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三峡工程是备受世界瞩目的水利工程,其在防洪、发电、航运、灌溉等方面带来了巨大的经济效益,但同时,大坝的建设也对库区的生态环境产生了深远的影响。三峡水库蓄水后,水库回水区的水文情势发生了显著变化,在库区的干支流中均出现了不同程度的富营养化和藻类“水华”现象,影响水库水生态系统的稳定,威胁水资源的安全。本论文在三峡水库175m试验性蓄水期间,调查了若干支流库湾和干流坝前水域的理化因子、浮游植物群落以及水体的富营养化状况,并深入探讨了三者的时空变化规律和相互之间的影响,主要的研究结果如下:
三峡水库支流神农溪在2008年6~8月暴发了蓝藻水华,其优势种主要是铜绿微囊藻(Microcystisaeruginosa),暴发水域面积约0.2km2,持续时间约50天。该水华的暴发与水体总磷具有正相关关系,温度、降雨、光照和营养等对本次水华暴发具有重要影响。研究发现尽管神农溪水域总体处于中(—)富营养状态,但局部水域由于水流缓慢,水体滞留时间长,营养稀释扩散速率小,在夏季出现富营养化状态,这是蓝藻水华暴发的根本原因。同时,与往年相比偏高的气温和偏少的降水量也为微囊藻水华的暴发提供了适宜的条件。建议开展包括流域综合治理在内的环境整治,确保神农溪水体生态环境的稳定。
对大宁河藻类功能类群的研究中,共鉴定藻类7门32属71种,分属于17个藻类功能类群。这些藻类功能类群的变化存在显著的季节性和空间差异性:在丰水期,大宁河水位较低,支流入库流量和干流流量均较高,在受流量影响较大的上游和河口区域水体浊度显著升高,这导致藻类功能类群MP(主要是暂时性浮游的硅藻)成为上游和河口水域的优势类群;同时,稳定的水位和温度的持续升高,促进了大宁河中游水体的热分层和水柱的相对稳定性,这就有利于适应热分层的藻类功能类群Y(隐藻)和L(O)(甲藻)在中游成为优势类群,并大量的增殖。在枯水期,支流的入库流量较小,水体的滞留时间较长,这本来有利于水体的稳定,但因为三峡水库的蓄水,导致库区水位迅速抬升,干流水体倒灌入支流,打破了大宁河水体的热分层并且使水柱强烈的混合,这使得支流中的LO类群迅速消退,而藻类功能类群C(小环藻)成为河口和中游的优势类群;在水体变得静止和清澈后,类群Y取代类群MP在上游水域占据优势地位。在大宁河,剧烈的水位变动和水流量的变化构成了其独特的水文动态。这种水文动态影响了水体的稳定性和水体的浊度,限制了水体的混合动态和光的可利用性,进而决定了藻类功能类群的季节演替和空间差异。
对湖北库区四条支流回水区的对比研究发现,支流水体的营养盐含量和富营养化状况与各支流的利用类型有关。青干河人口较少,森林覆盖率较高,其水体营养盐含量也相对较低;袁水河回水区较短,库容较小,受城镇污染和网箱养殖污染较严重,外源输入的污水导致其N-NH4含量显著高于其它支流;童庄河河面开阔,两岸坡度较缓,农业种植较发达,面源污染较为严重,其N-NO3和TN含量高于其它支流;香溪河磷工业发达,严重的磷污染最,导致其P-PO4和TP含量显著高于其它支流。通过氮磷比和回归分析发现,青干河和袁水河属于氮磷联合限制型水体,童庄河属于磷限制型,而香溪河属于氮限制型。支流回水区Ch(l).a含量和水体富营养化的季节变化和空间差异,主要受水温与水动力学条件的影响。
在调查的湖北库区和重庆库区的12条支流中,回水区浮游植物主要包括:硅藻门、隐藻门、蓝藻门、甲藻门和绿藻门,其它如金藻门只在冬季少数支流中出现,裸藻门则仅在个别支流偶有发现。在一年之内,春季占优势地位的浮游植物主要是甲藻、硅藻和隐藻,夏秋季节主要是蓝藻、绿藻和隐藻,冬季则主要是以硅藻为主。支流浮游植物群落组成的季节变化,主要是受水体水温变化的影响,在CCA分析中,各浮游植物门类主要沿水温的变化方向分布在第一轴上,存在明显的温度梯度。蓝藻的最适生长温度高于绿藻和隐藻,而在较低温度下,硅藻占绝对优势。在富营养化的评价中发现,苎溪河的营养盐含量和浮游植物的生物量均显著高于其它支流;从TLI的全年均值来看,苎溪河处于富营养水平,其它支流均处于中营养水平。支流水体的富营养化状况存在显著的季节变化,春季富营养化程度最为严重,12条支流均处于轻-重度富营养化水平,而秋冬季则较轻,基本处于中营养水平。富营养化状况的季节变化主要是受水温的影响;而不同支流之间富营养化状况的空间差异,则主要是由各支流的回水区库容所承载的人口压力不同所造成的,单位库容所承载的人口压力越大则富营养化程度越严重。
三峡水库坝前水域的水体理化指标和藻类群落结构,都受到流域气候特征和水库调度方式的影响,存在丰水期、平水期和枯水期的显著差异;坝前水体富营养化程度则表现为受水温、水下光照和入库流量的综合影响。相比干流主泓,坝前库湾的水环境状况较差,暴发水华的可能性相对较大,且更加容易受到人类活动的影响和干扰,是坝前的主要生态敏感区。三峡水库的蓄水过程对坝前水体具有显著影响,受蓄水过程影响的水环境因子主要有浊度、透明度、水温、光照和营养盐等;蓄水过程对这些因子的具体影响效应各不一样,同时,蓄水过程对水体的生物量和藻类群落结构也有一定的影响。蓄水期间坝前水体主要是中营养状况,并随蓄水的进程逐步降低,主要原因是水体TP含量的降低和透明度的升高。