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三峡工程举世瞩目,是跨世纪的特大型水利枢纽工程,具有航运、防洪和发电等多重功能,在给我国带来巨大经济效益的同时,也将极大改变长江三峡区域的生态环境,并将对长江流域的生态环境产生深远影响。为了解水库蓄水后库区次级河流水质状况及水动力特性,于2007年初开始对该区域进行了跟踪观测研究,并建立一维水动力模型,模拟和预测小江回水区的水动力特性。
根据2007年3月~2008年3月对小江回水区的监测,分析得到该区域氮磷营养盐的浓度含量、赋存形态及其季节变化特征。小江回水区TN的平均浓度为1553μg/L,TN浓度上升趋势明显,但季节间差异亦显著,总体上冬夏季较高、春季次之、秋季较低。DIN占TN平均浓度的66.38%,是小江回水区氮素的主要赋存形态,季节间差异不明显。总磷平均浓度为62μg/L,季节差异明显,冬季最高,春季次之,秋季最低。小江回水区全年TN/TP季节变化并不明显,但春季变化幅度较大,且总体表现为磷限制。
研究期间通过建立一维水动力模型,对小江回水区水动力特性进行了分析和预测。三峡水库二期蓄水后小江回水区流速显著降低,流速全年变化范围为0.002-0.441m/s,全年平均流速为0.048 m/s。与天然河道明显不同;参考国际上根据流速划分河道型水库类型,可认为小江回水区在1~4月、9~12月具有湖泊型水库的特点,6~7月可认为是属于于河流型水库。论文研究了月滞留时间作为水体富营养化敏感程度的重要指标,结果发现小江回水区6~7月份水体滞留时间为8.0~10.2天;而10月~3月份水体滞留时间为67~100.4天,达到富营养化阈值的3-5倍。
论文对三峡水库二期蓄水后小江回水区流速变化对藻类生长的影响进行探讨,结果表明高水位运行时段,流速与藻类总密度无明显的相关性,藻类生长与水动力条件无明显关系;三峡水库低水位运行时段,藻类密度与流速表现出较好的相关性,二者显著负相关,藻类生长在强降雨强径流时将主要受水动力条件影响。
分析了水动力条件对小江回水区营养盐的影响,研究发现小江回水区总磷负荷主要来源于非点源污染,泥沙将颗粒态磷带入河流是主要的磷污染源。沿岸径流输入以及悬浮物颗粒的释放是NH+4-N、TN的主要来源;而NO-3-N可能是来自于点源和非点源的污染负荷相当。研究期间小江输出至长江干流水体的TN和TP通量为6976.6吨和353.2吨。小江回水区养鹿至河口段TN和TP污染负荷分别为2039.7吨和142.1吨,分别占小江河口输送通量的29.3%和40.2%。对小江回水区藻类总密度与营养盐输送强度进行相关性分析,结果表明二者显著正相关。总体上藻类总密度表现出随通量的增加而增大,但在较大输送通量条件下则表现出相反的趋势。究其原因,较大的营养盐输送通量往往伴随着强降雨和强径流条件,水动力条件限制了藻类的生长所致。
论文对三峡水库175m蓄水后小江回水区的水动力特性进行了模拟计算,6~9月份小江回水区水动力条件与156m蓄水情况变化不大;在11月份~4月份小江回水区河段流速与156m蓄水时明显降低,而水体滞留时间显著变长;在5月和10月份三峡水库处于水位调整的阶段,水动力条件也更加适宜藻类的生长。
通过本研究,了解了三峡水库小江回水区水体在156m蓄水后营养盐的季节变化特点,模拟了小江回水区一维水动力过程,分析研究水动力与富营养化的关系,为三峡库区典型次级河流富营养化发生条件与机理的进一步研究提供了必要的基础。