三峡库区大宁河富营养化和水华研究

1、yiT论女划表站家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 一一大宁河为研究对象，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

2、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

3、年 45 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（N03-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（Redu nda ncyAnalysis,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） 、

4、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。2009-6-62009-6-11（水华期）和 2010-1-182010-1-22（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

5、 （ANOVA,pV0.05） 。 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 03.0m 之间。水华期 Chl-a 和 PN、 PG 的时空分布差异显著（ANOVA,pV0.05）,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 00.8m 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

6、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

7、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。【关键词】：三峡水库富营养化水华浮游植物水 动力特性初级生产力围隔实验【学位授予单位】：华东师范大学【学位级别】：博士【学位授予年份】：2011【分类号】：X524【目录】 ： 摘要 6-9Abstract9-15 第 1 章绪论

8、15-271.1 三峡库区研究区 域概况 15-161.1.1 流域气候概况 151.1.2 三峡库区运行方式 151.1.3 三 峡库区空间异质性 15-161.2 基本概念和基础理论 16-181.2.1 富营养化 和水华定义 161.2.2 同步性和时间相干性理论 16-171.2.3 临界深度理 论17-181.2.4 浮游植物生存策略 181.3 三峡库区富营养化研究概况18-221.3.1 三峡库区富营养化特征研究现状18-201.3.2 三峡库区富营养化机制研究概况 20-221.4 国内外调控富营养化的研究进展 22-231.5 本研究的主要内容、目的和意义23-251.6 课

9、题来源 25-261.7 技术路线 26-27 第 2 章干流与大宁河支流水动力特征研究27-352.1 引言 272.2材料与方法 27-292.2.1 大宁河的概况和样点的布设 27-292.2.2 数据处 理及分析方法 292.3 结果与分析 29-342.3.1 三峡水库水位和入库流量 变化特征 29-302.3.2 水动力过程及特征 30-322.3.3 大宁河分层异向流 动特征形成的原因分析 32-342.4 讨论 342.5 本章小结 34-35 第 3 章水 库试验性蓄水阶段大宁河富营养化特征35-463.1 引言 35-363.2 材料与方法 36-373.2.1 大宁河概况

10、和样点的布设 363.2.2 现场调查及试验363.2.3 数据处理及分析方法 36-373.3 结果与分析 37-433.3.1 不同水 位调度期大宁河富营养化变化特征 37-383.3.2 不同水位调度期悬浮物 含量和水温的时空分布特征 38-403.3.3 不同水位调度期营养盐浓度的 时空分布特征 403.3.4 不同水位调度期叶绿素浓度的时空分布特征C 易发表用yiT论女第表匸冢40-41335 时间相干性分析、相关分析与回归分析41-433.4 讨论43-453.5 本章小结 45-46 第 4 章大宁河水华敏感期浮游植物与环境因 子关系 46-604.1 弓|言 464.2 材料与

11、方法46-48421 采样与测试46-474.2.2 生物学评价方法 47-484.2.3 数据处理及分析方法 484.3 结 果与分析 48-56431 环境参数特征 48-51432 水华敏感期的浮游植物 分布特征 51-534.3.3 浮游植物与相关环境因子的关系53-564.3.4 水生态环境特征 564.4 讨论 56-594.5 本章小结 59-60 第 5 章大宁河回水区 初级生产力的季节变化 60-725.1 引言 60-615.2 材料与方法 61-625.2.1 采样站的设置及采样频率 615.2.2 初级生产力的测定 61-625.2.3 其他 项目的测定 625.2.4

12、 数据处理 625.3 结果与分析 62-685.3.1 物理化学参 数特征62-635.3.2 不同水文期大宁河回水区叶绿素的时空分布特点63- 645.3.3 不同水文期大宁河回水区初级生产力的时空分布特点64- 675.3.4 不同水文期大宁河回水区初级生产力和 Chl-a 变化影响因 素分析 67-685.4 讨论 68-705.5 本章小结 70-72 第 6 章大宁河浮游植物 垂向分布特征 72-836.1前言 72-736.2材料和方法 73-756.2.1调查采样 点位布设 736.2.2 泥样的采集，培养和镜检 73-746.2.3 数据处理及分析 方法74-756.3 结果与分析 75-806.3.1Chla-Z 的时空分布和 chl-a 的垂 直分布75-766.3.2 水体稳定系数和水温的垂向分布 76-786.3.3 垂向水 层物理化学指标分析 78-806.4 讨论 80-826.5 本章小结 82-83 第 7 章水 文因素对大宁河浮游植物影响的围隔研究 83-907.1 前言 837.2 材料与 方法83-857.2.1 围隔实验装置 83-847.2.2 分析方法 84-857.2.3 数据处 理及分析方法 857.3 结果与分析 85-887.3.1 各工况运行期 Chl-a 和yiT论女第表&赢C