2008-2020年三峡库区小江叶绿素a的时空演变特征及驱动因子

2008年至2020年期间,对三峡水库小江5个监测断面的叶绿素a(Chl.a)及主要环境因子进行季度监测,分析小江Chl.a的时空变化特征,探讨水体Chl.a与环境因子的相关关系,解析影响小江Chl.a变化的主要环境因子。结果表明,小江Chl.a年平均浓度为(20.69±9.41)μg/L,变幅为5.96～33.90μg/L。Chl.a浓度季节差异较大,总体呈现出春、夏、秋3个季节明显高于冬季的变化特征,且春季Chl.a浓度最高,为34.48μg/L;空间分布上,Chl.a浓度呈现倒“N”型分布规律,黄石断面最高(29.55μg/L),养鹿断面最低(15.23μg/L)。Pearson相关性分析结果显示,小江Chl.a浓度与COD_Mn、电导率、pH、溶解氧呈显著正相关关系,与NO₃^--N、PO₄^3--P、透明度呈显著负相关关系。通过逐步回归分析,筛选得到对小江Chl.a影响最重要的5个环境因子。通径分析表明,各环境因子对水体Chl.a浓度的作用大小在时空上存在一定差异。不同季节...     

三峡水库156m蓄水前后澎溪河回水区藻类多样性变化特征

为了解156 m蓄水前后三峡水库次级河流藻类多样性变化特征,对2007年7月至2008年1月澎溪河回水区的藻类种群结构的变化进行连续监测.基于三峡水库水位调度特点,将监测期划分为蓄水前、中、后三个时段,即7-9月、10月、11月至翌年1月,应用Shannon-Weaver多样性指数H’对藻类多样性进行评价,通过Connell中度扰动假说理论结合优势藻种探讨蓄水过程水动力变化及藻类多样性的变化特征.结果表明:2007年7-9月蓄水前H’均值为3.466±0.317,10月蓄水期则降为3.246±0.338,而11月蓄水后高水位阶段H’均值上升为3.431±0.352.蓄水前澎溪河回水区具有河流型特征,流量与降雨作为主要的物理扰动因子影响水体扰动强度,进而引起多样性变化.10月蓄水期间水位突升、流量骤降导致水体扰动强度加剧,较蓄水前藻类多样性下降.自11月蓄水后的高水位阶段,降雨较小、流量趋于稳定,水体扰动降低,多样性回升并维持在相对稳定的状态.     

三峡水库小江回水区春季初级生产力

2010年4、5月份,用黑白瓶法对小江回水区春季浮游植物初级生产力进行了原位监测,并研究了初级生产力的分布特征及其与光强、叶绿素a浓度(Chl.a)、水温、二氧化碳分压(pCO2)等影响因素的相关关系.结果表明,4、5月份小江回水区的水柱总初级生产力(GPP)分别为1927.5、1325.0mg O2/( m2·d),...     

三峡澎溪河回水区流速对藻类原位生长速率的影响

为明晰不同流速水平对三峡支流回水区库湾藻类原位生长的影响,本文采用可调速的环形实验槽,选择三峡水库不同运行状态(低水位、高水位),对三峡澎溪河高阳平湖库湾藻类生物量(用叶绿素a浓度表示)变化特征进行原位受控实验.通过流速在0(对照)、0.1、0.2和0.3 m/s的实验发现,夏季低水位阶段澎溪河水域光热充足,但流速升高(0.2m/s)对藻类原位比生长速率具有一定影响.大体上,高阳平湖水域藻类原位比生长速率与流速水平呈对数关系.冬季高水位运行期间,流速的升高将可能在一定程度上促进水柱扰动,成为维持藻类在上层水体受光生长、避免下沉的主要因素.该时期,采用调节流速、流量的方法抑制藻类生长的难度相对较大.     

两小型浅水湖泊水体叶绿素a浓度的季节变化及与理化因子和生物因子的关系

为探讨非生物因子和生物因子对水体叶绿素a(Chl.a)浓度变动的相对重要性,对芜湖市内的汀棠湖(每半月1次)和镜湖(每4天或7天1次)进行高频采样,分析理化因子及浮游动物密度与Chl.a浓度间的关系.结果表明,从全年来看,2个湖泊的Chl.a浓度均与水温和透明度间分别呈现显著的正相关性和负相关性,与浮游动物密度均无显著相关性;镜湖Chl.a浓度随着总磷浓度和氮磷比的增加分别呈上升和降低趋势.从季节来看,冬季两湖中的Chl.a浓度最低,轮虫密度与此阶段镜湖中藻类Chl.a总浓度和小型藻类的Chl.a浓度间均呈显著负相关,且其对上述两类Chl.a浓度变动的影响程度最大,表明轮虫对藻类的牧食效应降低了冬季镜湖中的Chl.a浓度.从各环境因子对Chl.a浓度变动影响的相对权重来看,除了冬季的镜湖外,2个湖泊中的两类Chl.a浓度均与透明度的关系最密切,且均随着透明度的上升而降低,暗示了透明度可作为预测小型封闭性浅水湖泊中Chl.a浓度的简便指标.     

三峡水库典型支流上游区和回水区营养状态分析

2006年3、5、8月,对三峡水库成库后5条支流的上游区和回水区水质参数及营养因子分布进行了初步研究.研究结果表明,支流高锰酸盐指数范围在1.00-2.50mg/L、COD范围为6.00-26.5mg/L,上游区与回水区有机物含量差异不大,支流目前未受到有机物污染影响.NH_4~+-N范围为0.039-0.367mg/L,各支流含量均为丰水期最大.TN范围在0.58-1.67mg/L,TP范围在0.005-0.133mg/L,支流回水区TN和TP含量均远高于水体发生富营养化的最低限制值,水体存在发生富营养化的风险.大多支流N/P比值处于适宜藻类生长范围.Chl.a浓度范围为0.94-28.9mg/m~3,各支流回水区Chl.a浓度均为5月最大河流回水区Chl.a浓度高于上游区,上游区、回水区Chl.a含量有显著差异.选用修正的Carlson营养状态指数(Trophic State Index)TSI_M法,评价了支流水体营养状态,TSI_M指数范围在36.0-64.2,上游区除龙河、澎溪河5月达到富营养水平外,其余支流均为贫-中营养水平.回水区各支流均达到中-富营养水平.支流回水区营养状态指数均高于上游区,但各支流增加幅度不同.支流回水区水体营养状态明显受三峡水库蓄水水体流速减缓的影响.Chl.a与COD(n=15,P0.01)呈极显著正相关,与其它营养因子无明显相关关系.三峡水库完工后,支流回水区水体流速减缓,富营养化趋势可能加重.     

三峡小江回水区段2007年春季水华与营养盐特征

2007年5月中下旬,三峡水库小江回水区发生水华,主要分布在高阳平湖、黄石代李子和双江大桥三处,对水华期间浮游植物群落特点和水环境特征的分析发现蓝藻占主导,约为浮游植物生物量的81.43%,优势藻种为水华鱼腥藻(Anabaena flos-aquae),结合水华期间总氮含量较非水华期间明显偏高且有机氮为氮素主要成份和许多蓝藻门藻种均带有异形胞的分析结果,认为此次水华是同氮型蓝藻水华,水华暴发前初春的强降雨过程导致小江回水区TP水平的普遍增加促使了TN/TP发生显著的变化,4月份较低的TN/TP水平诱使同氮型蓝藻在小江回水区迅速生长,并在5月份形成水华,水华期间生物量的增加造成水中磷酸盐浓度的降低,使得小江回水区表现出显著的磷限制特征,调查认为:高阳平湖段可能是小江回水区蓝藻水华的发源地,蓝藻生物体随流漂移至下游黄石代李子处并逐渐聚集,形成自岸边缓流带向河道中心逐渐延伸的肉眼可见的蓝藻生物聚集体,从而使得黄石代李子处具有最高的生物量和叶绿素值,而双江大桥处,则主要是由于河道过水断面的放大导致流速的降低,同时沿岸云阳县县城的排污使得这一河段的营养负荷相对提高,从而为上游随流漂移下来的蓝藻提供了较佳的生长环境.     

耦合营养负荷的查干湖全季节适宜生态水位阈值研究

适宜生态水位作为反应湖泊水文情势的重要指标,是维持湖泊生态系统稳定的关键要素。已有研究大多集中于水文过程对生态系统影响,缺乏耦合考虑湖泊营养负荷的全季节生态水位阈值研究。本研究在刻画恢复天然水位情势的基础上,综合考虑了人类活动导致湖泊营养负荷的季节性波动以及冰封期的最小生态水位,构建了适用于季节性冰封湖泊全季节的适宜生态水位阈值获取的综合框架,确定了年内不同时期适宜生态水位阈值。结果表明,查干湖入湖口非冰封期的总氮(TN)浓度与平均水位均呈上升趋势,总磷(TP)浓度呈下降趋势;6月湖内TN和TP滞留量最高,分别达到1044.36和23.61 t;确定了查干湖全季节不同时期的适宜生态水位,冰封期(11月—次年4月)为129m,汛期(6—9月)为130.15～130.86 m,非汛期(5和10月)为130.08～130.57 m。研究结果可为季节性冰封湖泊的适宜生态水位研究提供方法支撑,也可为湖泊的水环境管理提供理论支撑。     

江西柘林水库春季浮游藻类、叶绿素a与环境因子的分布、关系及意义

江西柘林水库是长江中游的大型峡谷型旅游性水库,库容79.2×10~8m~3,长115 km.2015年4月在56 km的中心库区走航和定点测量了水库表层水体浮游藻类、叶绿素a(Chl.a)浓度与溶解无机氮(DIN)浓度、溶解无机磷(DIP)浓度、溶解硅(DSi)浓度、水温、浊度和溶解氧浓度等环境因子的分布特征.结果表明:1)水库属于中营养水体,表层主要浮游藻类(细胞丰度1000 cells/L)有34种,平均生物量为0.41 mg/L.主要优势藻类(优势度≥0.02)为硅藻和蓝藻,藻类组成与DIN浓度、DIP浓度、DSi浓度和水温等环境因子关系密切,4种因子对藻类结构的解释水平达60%以上.2)水库水体Chl.a浓度具有显著的次表层叶绿素最大值(SCM)现象,SCM层深度为3~8 m,厚度为2~7 m,SCM层占整个水体的25.2%~74.1%.SCM层的藻类对营养盐吸收消耗致使DIN、DIP和DSi浓度下降,同时藻类的产氧使溶解氧浓度增加.3)水库对DSi具有显著的生物过滤器效应,中、上层约有11%~12%的DSi被生物吸收利用,从上游至下游,累积约有21%的DSi被藻类吸收沉降于库底.4)人类氮、磷排放对水库生态和水质有严重影响,毗邻县城区域水体的Chl.a和DIP浓度分别是自然河段的2.9倍和3倍左右.     

云南抚仙湖透明度的时空变化及影响因子分析

根据2005年的综合调查资料和1980年以来的常规监测资料,分析了云南高原深水湖泊抚仙湖透明度的空间分布、年际变化及影响因子.2005年6-7月抚仙湖水体透明度范围为0.5-6.2 m,平均值为4.6 m,透明度分布的总体格局是:南区>北区,湖心区>沿岸区,河口区较低.藻类和悬浮物是影响透明度空间分布的主要因子,随着水体中藻类和悬浮物的增加,透明度下降.近20多年来,抚仙湖透明度呈下降趋势,藻类增加是直接影响因子,水体总氮、总磷的增加促进了藻类的增殖,是重要的间接影响因子.     

The impact of Three Gorges Reservoir refill operation on water levels in Poyang Lake,China

The refill operation of Three Gorges Reservoir (TGR) in the end of flood season significantly alters the water level regimes in Poyang Lake by reducing Yangtze River flow discharge. This study aims to investigate the impact of TGR refill operation on water level probability distribution of the Poyang Lake. The multiple linear regression model was established to estimate the water level with catchment inflow and Yangtze River flow as explanatory variables. A probability distribution of water level was derived and the refill operation effects were quantified by comparing the water level distribution at Xingzi station in the Poyang Lake before and after TGR. It is revealed that Yangtze River flow, rather than the catchment inflow is the dominant factor affecting the water level of Poyang Lake during TGR refill operation period. Results also show that the water level distribution estimated by the derived distribution method can be accepted as a theoretical distribution and has a comparable accuracy as the directly fitted distribution method before TGR. The derived method can be adapted to the environment change, thus is well suited for estimating the water level distribution after TGR. It is observed that Xingzi water levels with different design frequencies have been reduced due to the TGR refill operation. The water level reductions induced by TGR refill operation are 1.28, 0.87, and 0.50 m corresponding with design frequencies of 50, 90 and 99 %, respectively. The results from this work would improve the understanding of the TGR effects on the downstream river–lake system and provide scientific evidences for formulating better scheme for water resources management in this region.     

基于非线性时序分析的三峡支流浮游植物因果响应

水华的频发已成为当前三峡水库最为突出的生态环境问题之一。尽管水动力调控叠加上温度变暖和营养负荷增加会诱导水华暴发强度和频率增加,但仍缺乏有效的方法框架去利用野外观测数据评估环境因子与浮游植物间的因果关联。本研究以三峡水库澎溪河监测数据为例,采用非线性时序分析的建模框架来量化浮游植物的因果响应规律。数据来自于2007年6月至2018年9月澎溪河流域的高阳平湖和汉丰湖两个观测点,其中包含了水文、气象和水质及叶绿素a等11种变量。首先,利用奇异谱分析(SSA)分离了叶绿素a和环境因子的低维确定性动力学信号;其次,采用收敛交叉映射(CCM)方法检验了叶绿素a与环境因子间的因果关联。结果显示:(1)气象因子、支流流量、水温、三峡大坝水位和上游调节坝水位是影响高阳平湖叶绿素a时序变化的重要因素;(2)总氮、总磷为代表的营养盐只在汉丰湖观测点中表现出与叶绿素a的因果关系,且总氮较之于总磷对叶绿素a变化影响更为显著;(3)CCM结果与传统的皮尔森相关性分析及格兰杰因果检验比较,证实非线性时序分析方法在分析浮游植物的因果响应上更具优势。本研究为水生态系统的因果建模提供了研究范例,也为推动利用长期观测数据...     

三峡水库蓄水后对支流大宁河富营养化特征及水动力的影响

三峡水库蓄水后支流大宁河水华频发,为了揭示水库蓄水以来,大宁河富营养化变化趋势以及水华暴发期间水动力等环境因子的影响特征,自2005年长期跟踪监测大宁河的水质状况,并于2010年针对东坪坝库湾2次典型水华事件,初步探讨了水华暴发期间的主要影响因素.结果表明:2005年以来,大宁河水体处于中度营养状态,水质尚好,但低估了水华敏感期的富营养化状况.东坪坝3月水华暴发期间,叶绿素a浓度与流速呈显著负相关,与pH、DO也呈显著相关,表明在此次水华期间,流速对藻细胞的增殖或聚集产生直接或间接的影响,pH和DO是引起水华暴发的主要水质因子;5月水华暴发期间,叶绿素a浓度与流速呈显著负相关,与流量呈显著正相关,同时与pH、透明度(SD)呈显著相关,表明在这次水华期间,流速和流量都对藻细胞增殖或聚集产生直接或间接的影响,pH和SD成为水质敏感因子.3月和5月水华暴发时间分别处于水库高水位运行期和泄水期,这可能是导致水华影响因子不同的主要原因,但具体机理还有待于进一步研究.本文结果表明在三峡水库调度运行的不同阶段支流库湾水华暴发的机制不同,需要针对不同时段支流库湾水环境特征分别加以调查研究.     

Identification of flood seasonality using an entropy-based method

Identifying flood seasonality is critical in hydrologic applications as well as water resources management. We develop an entropy-based method (EBM) for identifying flood seasonality and partitioning the entire flood season into multiple sub-seasons. The performance of the proposed EBM is evaluated using a Monte Carlo simulation test and compared with current methods. The Three Gorges Reservoir (TGR) basin in the Yangtze River is selected as a case study to test the applicability of the proposed method. Results of Monte Carlo simulation test demonstrate that the EBM performs better than the probability change-point method and the improved relative frequency method with less bias and higher efficiency. The case study results illustrate that the EBM can appropriately divide the entire flood season of the TGR into pre-flood season (from June 1st to June 20th), main-flood season (from June 21th to September 10th) and post-flood season (from September 11th to September 30th). The flood limited water levels (FLWL) in these three sub-seasons can then be derived, which are 150 m, 145 m and 149 m, respectively. Compared with conventional operation rule, the seasonal FLWL scheme can generate more hydropower (0.93 billion KWh) annually with a reliability of 99.86%. Therefore, it is meaningful to divide the entire flood season into three sub-seasons and apply seasonal FLWL for TGR operation.     

三峡水库水环境与水生态研究的进展与展望

伴随着举世瞩目的三峡工程全面竣工,三峡水库于2010年正式进入年水位落差达30 m的正常运行阶段.水库湖沼学可为环境友好型大坝建设和水库可持续管理提供科学依据.本文在三峡成库8 a以来生态系统长期监测与研究的基础上,对三峡水库水环境现状进行了归纳和总结,分析了水环境动态的时空异质性、水库纵向分区与群落组成、垂向分布及藻类水华的成因和动态,并对三峡水库藻类水华预警与生态-水文调控机制展开了论述.最后,本文尝试给出以下两方面的展望:1)大型水库湖沼学观测研究应有长期的策略;2)近期研究应重点关注水华暴发水动力学机制的量化和水华预警模型及生态水力调度平台的耦合.     

三峡库区浮游植物群落结构特征及水生态评价

2020年是长江禁渔开局之年,三峡库区作为长江的重要生态屏障,其水生态环境健康对长江大保护的实施具有重要意义。本文于2020年8月、11月及2021年1月、4月在三峡库区干支流共设置19个断面探究浮游植物群落结构特征,并利用生物量、多样性指数、综合营养状态指数和浮游植物Q指数等多种评价方法评价三峡库区水生态健康并分析其影响因素。结果表明:(1)三峡库区共鉴定出浮游植物8门105属266种,年平均丰度为6.4×10⁴ cells/L,年平均生物量为0.038 mg/L。不同季节优势种组成不同,变异直链藻(Melosira varians Agardh)、骨条藻(Sheletonema spp.)、脆杆藻(Fragilaria spp.)为全年优势种。(2)三峡库区共划分24个功能群,B、D、MP、S1、P、Y为优势功能群。RDA分析表明,电导率、总氮、化学需氧量、总磷、pH、总溶解性固体与三峡库区四季功能群呈现显著关系。(3)相较于丰度、生物量和多样性水质评价结果,浮游植物Q指数更适用于三峡库区水生态评价,显示三峡库区干流水生态环境总体较好,但春、夏两季支流浮游植物...     

抚仙湖水质变化(1980-2011年)趋势与驱动力分析

水质恶化是湖泊系统生态健康的主要制约因素之一,科学地判别水质变化趋势是正确认识和解决水环境问题的首要步骤.基于抚仙湖1980-2011共32年湖体水质监测数据,采用Mann-Kendall和Daniel趋势检验法分析了高锰酸盐指数(COD_Mn)、总氮(TN)、总磷(TP)、透明度(SD)、叶绿素a(Chl.a)和浮游植物丰度等6项指标的年际变化趋势;从人类活动和自然环境变化2个角度,筛选出9项水质变化的驱动指标,建立了水质指标与驱动指标之间的灰色关联模型.研究结果表明:①统计的6项指标年际波动较大,其中TP、TN和浮游植物丰度的变异系数最大,达到0.6以上;②在α=0.05显著性水平上,COD_Mn、TN、SD、Chl.a和浮游植物丰度等5项指标均有恶化趋势,Mann-Kendall和Daniel趋势检验2种方法的检验结果一致;③驱动因子与水质指标之间有较强的相关水平,其中,人口数量和水温是主要驱动因子,与主要水质指标的灰色关联系数达到0.7以上的强相关水平.     

三峡水库运行对洞庭湖水位影响分析

洞庭湖的水情是长江和四水共同作用的结果,三峡蓄水运行必将导致洞庭湖的水情变化.本文利用BP神经网络对洞庭湖出口城陵矶站的水位过程进行模拟,以区分城陵矶水位变化中三峡的影响分量.模型训练阶段以三峡出库日均流量、洞庭湖四水合成日均流量为输入,城陵矶站的日水位过程为输出,应用阶段用三峡入库流量代替出库流量,从而还原自然状态下...     

Evaluation of flood season segmentation using seasonal exceedance probability measurement after outlier identification in the Three Gorges Reservoir

Flood season segmentation, which partitions an entire flood season into multiple subseasons, constitutes a considerable water resources management task. Moreover, the risks associated with various schemes for flood season segmentation should be evaluated. Preliminary analysis in this study used the principal component based outlier detection (PCOut) algorithm to identify possible outlying observations to reduce the uncertainty involved in flood season segmentation. Then, a quantitative measurement, the seasonal exceedance probability (SEP), was proposed to evaluate various segmentation schemes. The SEP quantifies the risk that the maximum observation occurs outside the main flood season. Several findings were derived based on a case study of China’s Three Gorges Reservoir (TGR) and daily streamflow records (1882–2010). (1) The PCOut algorithm was found effective in identifying outliers, and the estimation uncertainty of the segmentation evaluation due to outliers decreased when the end date of main flood season (EDMFS) was postponed. (2) The proposed SEP measurement was shown capable of supporting quantitative evaluation of the segmentation schemes in the flood season. (3) The current flood segmentation scheme based on an EDMFS of September 10 is sufficiently safe for the TGR. The findings of this study could help in the proper operation of the TGR.