河道型水庫建成后,將會(huì)在庫區(qū)支流河道形成大范圍的回水區(qū),俗稱庫灣。在支流庫灣中,河水流速減緩,或呈靜止?fàn)顟B(tài);緩慢的水流使得上游輸入的氮、磷等營養(yǎng)物質(zhì)在庫灣中沉降積淀,導(dǎo)致水體污染、水質(zhì)惡化,遇到適宜的環(huán)境條件易發(fā)生富營養(yǎng)化乃至暴發(fā)水華。本文以三峽水庫香溪河庫灣為研究對(duì)象,通過野外觀測與室內(nèi)模擬相結(jié)合的方法,探討了庫灣水華的生消機(jī)理。 三峽水庫蓄水后,對(duì)香溪河庫灣水環(huán)境影響較大。庫灣水體中磷營養(yǎng)普遍降低,氮營養(yǎng)有所增加;庫灣底泥中氮磷營養(yǎng)含量較高,在不同條件下會(huì)向水體釋放營養(yǎng)鹽,成為水體富營養(yǎng)化和水華暴發(fā)的風(fēng)險(xiǎn)源。富營養(yǎng)化評(píng)價(jià)結(jié)果表明:香溪河庫灣水體已達(dá)到重富營養(yǎng)化狀態(tài),有暴發(fā)水華的條件和風(fēng)險(xiǎn)。 香溪河庫灣水華生消是充足的營養(yǎng)鹽、緩慢的水動(dòng)力條件和適宜的環(huán)境條件共同作用的結(jié)果。 通過監(jiān)測分析發(fā)現(xiàn):香溪河庫灣水華暴發(fā)期的水環(huán)境各項(xiàng)指標(biāo)其空間差異較大,據(jù)此,可將庫灣從河口到末端分為六個(gè)區(qū)域,其中河口溶解氧和pH值較高,濁度較低,氮營養(yǎng)含量較高,磷營養(yǎng)含量較低,流速較大;庫灣末端水溫較低,濁度較大,氮營養(yǎng)含量較低,磷營養(yǎng)含量較高,流速較大;相對(duì)來說,庫灣中段流速較低。 監(jiān)測期間,香溪河庫灣暴發(fā)了三次水華。第一次水華于2007年2月25日暴發(fā)于平邑口;第二次水華、也是最嚴(yán)重的一次是3月25日在庫灣中的全面暴發(fā),涉及河口—庫灣,支流—干流,且部分區(qū)域水華暴發(fā)和消亡交替出現(xiàn)并延至4月9日后才逐漸消退;第三次于5月6日開始至當(dāng)月中旬逐漸消退。 因子分析結(jié)果表明:香溪河庫灣春季水華時(shí)空分布差異主要影響因素可歸為三類,第一類是以氮、磷和硅為主的營養(yǎng)因子,第二類是以水溫為代表的環(huán)境因子,第三類是以流速為主的水動(dòng)力因子。相關(guān)性分析發(fā)現(xiàn),庫灣水位、流量、總氮、硝氮和濁度與葉綠素a之間呈顯著負(fù)相關(guān)�？臻g自相關(guān)分析表明,庫灣水華期葉綠素a等指標(biāo)呈顯著空間自相關(guān),且電導(dǎo)率、正磷酸鹽、硝氮的空間正相關(guān)性極顯著。多元回歸分析表明,香溪河庫灣春季水華暴發(fā)時(shí)葉綠素a與營養(yǎng)因子和流速因子之間存在明顯的線性相關(guān)關(guān)系。以營養(yǎng)因子和流速因子為自變量,以葉綠素a為因變量進(jìn)行空間回歸分析,并將其結(jié)果與多元線性回歸結(jié)果以及實(shí)測的葉綠素a進(jìn)行比較可知,兩種回歸分析方法對(duì)庫灣部分?jǐn)嗝娴念A(yù)測值的相對(duì)誤差在10%以內(nèi)。 室內(nèi)物理模型試驗(yàn)結(jié)果表明:氮、磷營養(yǎng)及其他條件適宜時(shí),pH值為8左右可促進(jìn)水華暴發(fā),且在這一過程中,不同初始pH值的水體中,最終其值均趨于8.6-9.9之間。藻類比增長率與水溫可進(jìn)行二次方程擬合,當(dāng)水溫為34℃時(shí),藻類比增長率最大,有利于水華暴發(fā);當(dāng)光強(qiáng)低于1500lx時(shí),藻類生長受到抑制,光強(qiáng)為5000lx時(shí),最適宜藻類生長和水華暴發(fā);隨光照時(shí)間的增長,水體中的藻類最大生物量遞增;光照強(qiáng)度在3000—3200lx情況下,光照時(shí)間越長,藻類生長越好。 溶解性總磷和溶解性總氮的濃度分別在0.14—0.62mg/L、1.82—4.08mg/L時(shí),藻類繁殖較快,水華暴發(fā)迅速;此時(shí),藻類生長最大比增長率分別為0.667和0.900,半飽和常數(shù)分別為0.019mg/L和0.751mg/L。此外,當(dāng)?shù)妆葹?0時(shí),藻類生長比增長率達(dá)到0.896,此時(shí)藻類吸收氮磷營養(yǎng)較好,最易發(fā)生水華。正交試驗(yàn)結(jié)果表明,總磷為0.8mg/L、總氮為3.6mg/L、水溫為29—30℃、光強(qiáng)為3300—3400lx時(shí),有利于銅綠微囊藻生長及其引發(fā)的藍(lán)藻水華的暴發(fā);在這四個(gè)因素中,光照強(qiáng)度對(duì)藻類生長和水華暴發(fā)的影響最大。 野外觀測發(fā)現(xiàn),流速和葉綠素a之間可以S形曲線擬合,在0.05—0.18m/s范圍內(nèi),流速增大,葉綠素a含量降低,水華暴發(fā)會(huì)受到一定的抑制。室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果則發(fā)現(xiàn),當(dāng)流速低于0.1m/s時(shí),其對(duì)水華暴發(fā)的影響較小,當(dāng)流速在0.1—0.3m/s時(shí),其對(duì)水華具有促進(jìn)作用,當(dāng)流速大于0.4m/s時(shí),水華暴發(fā)將受到一定的抑制。盡管室內(nèi)外試驗(yàn)、觀測結(jié)果有一定的差異,但均驗(yàn)證了三峽水庫蓄水后香溪河庫灣水華頻繁暴發(fā)的主要原因是在營養(yǎng)條件具備和環(huán)境條件適宜的情況下,庫灣水動(dòng)力條件的改變所致。 在野外觀測和室內(nèi)物理模型試驗(yàn)的基礎(chǔ)上,以WASP生態(tài)動(dòng)力學(xué)模型對(duì)庫灣水華生消過程進(jìn)行了數(shù)值模擬,結(jié)果顯示,該模型能較好的反映三峽水庫香溪河庫灣水華生消的過程。
【學(xué)位單位】：西北農(nóng)林科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位年份】：2007
【中圖分類】：X524
【部分圖文】：

如圖1-1 所示：（1）遲緩期：這是藻細(xì)胞剛進(jìn)入新環(huán)境的時(shí)期，需要有一個(gè)適應(yīng)過程。遲緩期的長短取決于藻種、特性和培養(yǎng)條件，其主要特點(diǎn)是未出現(xiàn)繁殖現(xiàn)象，即活細(xì)胞數(shù)量不變，有時(shí)甚至減少；（2）對(duì)數(shù)生長期：藻類細(xì)胞適應(yīng)條件后，合成足夠的酶，進(jìn)入旺盛的繁殖階段，以恒定的生長速度進(jìn)行繁殖，其特點(diǎn)是：從生長曲線上看細(xì)胞增殖數(shù)量的對(duì)數(shù)與培養(yǎng)時(shí)間呈直線關(guān)系。（3）穩(wěn)定期：當(dāng)環(huán)境不利于藻類生長時(shí)，對(duì)數(shù)期結(jié)束，此時(shí)藻類細(xì)胞總數(shù)達(dá)最大，其特點(diǎn)是細(xì)胞死亡數(shù)量與新增加數(shù)量大致相當(dāng)，并開始積累代謝產(chǎn)物的生成。（4）衰亡期：營養(yǎng)物質(zhì)消耗殆盡，藻類細(xì)胞大量死亡，其特點(diǎn)是：藻類細(xì)胞死亡數(shù)量大于新增加數(shù)量。與之相應(yīng)的是水華的生消也可以分為上述四個(gè)過程：遲滯期、對(duì)數(shù)期、穩(wěn)定期和衰退期�？追毕璧龋�2005）[20]根據(jù)生態(tài)學(xué)的基本理論和野外對(duì)水華形成過程的原位觀測，提出了藍(lán)藻水華成因的四階段理論假設(shè)：休眠、復(fù)蘇、生物量增加、上浮及聚集等 4 個(gè)階段（見表 1-4）。表 1-4 藻類生長及藍(lán)藻水華形成的主要階段及主導(dǎo)影響因子[20]Tab. 1-4 Main phases and key factors in the formation of blue-green algal bloom月份Month生理階段Physiologicalphases生命現(xiàn)象特征Characters of life主要控制因子Main control factors11-2 衰亡、休眠 代謝基本停止 低溫、黑暗3-4 復(fù)蘇 生理、生化活性緩慢恢復(fù)，群體形成 溫度、營養(yǎng)鹽4-9 生物量增加 光合作用、細(xì)胞增殖 光合作用需要的能量與物質(zhì)5-10 上浮、積聚 氣囊與膠鞘 氣象、水文條件圖 1-1 藻類生長曲線Fig.1-1 Curve of algal growth

厚度記為l，主要考慮浮游植物凈生長速率μ，底從l到H，主要考慮藻類死亡率d。類生物量隨時(shí)間的變化可用沿水深方向的對(duì)流擴(kuò)散方程表示CzCzCEtCν +μ = 22類濃度；E 為垂向擴(kuò)散速率；ν 為沉降速率。其他參數(shù)可假生物量隨時(shí)間的變化方程為：dCzCzCEtC = ν22死亡率和損失率。件 C ( z,t)和邊界條件 C圖 1-3 Riley 雙層模型（1949）Fig.1-3 Double layers model by Riley

河流垂直強(qiáng)烈下切，岸坡以機(jī)械剝蝕為主，屬強(qiáng)剝蝕的中低山區(qū)。流域內(nèi) 1000m 以上的高峰眾多，東面的扇子山、五指山、圈椅山、黑狼山、黃蓮山、九嶺頭等，主峰均在 1700m 以上；西面的一碗水、青龍坡、雞心夾、萬朝山等，主峰在 2000m 以上。香溪河寬谷地帶高程較低，高陽鎮(zhèn)約 156m，峽口鎮(zhèn)約 118m。流域內(nèi)地層出露較全，包括前震旦系、震旦系－三疊系、侏羅系等。區(qū)內(nèi)第四紀(jì)零星出露，一般厚度不大，沿香溪河兩岸分布。流域以北，主要發(fā)育元古代變質(zhì)火山碎屑巖系。香溪河流域在大地構(gòu)造上屬黃陵背斜西翼與秭歸向斜東翼的交匯帶，區(qū)內(nèi)巖層多為單面山，傾向 SW～NW，傾角 40°～48°。本區(qū)屬鄂西中低山水文地質(zhì)區(qū)，其水文地質(zhì)條件明顯受地層和地質(zhì)構(gòu)造控制。根據(jù)含水介質(zhì)特征和地下水賦存條件，可將區(qū)內(nèi)地下水分為松散巖孔隙水、碎屑巖裂隙水、碳酸鹽巖巖溶水、巖漿巖－變質(zhì)巖風(fēng)化帶裂隙水四種類型。以碳酸鹽巖巖溶水水量最豐富，但埋藏深，開采困難。

【引證文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前5條

1 崔玉潔;劉德富;宋林旭;陳玲;肖尚斌;向坤;張濤;;高嵐河不同降雨徑流類型磷素輸出特征[J];環(huán)境科學(xué);2013年02期

2 王英才;邱光勝;陳水松;胡圣;;三峽庫區(qū)試驗(yàn)性蓄水期間浮游生物群落特點(diǎn)研究[J];人民長江;2012年12期

3 宋林旭;劉德富;過寒超;崔玉潔;陳玲;;三峽庫區(qū)香溪河流域不同源類氮、磷流失特征研究[J];土壤通報(bào);2013年02期

4 余真真;王玲玲;張雷;張建軍;;湖庫水溫計(jì)算方法及結(jié)果分析[J];水利水電技術(shù);2013年06期

5 龍?zhí)煊?周鵬瑞;吳磊;;環(huán)境因子對(duì)香溪河春季藻類生長影響的模擬實(shí)驗(yàn)[J];中國環(huán)境科學(xué);2011年02期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前1條

1 呂晉;淺水湖泊浮游植物生長影響因子及修復(fù)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系研究[D];華中科技大學(xué);2012年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前6條

1 曹巧麗;三峽水庫香溪河庫灣倒灌異重流運(yùn)動(dòng)特性研究[D];三峽大學(xué);2010年

2 楊正健;基于藻類垂直遷移的香溪河水華暴發(fā)模型及三峽水庫調(diào)控方案研究[D];三峽大學(xué);2010年

3 周鵬瑞;環(huán)境因子對(duì)三峽庫區(qū)次級(jí)河流回水區(qū)藻類生長影響的研究[D];重慶大學(xué);2011年

4 楊霞;三峽水庫香溪河庫灣異重流背景下水華暴發(fā)影響因子研究[D];三峽大學(xué);2011年

5 程剛;水體富營養(yǎng)化風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法與案例分析[D];中央民族大學(xué);2012年

6 胡敬韜;考慮環(huán)境因子的區(qū)域資源規(guī)劃配置研究[D];華北電力大學(xué);2013年

本文編號(hào)：2811984