论文部分内容阅读
筑坝蓄水将可能导致流域或区域温室气体源汇关系发生改变。尽管该观点已达成广泛的学术共识,但水库温室气体源汇变化是一个复杂过程,多维度和多变量导致温室气体的释放存在很大的不确定性。本论文首先基于文献计量分析方法对国内外水库温室气体研究现状进行了系统性的分析。分析发现,借助模型评估水库温室气体通量逐渐成为研究者研究水库温室气体的一项重要手段,但当前原位监测数据有限,尚不能涵盖所有情况下的水库温室气体变化情况,导致模型评估结果存在一定的不确定性。因此对于不同区域典型水库的温室气体原位监测研究仍然是水库温室气体研究的一项重要基础工作。本研究以金沙江下游梯级水库溪洛渡、向家坝为研究对象,在明晰河流梯级开发对水体理化性质的影响基础上,探究CH4、CO2的时空分布,初步分析有机碳来源组成,并结合G-res Tool(GHG Reservoir Tool,全球水库温室气体净通量评估模型)评估金沙江下游梯级水库温室气体净通量。本论文获得以下主要结论:(1)金沙江下游梯级水库水体CH4浓度全年介于0.012～0.137 μmol·L-1之间,2018年1月最低,平均为0.029 μmol·L-1;7月最高,平均为0.057 μol·L-1。在沿程断面上,受筑坝蓄水以及人类活动影响CH4浓度在溪洛渡、向家坝水库呈现出相似规律变化,但向家坝水库较溪洛渡显著偏高。在水体垂直断面上,表、底层水体浓度未见明显差异。水体CO2浓度全年介于0.014～0.084 mmol·L-1,3月最低,平均为0.033 mmol·L-1,7月最高,平均为0.054 mmol·L-1。沿程并未呈现显著的规律性特征。在水体垂直断面上,3月份溪洛渡、向家坝坝前表层水体CO2浓度明显低于底层,其他月份表、底浓度未见明显差异。(2)金沙江下游梯级水库CH4水-气界面扩散通量全年介于0.009～0.299 mmol·m-2·d-1之间,表现为大气CH4的源,与全球典型水库相比,CH4扩散通量整体处于极低水平。全年CO2水-气界面扩散通量介于-3.415～161.820mmol·m-2·d-1之间,与亚热带水库相比,CO2扩散通量整体处于较高水平。(3)不同区域影响水体CH4、CO2浓度的环境因素存在差别。水体CH4浓度受温度和溶解氧含量影响明显,水体CH4浓度与温度呈极显著正相关,与溶解氧呈极显著负相关。全年表层水体CO2浓度在3月份主要受藻类生长影响而显著降低,底层水体CO2浓度受呼吸作用影响更为显著。在冬季高水位期间生物内源呼吸是控制水体CO2浓度的主要因素,而在夏季汛期以外源碳以及内源呼吸共同主导。(4)梯级水库运行对颗粒态有机碳氮具有一定拦截作用。源解析发现,浮游生物是梯级水库水体POC的主要来源,但在冬季高水位运行期,C3 土壤混合源不可忽略。在3月份颗粒有机碳、氮浓度最大,δ13CPOC最重,主要受藻类旺盛生长影响,根据δ13CPOC和1/[CO2]的线性关系,得出浮游植物同化吸收CO2过程的碳同位素分馏因子为18.198‰。(5)G-res Tool是由国际水电协会组织开发的水库温室气体净通量评估模型。运用该模型模拟预测了溪洛渡、向家坝水库蓄水前后温室气体源汇通量。其中蓄水后的评估结果显示,溪洛渡水库CH4通量为44 gCO2eq·m-2·yr-1,CO2通量为60 gCO2eq·m-2·yr-1;向家坝水库CH4通量为66 gCO2eq·m-2·yr-1,CO2通量为63 gCO2eq·m-2·yr-1。同现场比较发现,该模型低估了溪洛渡、向家坝水库CO2的高排放量,同时也高估了其CH4的极低排放量。作为经验模型,G-res Tool在模型原理和模块设计上存在一定局限性,对溪洛渡、向家坝峡谷河道型梯级水库可能并不完全适用。针对金沙江下游梯级水库高CO2扩散通量和极低的CH4扩散通量,长期跟踪观测与机理研究仍然是未来在河流梯级开发过程中典型水库温室气体研究的关键。