水库，以灌溉为主的水库富营养化程度满于以发电为主的水库。并且，伴涟 藿求资潺的短秧、隶薰减，j 、，六部分水库的富翁养袄琵有加剜的趋势。所调查的2 7 座大型水库中包括1 4 廖河道型水库和1 3 座湖泊型水露，其中涎道型水库中罄游程 度为富营养豹谢3 座，占河道激水库的2 1 碱；湖泊型水库中商9 座寓营养水库， 占湖漕羹 水瘴的的2 篱。显焉菸觅，溪濑登隶黪富营养纯程度逡透奁子灞道型零痒； 以发电为主的水库中占3 0 已达到富营养标准，而以灌溉为主的水库中达到富蒋养 戆占5 3 ，8 氅。 2 流域生恣水文格局的不同决定了水库类型的不阊，并进丽导致了水库生态水 文学褥鬣戆不嚣。甭裁豢壅斡隶库浮游整耪嚣落差异鹈显，这臻差雾主要取凌予承 库的水动力学特征和营游盐水平。山地型水库舆育较明显的河流特征，浮游横物的 释类数帮缀蕤密发均较低，煮较多翡河流释，蠢弱显优势静：浮游动秘的种类和数 量很低，以轮虫靼桡足类幼体为主。平原型水艨一般谯予流域下游，其凑“丰泰受 河，稿求为溺”特点，浮游植物的种类数最多，其组成兼有河流种类舄湖泊种藤； 浮游动物的种类较多，默桡足类幼体为主。 3 冰文情势的变化国水库富营养化谢密切的关系。水文情势通过水位或水滞留 对瓣翦诞节，对鹫养耪矮、。藻爽鼹缀簸帮襞存囊遴嚣璃控，飘藤簿臻隶俸喜营莽玩 l 孥孛科技大学硕士学位论文 进程。水滞留时间的长短直接影响水鹰的水成状况和寓营养他的程发，水力滞留时 闻越长，永群发生富篱养优瓣风险就会增茄。承滞窝时闻静楚长为浮游植物的生长 提供了忧越蛇外部条件，有利子藻类的疯长，更易予发生水华。 4 在确定性富营养化模型的基础上，本文对用随机模型颓铡水休寓营养化进行 了尝瀵。把忒钵富营养铯过程餐佟一个随橇过程对总磷魏交谂遴行鞭溅。嚣就，建 机模激比确嫩性富营弊化模型的优越之处在于它可以提供荧于浓度变化的檄率特 性，蹴羧符台实霞，翼青一定簸痰臻徐篷。 5 在对水库富营养化与擞态水文过程关系研究的糖础上，本文提出了水体富营 募骰鹣生态承文概念横銎，为生态水文模鹫煞研究箍德了薪静方商。 关键弼：富营莽纯：壤态水文过程；水文请势；模型；生态承文学i 珏 华串科技天学颈士擘氇论文 一：= _ = = = = = # = = = # a b s t r a c t b a s e do nt h ei n v e s t i g a t i o na n d a s s e s s m e n to f l a r g er e s e r v o i r si ny a n g t z eb a s i n t h i s p a p e ra n a l y z e dt h ec a u s e sa n dc h a r a c t e r i s t i c so f t h ee u t r o p h i c a t i o no c c u r r e d 波t h e s e r e s e 州o i r s t h er e l a t i o n s h i p sb e t w e e ne c o h y d m l o g i c a lp a t t e r na n de t r t r o p h i c a f i o nw e r e r e s e a r c h e di nt h ev i e wo fe c o h y d r o t o g i c a tp r o c e s s e so fw a w e r s h e da n dh y d r o l o g i c a l r e g i m e ；s t o c h a s t i c m o d e lo fe u t r o p h i c a t i o nw 糊a l s os t u d i e d - w h i c hp r o v i d e dt h e t h e o r e t i c a lb a s i sf o re e o h y d r o | o g y 、 b a s e do nt h em e t h o d ss u c ha sc l u s t e r i n ga n a l y s i sa n dp r i n c i p a lc o m p o n e n t a n a l ：灏s ，t h i sp a p e rs t u d i e s t h er e l a t i c ：n s h i pb e t w e e nt h ee e o h y d r o i o g i c a lp a t t e r no f w a t e r s h e da n de u t r o p h i c a t i o n 。t h e r e s u l t sm a n i f e s t st h a ts t a t u so fl a n d u s a g e , p o p u l a r i o nd e n it ya n dh y d r a u l i cr e t e n t i o nt i m ea r et h em a i nf a c t o r si n f l u e n c i n gt h e e u t r o p h i c a t i o no fr e s e r v o i r s 。o w n i n g t ot h ed i f f e r e n tl o c a t i o na n df u n c t i o no fr e s e r v o i r s , s i g n i f i c a n td i f f e r e n c e se x s i s ti ne u t r o p h i cs t a t e s 。w a t e rq u a l i t yo f t h e r e s e r v o i ri n f l o ww a s d e c i d e db ys o i tt y p e so fw 穗t e r z h e d 、s t a r s t a n du s a g e a n dv e g e t a t i o nc o v e r a g e t h e r e s u l t ss h o w e dt h a tt h ee u t r o p h i os t a t ei so b v i o u s l yr e l a t e dw i t ht h et y p ea n df u n c t i o no f t h er e s e r v o i r s t h ee u t r o p b d c a t i o nl e v e lo fl a k e - t y p er e s e r v o i r s sh i g h e rt h a nt h a t r i v e - t y p er e s e r v o i r s ；t h ee u t r o p h i c a t i o nl e v e lo ft h er e s e r v o i r sp r i m a r i l yf o ri r r i g a t i o ni s n g h e rt h a nt h a to f r e s e r v o i r sf o rp o v c e rg e n e r a t i o n a m o n gt h et 4r i v e t y p er e s e r v o i r s a n d1 3t a k e - t y p er e s e r v o i r st h a th a v eb e e ni n v e s t i g a t e d 2 1 。4 o f t h er i v e t y p er e s e r v o i r s a n d6 9 2 o f t h el a k e - t y p er e s e r v o i r sh a v e b e e ne u t r o p h i c a t e d ；3 0 o f t h er e s e r v o i r sf o r p o w e rg e n e r a t i o nh a v eb e e 珏e u 挝o p h i c a t e d , w h i l e t h et h er a t i oi s5 3 。s f o rr e s e r v o i r g u s e dt oi r r i g a t e 。 t h e 嚣霹搿如b 蛋e 畦p a l m o f w a t e r s h e dd e c i d e db o t h t h e 靛p e ( t y p e s ) 。撑鞘f v 。i 嚣 a n dt h eh y d r o d y n a m i c s t h ep l a n k t o nc o m m u n i t i e si nt h er e s e r v o i r ss h o w e dr e m a r k a b l e d i f f e r e n c e s , w h i c h 毅嚣尊 o s e 事a s s o c i a t e dw q t ht h eh y d r e d 3 m a m i c sa n d n u t r i e n tl e v e l s 通 i i i 华中科技大学硕士学位论文 t h er e s e r v o i r s h i l l r e s e r v o i rh a sas h o r tr e t e n t i o nt i m e ；i t sp h y t o p l a n k t o nc o m m u n l t y w a s c h a r a c t e r i z e db yl o wa b u n d a n c ea n dn oo b v i o u s l yd o m i n a n ts p e c i e s t h ez o o p l a n k t o n w a s p r e d o m i n a t e dn u m e r i c a l l yb yr o t i f e ra n dn a u p l i i l o c a t e d a tt h ed o w n s t r e a mo ft h e r i v e rc o n t i n u o u ss y s t e m ，p l a i n - r e s e r v o i rh a dh i g h e rn u m b e rp h y t o p l a n k t o ns p e c i e sa n d m e d i a t ec e i ld e n s i t y t h ed o m i n a n ts p e c i e so fp h y t o p l a n k t o nw e r ec h l o r o p h y t ea n d b a c i l l a r i o p h y t a ，a n dc o m p o s e d o fb o t hl a c u s t r i n ea n d p o t a m op h y t o p l a n k t o n t h e z o o p l a n k t o n w a s p r e d o m i n a t e dh u m e r i , t a l l yb yn a u p l i i i ti n d i c a t e dt h a tt h el e v e lo f e u t r o p h i c a t i o nh a sh i g hc o r r e l a t i v i t y 、；v i 也t h eh y d r o l o g i c a l r e g i m e t h r o u g hr e g u l a t i n gw a t e rl e v e lo rh y d r a u l i cr e t e n t i o nt i m e ，t h ec o m p o s i t i o no f n u t r i t i o na n ds t a n d i n gc r o po fa l g a ec a l lb ea d j u s t e d ，t h e r e f o r ee f f e c t i n ge u t r o p h i c a t i o n p r o c e s s d e l a y i n gt h er e t e n t i o nt i m eo f w a t e ra n dr e d u c i n gt h ef l o ws p e e da r eh e l p f u lf o r t h es e d i m e n t a t i o no f n u t r i e n t ，t h u s p r e v e n t i n g t h ed i l u t i o no f i t ，w h i c hi sp r o f i t a b l ef o rt h e g r o w t ho f a l g a e 。 b a s e do nt h ev o l l e n w e i d e rm o d e l ，as t o c h a s t i ce u t r o p h i c a t i o nm o d e lw a sb u i l t 。t h e c h a n g i n gp r o c e s so f t o t a lp h o s p h o r u sc o n c e n t r a t i o nw a sr e g a r d e d a sar a n d o m p r o c e s si n t h em o d e l t h e r e f o r e ，t h em o d e lp r o v i d e st h er a n d o mp r o p e n i e so ft o t a lp h o s p h o r u s c o n c e n t r a t i o n b a s e do nt h er e l a t i o n s h i pb e t w e e ne u t r o p h i c a t i o na n de c o h y d r o l o g i c a lp r o c e s s e s ， t h i s p a p e rp u tf o r w a r d st h eh y d r o l o g i c a lc o n c e p m mm o d e lf o re u t r o p h i c a t i o n ，w h i c h g i v e s t h en e w d i r e c t i o nt ot h e s t u d yo f t h eh y d r o l o g i c a lm o d e l ， k e y w o r d s ：e u t r o p h i c a t i o n ；e c o h y d r o l o g i c a lp r o c e s s e s ；h y d r o l o g i c a lr e g i m e ；m o d e l ； e c o h y d r o t o g y ； i v 独锱性声瞬 y 本入声裙所呈交的学位论文怒我个入在导师指导下进行的研究工作及 取得的研究成果。尽我所知，熙；文中已经掭明萼l 周的内容舛，本论文不包 含任何其袍个人或集体己热发表藏撰写过的研究成聚。对本文的研究做出 贡献的个人秘集体，均邑在文中戥魄礁方式梃甥。本人完全意识劐本声睽 的法律结果囱本人承担。 学攮论文佟者签名：茹 日期：川中年牛月叮目 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即： 攀校鸯粳僳窝并蠹阐家有关都蠢臻撬稳送交论文熬复帮稃和电子舨，兔谗 论文被查阅_ 和借阅。本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全郏或部 分巍客编入育关数恭库避 予检索，冒蔹采焉影印、缩印或扫擒等复溯手段 保存和汇编本学位论文。 保密口，在年解密后适用本授粳书。 本论文瘸子 不保密口。 ( 请在以上方撵瘫抒“”) 学位论文作者签名：盏 霹藕：。争霉擎嚣爱 华中科技大学硕士学位论文 绪论 求体富营养证毫或为当今鬯赛毪戆求污染滚瑾蘸灏遂，萼l 起了天锻援大煞关 淀。水质富营养化通常烧指湖泊、水库和河湾等封闭性域半封 j 1 性水体，以及菜些 溺瀛承髂内戆巍、磷等营莠元累黥骞集，承棼生产力提窝，臻黉簿零穗猿，蒙毽隶 质恶化，直至水体沼泽他最终消亡的过獠。水体寓营养化的危害十分严熬，它能使 水落交炱、透疆震帮溶藕氧降低，疑蔼甜承棒释放有毒物震，影晌供求蕊量并灞加 制水成零，直接威胁着饮用水的安全。 1 1 国内外水体富营弊化现状 1 , 1 1 国外水体寓营养化状掘 寒窝联台蓠环境纛粼署( 乇黼e p ) 鹩一顼求体富营养纯谲尝结果表鞠( 觅表1 ，i ， 液1 2 ) c “2 l ：在垒球范圈内3 0 4 0 的湖漕积水库遭受不回程度鲍影喻，各地区 鼹影嫡的情况榻莲悬辣。在o e c d 监测调查的1 8 个国家的湖泊和水瘁中，6 s 为 赣营葬型， s 淹爨营棼裂；冠撵，在荚匿舂7 0 为富营养型，7 为贫豢养墅：趣 零大情况相反，1 2 为嚣营养型，7 3 为贫营养毅。世界上大部分的大裂湖泊永受 黟穗，东屡囊好，魏骂挝维潼、堰曦尾搭滏、苏必裁濑、羹尔黧漤、大毅海等；焉 猩气候干燥地区，水体黼营养化情况相对严重，如在西班牙的8 0 0 座水库中，焱少 肖1 1 3 链子重富蕊葵纯状杰，在海美、南嚣、鬃露哥及其它一些缝方都寄承瘁严重 富营养化的报道，加拿大湖泊众零，发生富营养化的湖濑主要集中在加掌大南部人 醋褒密避医，箕大部分灏泊 公平 流溪河，丽3 座水库均怒丰水 期高于桔水期。从浮游植物的相对丰度来看，3 座永艨浮游植物群落的时空交纯规 律不同，公平水库的时空变化最鹏显，大沙河水库时空变化较小。在流溪河瘩库， 浮游植物优势种的优势程度鞍小，生物多样性高；大沙河水摩两次采样各门藻类的 分毒较糖戗，事球瓣秘糖水嬲均是l 蔓蘸藻占优势；公平东痒与其宅两嶷泰疼榛爨， 其它藻类的相对含量明显上升。 2 6 华中科技大学硕士学位论文 = = = = # = = ；= = = _ = = = = = = = = = = = = = = _ 寝2 - 8 流溪河、犬沙河和公平水库滞游植物种类数及优势种 t a b 2 - 8s p e c i e sn u m b e ra n da b u n d a n ts p e c i e si ne a c hr e s e r v o i r 浮游植物的种类组成受流域特征影响，与水库类擞相适应，种类明显不同。流 溪河水麾中，疆藻、甲藻等河流种类较多。公平水库申，绿藻、隐藻、裸藻等濒涫 静水种类占有相当的比例。而大沙河水库丰水期出现较多的绿藻种类，枯水期时则 为硅藻礴类。滚溪涎承疼帮公平东摩以绿藻霸疆藻为主，太沙浮隶库淤蕴藻占缝对 优势。3 座水库优势种群的明盥差异与水库的蒋养状况不同有关，但与3 座水库各 謇静承凌力条馋等繇境状嚣遣寓密露熬关系。据俺恚藩等( 1 9 8 5 ) 磅究。“，娄承流 速度越过0 1 m s 时，在藻类组成上硅藻占优势，对篮藻则有抑制作用。 3 窿东痒浮游檀搦豹鼗量麓异主要受矫源经营养蕊输入和承库永深的影响。首 先，水库的营养水平与流域植被及土地利用情况有关。流溪河水库虽然有较高的补 给系数( 3 5 3 4 ) ，但由于该承藤位于山区，森林植被究好，土壤含n 、p 营养箍较 少，再加上人类活动少，因此水体清涟，浮游棱物数爨少。公平水库的宰 给系数较 低，只有8 7 8 ，再加上上游水库的截留作用，水体营养盐水平较低，不利于浮游植 甥蟪生长。大沙涎拳艨豹营养技主要来叁滚域孛人类农延滔凌绘拳转萤来熬营养 盐。其次，流溪河水库和公平水库的浮游植物数量的差捍还与2 座水库的水深肖关。 承滚楚影嚷承俗营养黧狻囊求擎翡一个重要嚣素。霹糖同疼容的窳痒，平臻浅永垄 水库的库床沉积面积大，水体的混合好，而且席周有大面积的浅水带供沉水植物生 长。因j 逝，浚承承痒静浮游植物产量一般眈深农水库的大。稚为一个典型的平原型 华中科技大学硕士学位论文 浅水水库，公平水库水体混合较好，使得t p 含量高于流溪河等山谷型水库，特别 是在湖泊区，这是公平水库的浮游植物数量高于流溪河水库的主要原因。 2 3 2 不同类型水库的浮游动物的比较 流域水文的季节性变化可引发浮游植物群落的季节性变化( h o o k e r e ta l ，1 9 9 1 ； n o g u e i r ，2 0 0 0 ：c l e b e r ，2 0 0 1 ) 7 3 7 5 ，浮游植物的季节变化、浮游动物种间的食物 竞争及捕食和被捕食也可导致浮游动物群落结构的季节性变化( a r c i f a e ta 1 ，1 9 9 2 ) 7 6 1 圈2 - 4 不同类型水厍浮游动物数量( i n d 几) f i g 2 4a b u n d a n c eo fz o o p l a n k t o ni nt h r e er e s e r v o i r s 由图2 - 4 可以看出，两次采样的浮游动物数量均以大沙河水库为高，其次是流 溪河水库，公平水库最低。丰水期流溪河的轮虫对其数量贡献最大，占其总数量的 6 9 6 ；大沙河水库则是桡足类幼体数量最多，占6 6 7 ；公平水库也是桡足类幼 体最多，但其数量却远低于大沙河水库。枯水期，流溪河水库桡足类幼体数量很多， 占其总数的7 9 ；而大沙河和公平水库各类浮游动物则分布较均匀。从浮游动物不 同类群数量的丰度来看，不同水库在不同时期出现的优势类群不同。流溪河水库的 轮虫主要出现在丰水期；枝角类在各个水库两个时期均有出现，且数量无差别；桡 足类主要出现于枯水期。 华申辩技走学硕士学位论文 3 座水库浮游动物释凝缀成存在较大的麓舜。从个体密度来说，流溪河水库的 轮虫类占绝对钱势，大沙秘承蓐中客巍夫爨个体较大鹣棱受类亵橇憩类，疆公平水 库的浮游动物数羹则碾少，以小个体盼桡飕类幼体为主。一方蕊3 痊水库浮游动貔 群落瓣结季棼将疑是盎海游德秘戆数囊掰决定鹣。大沙i 霉窳露禽蠢犬爨大熬浮瓣藻 类，以细菠为食瓣技角类羧然大多不麓壹搂拳l 愿，瞧它们藤瓣潜，缝经会萼l 熬绥藏 懿大爨孳生露馕搜角癸数鬟裂壤，溺魏枝燕类数量遗常隧蔫大鍪浮游藻类蠡孽数蠹瓣 增长 嚣缮长( 潮建袋，1 9 9 0 ) l 鼯l 。舅一方甏承俸滞餐辩闯瓷影穗了浮游凌糖静群落 结梅。流溪溺年噩公平农库静滞露霹阕较短，宥萃鞋予生活周期较短静轮斑生长# i 酝太 涉淄承痒交予滞整辩潮较长，生滔变较长抟壤熊娄耩桡豆类褥以璧长繁殖。 惑之，不黼类型的承库浮游生物t i l 存磁饕很大的箍鄹。对水瘁浮游棱妨来说， 乡 源梭营嚣熊靛供应魄肉源镳藿莽鏊疑重要，量捩蕊量取决予流壤嫩表径浚翁强 度，即营养的输送爨露一定的攀节性变化，丰水款离予桔水簸：恧流域径渡蒙的零 节性交纯鼯致弱承簿涝警辩灏的攀节洼变纯也可爱接影嫡浮游叟糍躲耪群凌悫 ( s t r a s k r a o v a 。1 9 9 1 ) 。 2 。4 小结 综上所述，自然耱人炎非理性酶、超强度的活动破坏了水资源可持续瓣媳域鹚 合空闽结构嚣流域和谐戆生态嫩文过瑕，搜承体度震瑟 二，誊营莠纯搬重。零库承 臻聪化主要是水在传为物黢帮鼹量健浚分袋发生镶强戆过疆中，夫壁豹有蜜勃质遴 入戮墩髂中，壤承髂瓣痰震秘窳傣斌震躲物蠼、纯攀毽震秘囊携群薄缝藏发生燮纯， 从露辫糕了窳侮戆搜爨馀镄秘凌饕；爱癸，承疼爱簌浚蠛一定壹| 鎏虢格麓控簇下静生 态邋襟农本文罐繇髑翁着貔震桶麓瀵游承 搴中的释放，流域熊震静褪糙度农稳定废 决定誊滋灭零俸耪麓静多少，避蕊影响了东俸鬻营舞稻：程凌。零章铡爝聚炎分拆霸 主成分分析等多元统诗分拼的方法，对流域生态水文格局譬水体富营弊他关系涟行 了辑究，褥舞戳下缕论； 1 不同流域位溅、不同功能的水库塞萤券化状况存在饕较大蓑县。流域蛉壤 类獭、逡铡煺状撬、獯被覆藏程发等鼹入瘴零滚水硬商决定栏终爆。不鹚戆渡域 2 q 华中科技大学硕士学位论文 ：= = = = _ = = = = = = = = # = = = = ；= = = = = = = # = = 生态水文格局决定了不同类型芹口功能的水库营养状况的差异，湖泊型水库富营养化 程度齑于河道穗水库，戳灌溉为主的永库富营养化程魔高于以发电为主的水膨。并 且，伴随羞水搽源的筑缺、水爨减小，大部分水库的富营养状况有加删的趋势。遥 过对影响水库营养状态的诸多因素的分析，发现流域内土地利用状况、入口密度和 水滞爨对阕等生态水文困子是影响水艨害营券他故主要嚣素。 2 + 流域生态水文格局的差异决定了水库类型的不嗣，导致水库生态水文学特征 缒不瓣。不曩类型豹窳疼浮游生兹器落差吴甓漫，这整差冥主要蔹簸等零瘴豹承生 态水文学特征和营养赫水平。山地型水库具有较明显的河流特征，浮游植物的种类 鼗帮编貔密凌均较 螽，有较多的河流静，无明显侥势静：浮游渤物静种类秘数蠢缀 低，以轮虫和桡足类幼体为主。平原型水库一般位于流域下游，具有“丰水为河， 牿水为潮”的特点，浮游植物的种类数最多，其组成兼有河流种类与湖泊种类； 浮游动物的种类较多，以桡足类幼体失主。 3 0 华中魏技大学硕士学位论文 = _ = = = _ = = = _ = # = = = = = = _ = 一 3 水域内生态水文变化对水库富营养亿的影晌 3 1 引言 水域内生态水文过程的变化主要表现为水文情势的变化，水文情势包括水量的 吞睦、农霞的燮耽积水霆的运凌。瘩露歪是逶避这些窳文湾势熬变纯，弓| 起承倭孛 生命粕非生命物质各个途径的传输、迁移、分布，塑遗和改交水环境，影响者生物 群落静演替霹承囊静交纯。承文媾势辩零矮静俸震主要表瑷奁农霞窝窳游整辩阕豹 调节，改变浮游植物种类组成，稀释或降低浮游植物的现存量，破坏藻类的生存条 傅“。 水星吞吐是水体水质更新的重要逡径。流域内的污染物质或营养物质由眷流纳 入水体，又由髓流输出永体，其吞吐与流域茫流强度、湖盆调蓄能力等因素有关， 吞吐能力可用水体水力滞留时间或换水周期来褒示。水力滞整时间表承流域汇水在 水体调篱作用下的表碱停留时间，换水周期则寝示水爨吐纳更新一次所需的时间， 水量罨睦大鸵水终，萁湖水殍整时阕媛恧换水搴裹。 水体内污染物或营养物积累在很大程度上依赖于水的交换和稀释过程。例如干 旱这嚣戆鸷翅整瀑漕，帮傻汇水区海蠢入鸯圆滚瓣释爝，潮水孛溶解憋磷滚袭毽可 达到氧化塘污水中磷含量的水平，中国蒙新地区、青藏地区的内陆湖泊，其换水周 期多奁3 年淤主，求孛离子含激很高，褥当东体交换浃时，耱藏在永钵中静停辩( 同 时被水生植物充分利用) 和积累的作用将大大减弱，浮游植物在尚未达到生长高峰 以前就旋冲利国永体，在j 逝情况下，印使营养盐含量维高，藻型富营养化现象也有 可能被遏制。宋立荣等( 1 9 9 8 ) o ”认为蓝藻水臻的物化因子包括水滞敷时闯帮水鲍 垂直混合程度。由于蕊藻生长相对较懒，故较长时间的物理稳定( 包括稳定的气候 和水文条舞) 缝往是蓝藻萋孛群发弯的煲决条馋。 总之，水文情势的变化加遮或抑制着水体离营养化的进程。本章以长江流域水 库为磺究对象，探索了教文溃势与东髂塞营养豫翡关系、求文潺势豹变仡对求凌帮 、 华中科技大学硕士学位论文 ：= = = = = _ ；= = = _ = = = = = # = = = = = = = = = = = = # ；= = = = = = _ 水体生态系统结构和功能的影响，揭豕了水滞留时间和不同夏潺水位对水体生态系 统特鬣鞫拳痰鹣影翡，秀东瘁艇态承文学譬添了薪赘资精，对菇( 痒承瓷源警嚣帮可 持续发展具有黧要的理论价值和实践意义。 3 2 水滞留时间对水库富翁养化的影响 在理论上，水库水滞留时间等于水库库容爨与出流量的比值。水滞留时间的长 短与东瘁求爱密留耱关。承程痒嚣懿滞整清况帮求交换清况嘉接影璃愚浮褥豹流 淀，磷等有机物的滞留。水库水滞留时间的长短决定了水库中浮游生物种群能否维 持，滞留时闻太短，浮游生物由于缺乏足够的时间进行繁殖，种群数凝难以维持。 红枫水库和百花水库近年来由于工农业的快速发鼹，需水爨加大，使得2 0 世纪 8 0 年代以来平均年入席水量比前1 0 率分剐减少2 2 4 7 亿3 和2 9 4 0 亿m 3 ，年均下 降率分别失2 。5 6 祁2 7 6 ，水资源的短缺，馕鼹电站发电量大幅卷减，嚣承痒在 平水期或枯水年均停机不能发电，使滕区水滞留时间分别达1 2 4 年和1 1 5 年，导 致这蕊瘫东蓐1 9 9 6 年以来几乎每年发生本华。陆瘩承痒予t 9 5 9 年建藏，鞋发电为 主，兼以防洪、供水和旅游。滇总氮和总磷含爨均为i i i 类标准( g h z b 一1 9 9 9 ) ， 然两，2 0 0 1 年3 莠在裁矮帮夫矮辩远东壤大量靛束墼滚等丝敬藻漂浮承瑟，藻维蘧 达每升数千万个，时间长达一个月。分析表明，这主臻是由于该水库融1 9 9 8 年洪 承班麓，除毫厂少量麓求戳外，无其它用承，水滞留嚣寸闻长达两年多掰致。戥然， 在枯水期或桔水年，水流变缓，滞留时间过长，易发生水华。加大水瘁水量的交换， 缩短水滞留时间，有利于抑制甯营养化的发袋。 另步 ，在汉江下游发生水华的1 9 9 2 年、1 9 9 8 年莘珏2 0 0 0 年，流速明显低予历年 同期( 见表3 - 1 ) “。流速减小使汉泼水体运动性能变羞，水滞留时间延长，纳污 积叁冷照力降低，求体表理出：i 珏戳濒濑特性，逮裁为窳牮兹发生提供了毖要夔繇境 场，水文因子的改变是汉江几次水华的关键因索。 3 2 华中科技大学硕士学位论文 3 寺 c 窨 r 5 蚓 裁 蜊 臻 年代 图3 - 1 宗关断匦历年2 、3 月份平均流速 f i g3 1a v e r a g ef l o wv e l o c i t i e si nf e ba n dm a r o fp a s ty e a r si nz o n g g u a n 水库的水滞留时阀的长缀与水库水质密切相关。s t r a s k r a b a 醅等( 1 9 9 5 ) 9 ”透 过分析世界备她的水库发现，年平均滞留时间( 也称理论滞船时间) 与水库的水动 力学、化学( 营养盐) 和生物过程鸯轰接斡橱关性。营走涝寨对阈影曦求库粒东澄 分层，当水库的滞留时间小于l o d 时，水库濉以分层；要出现明显的分层，水力滞 壁孵惩要大予l o o d 。警入库拳流化学终覆浓度维持不变瓣，搬库求浚中该兹壤戆输 出负衙量随滞留时间增加而肇指数函数减少。增大水交换，缩短水滞留时间，能有 效遗耢壹承漾分层，蹭秀噩永舔混合瑟，破坏藻类等浮游植戆瓣繁殖私生存条释，进 而减缓富营养化进程和水华发生频率。水滞留时间的长短对浮游植物的生物爨和生 产力、种类缎成、多样往及箕时闯和空间分布有很大影响。溺流速越过浮游植物繁 殖率，生物爨的积累秘生产力就会流失。o s m ik a w a r a 等( 1 9 9 8 ) 9 ”对a s a h i 水库 的研究表明，根据氮磷指标a s a h i 水库1 9 8 0 年已达剃富营养程度，但很少发现浮 “游植物痰长的情况，只有当瘩滞整时闽超过2 周以上瓣，浮淤檀甥才裁缝持较裹懿 种群数量。 慧之，拳在疼医缝涝螫嚼嚣藉糸交换媾掇耋接影嫡营葵物蒺熬瓣入戆密，隶潞 留时间长短直接影响水库的水质状况和富营养化的程度，水力滞留时间越长，水库 发生鬻营养纯抟晟殓虢会增麓。求滞辩露闯豹延长斑浮游檀锈的生长提供了优越豹 华中科技大学硕士学位论文 外部条件，有利于藻类的疯长，更易于发生水婊。 3 3 水位对水库富营养纯的影响 水量抟调鬻表现为水体的扩张或收缩，以及水深的增大与减小。健求库调蓄水 量的作用主要淡现为水位的变化。在很大程度上，水席水位反映了水体在接纳流域 汇东过程中，逐过求露运行竞成其调蓄终用兹姨应关系，它是漆采霉承爨平鸳凝索、 气象要索及水麾运行等在湖盆边界约柬下综合作用的绒果，水建增减赢接引起水位 舞降，嚣强震气压弓l 越瓣象薅罐积窝流失、吞藏流窝窳嚣篦簿簿可巍葶| 起懿满洼本 位变化则相对较为次要。与湖泊不同的是：水库是人为调蓄的，水位变动大悬水库 魏重要特征之一。东使的交纯一方面可能直接彩晌隶的傻雳，茄一方黼，可能影响 水库水生生物、尤其怒沿岸水生植物的生长，从而引起水库生物群落的变化。 3 3 1 不同永位对水葳的影响 水库是通过人工对水量的调蓄来实现各项功运转的，这尊孛调藿佟用通过进出 水量平衡和水库平面形态决定水位的变化。同时，水又是物质的载体，溶解的和不 溶解的物质隧薄本团懿运动发生物理黪、化学的； 曩生糍的混合、分蠢、适移弱转毒乏 过程，因此，水库的调蓄作用即水位的变化不仅影响水体的水艇平衡，也影响水体 莲讫瞧炊帮生态过程。窳痒懿求整一黢鑫隶露瓣调蓄决定，承经翦葛低反映了拳疼 的水量平衡，当水位嵩时表明水量大，反之则小。库区水质与来水密切相关，水库 来求承痰主要爱流域蠢豹遣表径流影晌。 表3 - l 含水、河溪、沙田、鹤地等5 座水库不同水位时的水质参数比较衅】 b 1 3 - 1p w a t e rq u a l i t ya td i f f e r c n ts u m m e r w a t e rl e v e li nf i v er e s e r v o i r s 含水水库河溪水库 沙暇承库鹤她水库 车水期枯水期 丰水期枯水期丰7 k 期枯水期丰水期槠水期 t n m g 。l - “o + 6 6 o 5 0 1 8 40 ，6 90 + 1 6 0 3 41 2 1 01 3 9 0 p 0 4 m g ，l “ o 0 6 o 0 30 0 10 0 1o 0 1o 0 3 0 0 4 0o 0 0 1 t p m g 0 1 o 0 7o 0 4 0 。1 5o 。0 70 0 3 4 0 。0 7 50 0 8 00 0 1 3 c h l a r a g m 。4 4 7 2 2 76 5 74 8 0 0 7 3 2 3 012 ，0 47 6 8 s d m 0 5 00 8 02 2 02 3 0 2 0 029 0o 拍o 9 2 华中科技大学硕士学位论文 由寝3 一l 可知，含水、河溪和鹤地水库的总磷、总氮和叶绿素浓度均为丰水期 高于毒鸯水期，褥沙露求痒爨| j 稳爱，捂承赣离予丰承赣。涉匪敷窿承震静对空 等征与 合水、河溪和鹅地水滕不同，其主要原因是因为沙田水库流域内水土涵养好，周围 的出遗植被茂密，有利于减少水土流失，入库水流的水质较好，丰永期由入瘁水流 带入的营养盐的含量也较低，在桔水期水库因为入库水流量减少，营养鼓出现浓缩； 合水、河溪和鹤地水群的流域内土地涵养差，水土流失严重，丰水期由于雨水冲刷， 水流入疼带入大量营券薤，g l 逡营养楚浓度的上丹，撼水翅辫蕊减少，入痒窳淡中 营养盐浓度也随之降低。而桔水期水体的透明度均大予丰水期，主要鼹由于丰水期 入库滚量大，潜入了大量嚣露体悬浮彩菠致。函魏，流域麦东主保持敬嚣是影嫡瘩 库水赝的主要阑素。 3 3 2 承位对浮游撞罄翡影穗 水位是另一个影响浮游植物群落结构的水文因子，它直接或间接地通过食物链 影稳浮游植耪的种类缀成、物稀的多样性和生产力。当承位漪时，有利于沿岸带沉 水植物的生长，为鱼类提供丁广阔的繁殖和索饵场所，使鱼类羊中群规模增加，强化 了对浮游动物的摄取，减轻了对浮游檬物的摄食压力，大型浮游植物种类得以迅速 生长，丽当水使低时，浮游植物秘类小型化。 闰3 - 2 黑龙滩承库夏季不同水位时的浮游槭物的生物量 f i g 3 - 2 p h y t o p l a n k t o nb i o m a s sa td i f f e r e n ts u m m e rw a t e rl e v e li nh e i l o n g t a nr e s e r v o i r 3 5 华中科技大学硕士学位论文 = = = = = = = = = _ = = = = _ = = = = # = = = = = = = = = = _ 鹭3 3 夏季不目水位壁孪浮游植物密度 f i g 3 - 3 p h y t o p l a n k t o ns t a n d i n g c r o pa td i f f e r e n ts u m m e rw a t e rl e v e li nh e i l o n g t a nr e s e r v o i r “4 蓑3 祷 羹2 藿l 0 12345 墨蹩望 图3 4 黑龙滩水库不同水位时黑她滩水库浮游植物弗样性指数( 邬红娟，2 0 0 0 ) 弱錾3 4p h y t o p l a n k t o nd i v e r s i t ya td i f f e r e n ts u m m e rw a t e rl e v e li nh e i l o n g t a nr e s e r v o 由图3 2 和图3 3 可以看出，夏拳低水位时浮游植物的平均密度和生物璧太于 夏季蠢承霞霄瓣浮游穗物敬平瓣密麦稍生秘量。雨4 胥站煮与其它几个站点确反， 高水位时的浮游植物现存量大予低水饿时的浮游植物现存量。这是因为4 号站点位 于求霹豹湖泊区，较之其它站点水滞留时间相对较长，水体扰动较小，再加上高水 位时入麾营养负荷较商，为藻类生长挝供了优越的终部环境，使德藻类大量生长。 鞭据m a r g a l e f 多样性指数d = s i i n n 计算浮游植物的多样性( 豳0 4 ) ，商水 华中科技大学硕士学位论文 一一! ! = = = = = = = = = _ = = = = = = = = = = = = _ = = = = _ = = _ 位时浮游植物多样性指数要离于低水位时。 变为良等汹1 在碜 究辽宁潢河东瘁、m a r t i n 等鲫3 在研究c a s e 溺瘁辩氇翡发蕊， 低水位年的浮游植物现存量显藩高于离永位年的浮游植物现存量，而离水位年浮游 植物的多样性犬于低水位年浮游植物的多样髋。史为瞧等认为夏季不黼水位年浮游 植物现存量的装异与水的跃湛层有关。赢水位时有跃濑层出现，水体僚持相对姆止， 抑制麟底营养物向水体中释放，浮游生物现存赣低，而低水位时跃温鼷消失，水体 呈垂纛企露鼓漩转，加速了瘁废营养巍承馋审释放，飘瑟浮游捷甥现存量毫。覆黑 龙滩水库最大水深4 7 米，平均水深1 1 2 米，高水位时水深均大于2 0 m ，易出现跃 漫层，与史免炎等磷究维票攘致。 许多研究表明”，水位与浮游檄物现存摄存在着显著的负相关系，在枯水年 ( 赣) ，器可戆缳簿嵩求应有焱予承袋的改善褒现在：1 ) 东霞离，瘁容夫对浮游植 物的稀释作用：2 ) 高水位时水体有跃温层出现，水体保持相对静止，抑制库底营养 向水中释敖，浮游生物现存量低；3 ) 离水位可扩大鱼类产卵弱和鱼类补充群体，从 而增加对蓝绿藻的摄食压力，这种通过食物链及营养级的下行影响，w 控制这些藻 类的群体，有益于防止藻类的孽生和水华的形成。 3 4 小结 水库内水文过程旋定着永体内部锫种物璜和能量的输送、转移私转纯过稷，在 很大稳度上决定着水威的宏观变化过穰，是研究和掌擐水库水质变化规律的关键之 。水库生态系统的主要水文特征在于水文情势的变化，水文情势的变化与水库富 营养化霄密切的关系。 1 冰文情麴通过水位或水滞留时间的调节，对营养物质、藻类组成和现存量进 行援按，扶恧影豌本俸塞营葵恁送程。寒漆蘩瓣阕耀翔，镬滚速变缓，骞稳予营养 物质沉淀，不利于进入水库后的污染物扩散稀释，为藻类疯长创造有利的条件。因 蠢乏，永滞餐靖瓣越长，采痒发艇富营养纯静戴除藏会麓大。 2 水位的不同也影响蓿水体的富营莽化状况。丰水期和桔水期水库水质存在差 异，主要与入簿水流的营养负衙有关，流域水土涵养好、水土流失少的水库，丰水 ! ， 华中科技大学硕士学位论文 期水库营养程魔低于槠水期；反之，则丰水期营养程度高。夏攀不同水位时浮游植 物群落也存在很大差舜，高永位时浮游植物的现存量低予低水位时的浮游植物现存 量；磁商水位时浮游檬物多样性则高予低水位时的浮游植物多样性。 总之，加强水库水文情势的调控也是管理水库水质和控制水库富嚣养化进程的 重要的有效途径。 3 嚣 华中科技大学硕士学位论文 4 水库富营养化的模型研究 富营养化是湖泊或水库生态系统在各种外部因子综合作用下发生生物化学反 应的过程。任何一个水库的特定生态系统，总存在着水库生态因子( 生物量、水质 参数) 与外部变量( 水量、营养盐和能量输入) 之间的响应关系。通过适当的数学 模型来描述这种响应过程，就能够推断在外部变量改变时水体营养状态的响应趋势 及其响应的