（环境科学专业论文）三峡水库135m蓄水后大宁河回水段水体富营养化研究.pdf

i i i 大宁河的白水河和大宁湖两个宽阔水域里，在机动船舶的航行线路附近，c h l a 浓度 很高，属于严重富营养化程度：在远离航线的区域c h l a 浓度相对低些，都属于富营养化程 度。 i v 在白水河和大宁湖两个区域进行的垂向监测发现：垂向监测各点的全态t n 、t p 浓 度在垂向上从上到下基本上呈缓慢上升趋势，即随着深度增加全态t n 、t p 浓度缓慢增 加，这可能是泥沙沉积和表层藻类生长消耗氮磷的结果；垂向监测各点的c h l a 浓度在垂直 方向上基本上成缓慢下降趋势，即随着水体深度的加深c h l a 浓度缓慢减小；e h l a 与溶解态 t n 、t p 浓度在深度上呈现负相关，也就是说随着深度增加，c h l a 与溶解态t n 、t p 浓度 变化趋势相反； 以上研究旨在探讨三峡水库1 3 5 m 蓄水后大宁河回水段水体营养状况的时空分布特 征、变化规律和客观原因，并提出相应的对策措施。这对1 3 5 m 蓄水成库后三峡库区次级 河流回水段水体的富营养化现象进一步深入研究，并提出相应的防治对策，具有重要的参 考价值。 关键词：三峡水库、大宁河、1 3 5 m 蓄水、回水段、水体营养状态、综合营养评价法、 对策与措施 e u t r o p h i c a t i o ni n v e s t i g a t i o no nt h eb a c k w a t e rr e a c ho ft h e d a n i n gr i v e ra f t e r1 3 5 - mw a t e rs t o r a g eo ft h et h r e eg o r g e s r e s e r v o i r m a j o r ：e n v i r o n m e n t a ls c i e n c e s p e c i a l i t y ： e n v i r o n m e n t a le n g i n e e r i n g z h o n gc h e n g h u a s u p e r v i s o r ：d a n gc h u n g u a n gp o s t g r a d u a t e ： w a n gd e r u i ( 2 0 0 2 4 7 2 ) l ix u g u a n g a b s t r a c t a f t e rt h e1 3 5 一mw a t e rs t o r a g e ，d r a s t i cc h a n g e sh a v eb e e nm a d et oh y d r o l o g i c a ls i t u a t i o no f e v e r yb r a n c hr i v e ri nt h er e s e r v o i r sa r e a a l t h o u g hm o s to fr i v e r sr e m a i nl o n ga n dn a l t o w f l u v i a ls i t u a t i o n ，w a t e rf l o wv e l o c i t yo fb a c k w a t e rr e a c hd e c r e a s e de v i d e n t l y t h ew a t e r b o d y a l m o s t l yb e c o m e sam a n - m a d el a k e i nt h ep a p e r ，t h ec h a r a c t e r i s t i cf e a t u r e so fd i s t r i b u t i o nf o rs p a c e - t i m ea n dc h a n g i n gr u l e so f t h ew a t e rt r o p h i cs t a t u so fb a c k w a t e rr e a c ho nt h ed a n i n gr i v e ra f t e rt h e1 3 5 - ms t o r a g ea r e d i s c u s s e dp r i m a r i l y t h er e s e a r c hm a i n l yi n c l u d e de u t r o p h i c a t i o nm o n i t o r i n g ，w h i c hc a r r yo u tb y m e a n so fo b t h e s p o to b s e r v a t i o na n dl a ba n a l y s i sa c c o r d i n gt ot h r e ed i f f e r e n tm o n i t o r i n gs c h e m e s ， n a m e l y ，l o n gr i v e rb e a c hm o n i t o r i n g ，o p e nw a t e ra r e am o n i t o r i n ga n du p r i g h t - m o n i t o r i n g o nt h e b a s i so f e x p e r i m e n t a ls t u d y ，e v a l u a t i o nh a v e b e e nm a d eb ya p p l y i n gt r o p i cl e v e li n d e x ( t l i ) i n t e s t i n gr e s u l t s w ef o u n dt h a ta f t e rt h e1 3 5 一mw a t e rs t o r a g eo f t h et h r e eg o r g e sr e s e r v i o r , i ti s v e r yl i k e l ya n du n a v o i d a b l ef o re u t r o p h i c a t i o no u t b r e a ki nt h eb a c k w a t e rr e a c ho fs u b b r a n c h r i v e r si nr e s e r v o i ra r e a t h er e s e a r c hf i n d i n g sa r et h ef o l l o w i n g ： ia f t e rt h e1 3 5 - mw a t e rs t o r a g e 。”a g a l eb l o o m o ft h eb a c k w a t e rr e a c h w a t e ro fd a n i n g r i v e rb r e a ko u ti nc e r t a i nc h a n g er u l e sd u r i n gt h ey e a r t h et w om o r ed a n g e r o u sp e r i o d st ob r i n g w a t e rb l o o m ”a r ee a r l y - s u m m e ra n de a r l y - a u t u m n t h e ya r et h ep e r i o df r o ma p r i lt om a ya n dt h e p e r i o df r o ms e p t e m b e rt oo c t o b e r d u r i n gt h ep e r i o d s ，t h e r ea r eh i g hw a t e rt e m p e r a t u r e ，s t r o n g l i g h t , l o ww a t e rs p e e d ，l o n gt i m e ，a n dh i g hn i t r o g e n p h o s p h o r u sn u t r i t i o n s ；j u s tt h e s ef a c t o r s l e a d st oh i g ht r o p h i cs i t u a t i o ne v e ne u t r o p h i c a t i o no u t b r e a k i ii nc o m p a r a s i o na n da n a l y s i so ft h e s er e s u l t so ff o u rl o n g - r e a c hm o n i t o r i n g ，w ef o u n d s o m er u l e s a l o n gw i t hw a t e rl e v e ls e a s o n a lc h a n g i n g ，t h em i d d l ep a r to fb a c k w a t e rr e a c ho nt h e d a n i n gr i v e rc h a n g e sb e t w e e ns h u a n g l o n ga n dy i n w o - t a n t h em o s td a n g e r o u sr e a c ht ob r i n g w a t e rb l o o m ”a r et h em i d d l ep a r to fb a c k w a t e rr e a c h b a s i c a l l y ，p h y t o p l a n k t o ns u c ha s b a c il l a r i o p h y t a ，c y a n o ph y t a ，c h l o r o p h y t ad o m i n a t e i n t h em i d d l e p a r t o f b a c k w a t e rr e a c h t h ew a t e rt r o p h i cs t a t u sw a sh i g h e ra n di nt h et r e n do fr i s i n gi nt h el o w e r r e a c h e so f b a c k w a t e re n do fd a n i n gr i v e r f r o mt h eu p r i v e rd a c h a n gs e c t i o nt ot h el o w e re s t u a r y ， t h ec h l av a l u e sw e r eg r a d u a l l yr i s i n g a tt h em e a n w h i l e ，t n 、t pw e r er i s i n ga l o n ew i t hc h l a r i s i n g t h i sp e r f o r mt h a ta g a l eg r o w t hh a sap o s i t i v er e l a t i o n t ot h eq u a n t i t yo f t n 、t p i i ii nt h eo p e nw a t e ra r e ao fb a l s h u ir i v e ra n dd a n i n gl a k eo ft h ed a n i n gr i v e r , t h ec h l a v a l u e sw e r eh i g hi nt h ew a t e rn e a r b yt h es h i p p i n gl i n e t h e yb o t hr e a c hh y p e re u t r o p h e r t h e c h l av a l u e si nt h ew a t e rn e a r b yt h es h i p p i n gl i n ew e r el o w e rt h a nf a r a w a yt h es h i p p i n gl i n e t h e y b e l o n gt oe u t r o p h e r i vt h er e s u l t so fu p r i n g h t - m o n i t o r i n gi n d i c a t e st h a tt h et n ，t p c o n c e n t r a t i o no fe v e r y u p r i g h t - m o n i t o r i n gs p o tb a s i c a l l yg o e su pa l o n gw i t h t h ew a t e rd e p t ha d d i n g t h i si sl i k e l yt o t h ei n f l u e n c eo fb e d l o a ds e d i m e n t sa n da l g a eg r o w t hu s eu pn i 廿o g e n - p h o s p h o r u sn u t d f i o n s t h e c h l ac o n c e n t r a t i o no fe v e r yu p r i g h t - m o n i t o r i n gs p o tb a s i c a l l yg o e sd o w na l o n gw i t ht h ew a t e r d e e p n e s sa d d i n g t h a ti st os a y ，t h ec h l av a l u e sw e r ed e c r e a s i n gf r o ms u r f a c el a y e rt ob o a o m t h e c h l av a l u eh a san e g a t i v er e l a t i o nt ot h eq u a n t i t yo f t n ，t p t h i si st os a y , t h ec h l ad i s t r i b u t i o ni s o p p o s i t et ot n 、t pa l o n ew i t ht h ed e p t hi n c r e a s i n g t h i sr e s e a r c hh a sd i s c u s s e dt h ec h a r a c t e r i s t i cf e a t u r e so fd i s t r i b u t i o nf o rs p a c e - t i m e ， c h a n g i n gr u l e sa n do b j e c t i v er u l e so ft h ew a t e rt r o p h i es t a t u si nb a c k w a t e rr e a c ho ft h ed a r l i n g r i v e ra f t e rt h e1 3 5 一ms t o r a g e a n dc o u n t e r m e a s u r e sa r cp u tf o r w o r da c c o r d i n g l y i tp r o v i d e s i g n i f i c a n tr e s u l t st of n n h e ri n v e s t i g a t i o n ，p r e v e n t i o na n dc o n t r o li nr e l a t i o nt oe u t r o p h i c a t i o no f b r a n c hr i v e ri nt h et h r e eg o r g e sa r e a k e yw o r d s ：t h r e eg o r g e sr e s e r v o i r , d a n i n gr i v e r , 1 3 5 - mw a t e rs t o r a g e ，b a c k w a t e rr e a c h ， w a t e rt r o p h i cs t a t u s ，t r o p h i cl e v e li n d e x ，c o u n t e r m e a s u r e s 本文系国家科技部?“十五”科技攻关项日三峡库区典型 支流河口回水区富营养化潜势研究( 2 0 0 1 b a 6 0 4 a o i 一0 2 ) 课题资助 项目主持人? 钟成华教授 三蛱水库1 3 5 m 蓄水后大宁河回水段水体富营养化研究 1 引言 从上个世纪6 0 年代起，全球出现海洋和淡水水体富营养化不断加剧之势( 蒋火华等， 2 o ) 。水体富营养化已成为人类普遍关注的水质污染问题，并积极进行研究。 联合国环境规划署( u 姬p ) 在全球范围内实施的一项水体富营养化调查表明：全球范 围内3 0 - - 4 0 的湖泊和水库不同程度上遭受到富营养化影响。近些年来世界各国普遍重视湖 泊环境的演变，目前欧洲湖泊面临的最大问题是湖泊富营养他问题。在北美i f l 最受人关注的 五大湖泊中，伊利亚湖和安大略湖水质较差，属于富营养型。亚洲南部大部分湖泊富营养化 问题突出，适宜的自然条件和湖泊中营养盐容易引起水华。河流富营养化程度一般不如湖 泊、水库等静止水体，而且河流水体中永生植物的增长还可有；f l | 于提高水体的自净能力。但 是也有河流出现富营养化问题的报道，如由于建造阿斯旺大坝使尼罗河水文发生变化，而使 开罗市的供水水源受到富营养化的影响。来自法国里昂的报道说其下游地区的河流中叶绿素 值极高( 蒋火华等，2 0 0 0 ) 。 2 0 世纪8 0 年代对我国湖库水体富营养化调查结果表明( 王晟等，2 0 0 3 ) ：在中国东部 地区，调查湖泊大多数已经进入富营养化状态，少数水库处于严重富营养化边缘，众多的 城市湖泊已达到严重富营养化程度，形成一个宽带状分布。洞庭湖和都阳湖己具备了发生 富营养化的营养盐条件；云南高原地区的湖泊般滞留时间长，交换能力弱，一旦入湖营 养盐超标，则富营养化发展速度快，是中国湖泊富营养化的易发区和敏感区，如滇池、异 龙湖、杞麓湖的营养状态相当高，特别是滇池的富营养化问题更为严重；东北、蒙新、青 藏地区的湖泊富营养状态相对较低，一般处于中营养状态( 金相灿等，1 9 9 0 ：王苏民等， 1 9 8 9 ) 。 近2 0 年来，我国湖泊富营养化发展的速度相当快，多年以来的调查结果表明，富营 养化湖泊个数占调查湖泊的比例从2 0 世纪7 0 年代末一8 0 年代的4 1 ，发展到8 0 年代后期 的6 1 ，至2 0 世纪9 0 年代后期又上升到7 7 ，我国湖泊富营养化的发展趋势十分严唆。我 国目前有2 3 以上的湖泊受到不同程度富营养化污染的危害，其中部分湖泊达到重富营养化 程度( 国家环保总局科技标准司，2 0 0 1 ) 。我国水库富营养化的问题也较严重；近年来，我 国部分河流水域如汉江、珠江、葛洲坝水库也出现了宦营养化，已经建成的三峡水库也同 样面临着富营养化的威胁。我国河流湖库的水环境问题越来越突出，水体的水华灾害已经 成为制约我国社会和国民经济进一步持续发展的重要因素。 l 三峡水库1 3 5 r n 蓄水后大宁坷回水段水体富营养化研究 1 1 文献综述 u n e p 给富营养化下的定义是“指湖泊、水库、缓慢流动的河流以及某些近海水体中营 养物质( 一般是指氮和磷的化合物) 过量从而引起水体植物( 如藻类及大型植物) 的大量 生长”( u n e p ，1 9 9 4 ) 。富营养化( e u t r o p h i c a t i o n ) 通常是指在人类活动的影响下，生活污 水、化肥和食品等工业废水、降水以及地表径流中含有的大量氮、磷及其他无机盐等植物营 养物质输入水库、湖泊、河口、海湾等缓流水体后，使自养型生物大型绿色植物和微型 藻类旺盛生长，迅速繁殖，水体生产力水平由较低的贫营养状态向较高的富营养状态转化的 过程( 金相灿等，1 9 9 5 ；金相灿等，1 9 9 0 ；m a i m t e a z ，1 9 9 7 ；o e c d ，1 9 8 2 ) 。 水体富营养化是许多湖泊、水库的主要环境问题( m o n z u ra l a mi m t e a z ，2 0 0 3 ；马蕊 等，2 0 0 3 ) ，河流湖泊的水华、海洋中的赤潮等都是水体富营养化的表现。其特征很明 显：发生富营养化的水体中，总氮和总磷浓度异常高，透明度很低，水体时绿素极高，浮 游藻类密度很大。水体富营养化的危害性很大，可以引起水质恶化、味觉和嗅觉变坏、溶 解氧耗竭、透明度降低、渔业减产、死鱼、阻塞航道，对人和动物产生毒性( c a r m i c h a e l w w ，1 9 8 5 ；l a w t o nl a ，c o d d1 3 a 1 9 9 1 ：j o c h i r a s e ne m ，c a r m i c h a e lw w ，a nj s ，e ta 1 t 9 9 8 ) 。水体 富营养化又可分为自然富营养化和人为富营养化两种过程。根据水体中浮游植物的生产能 力等营养状况，可将湖库河流水体主要划分为贫营养型、中营养型和富营养型三种。 水体富营养化是世界各地的湖泊与水库普遍发生的一种现象，受到世界各国的普遍重 视。目前公认的水体发生富营养化现象的原因，主要是水体中氮磷等营养元素增加，给水 生生物( 主要是藻类) 大量繁殖提供了丰富的物质基础，导致浮游藻类( 或大型水生植 物) 爆发性增殖而造成多种用水障碍。前人富营养化研究成果均指出，对于不同水体，由 于区域地理特点、自然气候条件、水生生态系统结构和水污染特性等存在差异，会出现不 同的富营养化表现症状。但是发生富营养化所必需的外部条件基本上是一致的，即：8 充 足的氮、磷等营养物质；b 滞缓的水体；c 适宜的气候条件包括适宜的水温和光照等。只 有当以上三个条件基本具备时，水体才会爆发富营养化现象。 有关研究表明，湖泊、水库水域中的藻类等生产性有机体( 除藻类外，还有一些光能 和化学能微生物，有色原生动物等) 利用太阳能和化学能，把简单的无机物合成为复杂的 有机物的生物过程，可概括地用下式来表达： 1 0 6 c 0 z + 1 6 n o ； + h p o + 1 2 2 凰d + i s h + + 微量元素十能量= g 6 3d l l o 1 6 p4 - 1 3 8 d 2 个 2 三峡水库1 3 5 m 蓄水后大宁河回水段水体富营养化研究 上式表明：每增加1 克藻类，大约需要消耗p0 0 0 9 克，o ，0 6 3 克n ，0 0 7 4 克h ，o 3 5 8 克c 和o 4 9 6 克o 。在通常情况下，自然界水体中c 、h 、0 等元素的来源较为丰富，一般 均能满足水体中藻类生长的需要。而n 、p 的多寡，往往成为水体中藻类能否大量增殖的限 制因子( 李强等，1 9 9 8 ) 。 1 1 1 国外水体富营养化的研究概况 2 0 世纪初，水体富营养化问题引起了生态学家、湖沼学家的注意，同时也得到一些国 际组织、国家政府及社会各界人士的关注与重视( 蒋火华等，2 0 0 0 ) 。在6 0 年代末，联合 国粮农组织( f a o ) 、联合国科教文组织( u n e s c o ) 、世界卫生组织( w h o ) 、欧洲经 济共同体( e e c ) 以及经济合作与发展组织( o e c d ) 等众多国际组织开始在其计划中设立 研究专项。1 9 7 3 年，o e c d 曾在其1 8 个成员国之间建立过国际富营养化研究合作计划。当 时主要是对湖泊水体开展富营养化研究，通过在世界范围内开展的大量研究，确立水体中 总氮、总磷的含量是水体富营养化程度的重要标志，是产生水体富营养化的主要原因和物 质基础( 0 e c d ，1 9 8 2 ) 。如美国、日本等国根据大量的湖泊调查资料提出了各自水体富营养化 程度评价模式及营养分级标准( 日本水污染研究会，1 9 8 9 ) 。1 9 8 0 年，日本环境协会和美 国环境保护局( e p a ) 分别召开了“国际湖泊富营养化专题讨论会”。 目前国外对湖泊、水库的富营养化形成机制、评价、预测模型、控制对镱研究较多 ( 全为民等，2 0 0 0 ) 。1 9 7 9 年日本相崎守弘提出了湖泊富营养化指标与环境水质参数的 关系表达式；不少学者还通过对氮磷负荷，藻类生产量与湖泊自然特征关系的研究，提 出了不同形式的富营养化评价与预测模型。如1 9 7 5 年，v o l l e n w e i d e r 提出的营养物输 入产出关系模型，s a l c a m o t o 的叶绿素a 模型，c h e n l o r e n z e n s m i t h 水生生态模型等 ( v o l l e n w e i d e r ，1 9 6 8 ：v o l l e n v e i d e r ，1 9 7 5 ：d i t o r o ，1 9 8 0 ；g e r a l d ，1 9 8 3 ) 。通过多年发 展，大量不同复杂程度的湖泊营养化模型，已从简单的单一状态变量、v o l l e n w e i d e r 式的 经验总磷模型发展到复杂的湖泊生态系统模型。富营养化模型大致可分为经验模型与生态 动力学模型。富营养化评价与预测模型的出现，使水体富营养化研究更加深入。 国外的富营养化研究在湖泊富营养化指标与水质参数的关系、富营养化评价、湖泊生态 系统预测模型和控制对策方面取得了很多成果。但是这些都是针对湖泊等完全封闭型水体 的富营养化研究，而对河流、水库等水体研究较少。在湖泊富营养化方面取得的研究成 果，未必适用于河流、水库水体的富营养化研究。 3 三峡水库1 3 5 m 蓄水后大宁河回水段水体富营养化研究 1 1 2 我国水体富营养化的研究概况 我国就湖泊水库水资源状况开展过几次调查与评价研究。1 9 5 8 - - 1 9 6 4 年，中国科学院 南京地理与湖泊研究所、河海大学、南京大学等对东部平原湖泊进行了调查；1 9 7 6 1 9 7 7 年中国科学院组织了对青藏高原、云贵高原、东北、西北地区主要湖泊的综合调查： 1 9 8 l 一1 9 8 5 年水利电力部水文局组织了“水资源综合评价和合理利用”专题研究，对全国 范围湖泊水资源进行了调查和分析研究；1 9 8 7 - - 1 9 9 0 年间国家环保局在全国范围内组织了 对部分湖泊的水文特征、理化特征、营养指标、沉积特征和生物特征等方面的调查研究， 并根据调查结果对湖泊水库水体富营养化状况迸行了总体分析与评价，对重要湖泊进行了 典型专项研究( 金相灿等，1 9 9 0 ) 。 我国中科院南京地理湖泊研究所、中国环科院水所以及云南省环科院等单位在对我 国湖泊富营养化调查的基础上，对湖泊营养类型划分、湖泊营养类型特征、湖泊营养物 质特性、负荷来源、湖泊水生生物群落、浮游植物生产力特征、湖泊沉积物中磷的赋存 形态、沉积物中营养盐与湖泊富营养化主要因子之间的关系、湖泊寓营养化评价方法等 方砸进行过较多研究，取得了较丰硕的成果( 蒋火华等，2 0 0 0 ) 。 自2 0 世纪8 0 年代以来，我国学者在湖泊富营养化模型构建方面也作了大量的工作， 其工作主要围绕几个湖泊进行。阮景荣等人建立武汉东湖的磷一浮游植物动态模型，该 模型按照一年的时间标度描述东湖藻类的生长和磷循环，其状态变量包括浮游植物磷、 藻类生物量、正磷酸盐、碎屑磷和沉积物磷，经过校正和检验结果表明，模型对于系统 给定状态的描述是令人满意的，并且对于系统的强制函数给与了合理的响应。 国内学者在湖泊营养类型划分、湖泊营养类型特征、湖泊营养物质特性、负荷来源、 湖泊水生生物群落、浮游植物生产力特征、湖泊沉积物中磷的赋存形态、沉积物中营养 盐与湖泊富营养化主要因子之间的关系、湖泊富营养化评价方法等方面进行过较多研 究；在湖泊富营养化模型构建方面也作了大量的工作。同样，国内的富营养化研究也是 针对湖泊等封闭型水体的，而对水库、河流等半封闭性或开放性水体的富营养化研究相 对较少；湖泊富营养化评价方法较多而且不统一，也都未必适用于河流水库等水体。 1 1 3 三峡库区水体富营养化的研究概况 三峡工程浩大，1 3 9 m 蓄水后，将会大大地影响库区的生态环境( 长江水利委员会， 1 9 9 7 ) 。这不但会改变库区原有的气候条件和自然条件，更会改交库区的社会经济条件， 4 三峡水库b 5 m 蓄水后大宁河回水段水体富营养化研究 库区的水体也必然首当其冲地受到影响。三峡库区水体的营养状况是受国内外广大专家学 者的密切关注的，它的富营养化研究也是热门课题之一。 我国学者对国内其他湖泊水库的富营养化研究很多，对长江中下游水库及其支流研究不 少。但对长江上游，特别是对三峡水库的富营养化潜势研究进行并不多。但是也有许多学 者正在着手进行三峡库区富营养化预测模型及模拟试验，并取得了阶段性的成果。 幸治国、李锦秀等学者认为，总磷、总氮浓度偏高是库区干支流发生富营养化的主要 潜在原因，但是不大可能是最主要的诱发条件( 钟成华等，1 9 9 8 ；李锦秀等，2 0 0 3 ) 。这 是因为长江干支流水体中的氮磷浓度多年来一直居高不下，干流河段断面平均t p 浓度高达 0 1 5 m g l - - o 2 5 m s 1 ，t n 浓度在1 5 m g l - - 2 8 m g 1 之间。天然河道状况下库区水体的营 养盐含量已常年接近或超过富营养化发生和发展的营养盐水平状况。成库前，库区干流和 支流并没有发生普遍富营养化现象，这是主要因为天然河道下水体流速较快，同时水体较 深，光能损失大，不利于藻类生长，没有富营养化发生所需要的缓流条件。三峡水库建成 后库区和支流的水流条件发生了很大变化，流速迅速减缓，水体变清，光能损失少，这可 能会成为发生富营养化的最直接诱发因子。 三峡库区水体生态要素如水动力条件、水质因子等呈现出显著的时空变化特点( 重 庆环境科学研究院，2 0 0 2 ：陈翠岭等，2 0 0 3 ) 。三峡水库1 3 9 m 蓄永前，在天然情况下长 江干流不会发生富营养化问题，但是部分次级河流河口已经出现了富营养化现象( 李崇 明等，2 0 0 2 ；卢天远等，2 0 0 0 ) 。三峡成库后水文、气候条件有利于浮游藻类的生长和 繁殖，三峡水库周边的滞水区和次级河流滞水区有发生富营养化的危险：河流水位升 高、水流减缓，多数次级河流河口将成为滞水区，目p - - 视为湖库水体，又为富营养化提 供了有利的水文条件；成库后水流减缓大量泥沙沉积，使得水体浊度变小、透明度增 大、光线的穿透率升高，都有利于浮游藻类的光合作用，促进藻类的生长繁殖，更有利 于富营养化的发生( 钟成华等，2 0 0 4 ) 。 初步分析表明，水动力特性的改变是三峡库区富营养化的最直接诱发因子。纵观国 内外富营养化研究现状，无论是黑籍型的经验数学模型，还是机理性的生态动力学模 型，研究的重点是藻类生长过程受营养盐和气候条件的影响机理方面，而很少研究水动 力学条件与藻类生长之间的相互影响关系( 饶群，2 0 0 1 , 叶守泽，1 9 9 7 ) ；基本上都是 研究针对湖泊、水库等封闭型水体的富营养化；而很少针对河流等开放性或库湾等半封 闭型水体。究竟河流或半封闭型水体会否发生富营养化现象，有待于进一步研究 三峡水库1 3 5 m 蓄水后大宁河回水段水体富营养化研究 天然河流一般是不会发生富营养化的。这是因为天然河道比降大、流速快，浮游藻类 无法生长繁殖( 叶闵等，2 0 0 3 ) 。 1 2 本研究的目的与意义 在国内外湖泊水库富营养化研究方法的基础上，本文以三峡水库1 3 5 m 蓄水后三峡库区 水体为研究对象，针对库区次级河流回水段等半封闭性水体的富营养化潜势进行研究。大 宁河是三峡水库的一支重要的次级支流，其独特的旅游生态经济地位决定了其水质变化 的重要性。 本文选择1 3 5 m 蓄水后大宁河回水段水体进行富营养化监测，初步探寻其水体营养状 况的时空特征、变化规律和客观原因，预测库区水体的富营养化潜势，进行初步的原因分 析，提出有效的控制技术措旌。 开展三峡水库1 3 5 m 蓄水后，大宁河回水段水体富营养化研究，具有十分熏要而深远的 意义，也是库区水环境保护的迫切需要 2 研究地的自然环境概况与研究方法 2 1 研究地的自然环境概况 2 1 1 三峡水库概况 三峡水库位予东经1 0 6 一1 l o 。5 0 ，北纬2 9 。1 6 q 1 。2 57 的范围内，大部分在重庆 市，小部分在湖北省西部( 方子云等，1 9 9 9 ) 。三峡库区水资源丰富，境内各类水资源总 计4 6 2 4 4 2 亿m 3 ，在空间分布上，西部丘陵区水资源相对贫乏，东部山地相对较丰，在季 节分配上，水资源夏秋多，冬舂少。三峡库区内江河纵横，水系发达( 见图2 - i ) ( 重庆市 地方志编篡委员会，1 9 9 3 ) 。分属长江干流、嘉陵江、乌江、汉江和洞庭湖等水系。嘉陵 江、乌江和大宁河是三峡库区著名的次级河流。 长江三峡水利枢纽工程是一项举世瞩目的宏伟工程，具有防洪、发电、供水和改善航 运交通的巨大综合效益，它的建成将极大地推进中国经济的发展( 长江水利委员会， 1 9 9 7 ) 。但是，水库的建成蓄水也和其它水库一样必将对库区的生态环境带来深远的影 响。国务院三峡工程生态与环境专题论证专家组对此作了高度概括：有利影响主要在中 游，不利影响主要在库区。重庆库段占三峡库区范围的9 5 ，生态环境受到的不利影响很 大( 叶闵等，2 0 0 3 ) 。 6 三坚查壁! ! ! 竺董查重查主塑旦查垦查笪童矍茎些堡壅 田2 1 三峡库区重庆段水莱圈 f i b 2 - 1t h eh po fh y d r o l o g i c a ls y s t e mi nt h r e eg o r g e sa r e a sc h o n g q i n 8s e c t i o n i 三峡水库蓄水后对库区水文的影响 根据常规断面长江水质资料分析。三峡水库蓄水前库区长江干流水体总体水质基本良 好，但部分江段部分水期水质有超标现象，城市江段岸边水域存在一定程度的有机污染 等。 蓄水后，库区水文发生了较大变化，特别是在枯水期，随着上游来水量减小，坝前水 位的升高，千支流水域的流速比天然河流情况小得多。干流建库厝水速减小很多，但与天 然湖泊相比还是相对较大的而且干流水深远远大于已发生富营葬化湖泊的水深。支流建 库前后水速减少了更多，支流回水区的水文条件与易发生富营养化现象的湖泊水库基本接 近。 三峡水库是季调节河道型水库，同时兼有着河流与水库的共同特点。在枯水期，其水 流流速缓慢，推流作用交小，呈现水库特性：在洪水期，流速加大，紊动扩散增强，部分 水域恢复天然河流的特性。在水库的支流河段，随着三峡水库调度引起的坝前水位的升高 和下降，各水期的水库回水线也有很大变化。 三峡水库建成后，处于支流回水区范围内的水体虽然比天然河流情况下加深了很多， 但比干流水深要浅的多，特别是回水末端一般都在l o r e 以下，而且流速下降到与天然湖泊 类似，其水文条件已与富营养化发生的湖泊水库相同。 i i 水库对库区气象的影响 7 二峡水库1 3 5 m 蓄水后大宁河回水段水体富营养化研究 三峡水库她处中纬度亚热带，周围有秦岭、大巴山和巫山等山脉，可阻挡来自西北的 冬季寒冷气流入侵。库区气候温暖湿润，四季分明，降水充沛，光照充足，夏热冬暖。库 区年平均气温1 7 1 9 ，年平均日照在1 3 3 0 - 1 5 5 0 小时之间，日照百分率近3 0 一3 5 。 根据三峡库区干支流主要城市历年气温、水文变化情况统计结果，三峡水库的卜2 月 的月平均气温、水温都在1 0 t 左右 3 月气温、水文开始上升，到6 月底维持在2 5 c 以 内；7 - 8 月平均水温达2 8 _ 3 0 ，最高气温多超过3 8 ，平均气温达2 6 ；1 2 月份气温降 至1 0 以下，月平均水温回到2 0 以内。 三峡水库的气象条件与大部分水库的气象条件相似。当气温升高、日照充足时，库区 支流和库湾水流较缓水域有可能适宜藻类生长。 2 1 2 大宁河区域概况 大宁河发源于陕西省平利县的中南山，流经重山峻岭和大小峡谷，一路容纳百 川清流，穿过巫溪、巫山之间的云 崖险峰，注入巫峡西口的浩浩长 江，全长兰百余公里其水系见图 2 - 2 。太宁河是长江北岸的一条支流， 滩多水急，白浪飞舟，两岸奇峰异谷， 风景如画，恰似长江大三峡而胜似大 三峡，人称“小三峡”。著名风景有：龙 门蛱、巴雾峡、滴翠蛱，它是大宁 河风景的精华所在。小三缺南起巫 山县，北至大昌古城，全长约6 0 千 米。大宁河小三峡以峰秀、景幽、 滩险、石美为其特色三峡水库开 始蓄水后，大宁河就成了河道型水 库的一部分。其回水段水域就成了 水库发生富营养化现象的最敏感区 域之一。 圈2 - 2 大宁河木熏示童圈 f i i 2 - 2t h - m a po fw a t e ru y s c e mo fd a n i n _ r i v e r 三峡水库1 3 5 m 蓄水后大宁河回水段水体富营养化研究 2 1 3 大宁河的水体概况 在三峡水库1 3 5 m 蓄水之前，大宁河整条河流全部处于天然状态。由于地处深山峡谷， 大宁河落差较大，水流速度较大，河道较窄，水浅流急，河水清澈透亮，在河中央能清晰 看到河底的鹅卵石，长长的白河滩，甚至每一块石子都无比干净。 在三峡水库1 3 5 m 蓄水后，大宁河的水文情况有较大的改变。大宁河上游河水的来流量 基本没有发生改变，上游来水的流速也没有改变。但是大宁河中下游水体受到长江回水影 响较大，河水流速大大变缓，河面增宽，有的增宽大，比如琵琶洲河段增宽至6 0 0 - - - 8 0 0 m ， 双龙镇增宽至4 0 0 m 左右，其他峡谷增宽较小，河道成葫芦连接状。水深普遍加大 2 5 3 0 m 。流速处于准静止状态( ，表中r q 来源于中国2 6 个主要湖泊调查数据的计算结果 湖泊水库富营养化参评指标包括：c h l a 、t p 、t n 、s d 、c o d m 营养状态指数计算 公式为： 三蛱水库1 3 5 m 蓄水后太宁河回水段水体富营养化研究 脚妇) = 1 0 ( 2 5 4 + 1 0 8 6 1 n ，口) ) t l l 睁) = 1 0 ( 9 4 3 6 + 1 6 2 4 1 n 眇) ) 儿，f 力n = 1 0 ( 5 4 1 3 + 1 6 9 4 1 n ( t n ) ) r l z ( s o ) = 1 0 ( s 1 1 8 - 1 9 4 1 1 n ( s d ) ) r l i ( c o d ) = 1 0 ( 0 1 0 9 十2 6 6 1 1 n ( cd _ d m ) ) 式中，叶绿素a 的单位为m g m * ，透明度的单位为m ；其它指标单位均为m g l 。 根据t l i 的大小来评价水源水体的富营养状态，采用0 1 0 0 的一系列连续数字对湖泊 水库营养状态进行分级： 其中：t l i ( ) 5 0富营养( e u t r o p h e r ) 5 0 t l i ( ) 4 6 0轻度富营养( 1i g h te u t r o p h e r ) 6 0 7 0重度富营养( h y p e re u t r o p h e r ) 在同一营养状态下，指数值越高，其营养程度越重。参评指标营养状态指数权重是以 e h l a 作为基准参数。用其他指标与e h l a 的相关系数作归一化处理后得出的。湖泊、水库c h l a 与其他参数的相关系数见表2 - 4 。 衰2 4 湖泊、水库c h i m 与其他水质参最相关系数 3 结果与分析 3 12 0 0 3 年9 月大宁河1 3 5m 回水段水体富营养化监测 这次大宁河1 3 5 m 回水段富营养化现场监测是以两种方式进行的，即长河段监测、定点 监测。沿河口( 即龙门大桥) 向大昌镇方向河段设置5 个断面依次采样，时间为一天，监 测断面位置见图3 1 。并于9 月1 7 日至2 3 日期间，在水质明显恶化的河段中心区双龙 设固定监测断面，连续监测六天。 长河段监测是在各个断面设置左、中、右三个点。采集0 5 m 和2 0 m 两个水深处的水 样。定点观测分早( 8 ：o o _ - 8 ：3 0 ) 、中( 1 2 ：3 0 1 3 ：0 0 ) 、晚( 1 7 ：3 0 1 8 ：0 0 ) 三 个时段分别进行水文观测和采集o 5 m 和2 0 m 水深处水样各一次。 三峡水库1 3 5 m 蓄水后大宁河回水段水体富营养化研究 图3 - 1 大宁河1 3 5 m 回水段富营养化现场监测断面设置图 f i g 3 1t h em a po fe u t r o p h i c a t i o nm o n i t o r i n gs e c t i o n so ft h e1 3 5 1b a g k - l i t e rr e a c ho nd a n i n gr j v o r 3 1 1 监测结果与分析 表3 - 12 8 0 3 年9 月1 7 日大宁河1 3 5 m 回水段备断面承体监测平均结果 t a b l e 3 - 1t h ea v e r a g er e s u i t so f i ne u t r o p h i c a t i o ni r o n i t a r i n gs e c t i o n $ o ft h e 1 3 5 - m