沙河水库浮游植物对外源负荷削减响应的数值模拟研究

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沙河水库水质受藻类异常增殖的影响不断下降,而藻类的异常增殖与环境因子中的营养盐浓度密切相关。本研究在水库水质调查的基础上,采用主成分分析及典范对应分析,对沙河水库水质时空分布特征及其对浮游植物群落演替的影响进行了分析,并利用现场实测资料和相关研究,建立一维水动力水质模型DYRESM-CAEDYM,对水库温度、溶解氧、营养盐、浮游植物生物量进行了数值模拟,进一步设置不同情景,模拟预测水库水质、藻类群落结构及生物量对外源氮、磷等营养物削减的响应,并探讨有效降低藻类异常增殖的营养盐的削减幅度,为沙河水库水质管理工作提供技术和决策支撑。主要研究结论有:  1.周年观测表明,沙河水库透明度(SD)、悬浮物(SS)、高锰酸盐指数(COD)、叶绿素a(Chla)、总磷(TP)、总氮(TN)等主要水质因子既有明显的季节变化,也存在显著的空间分异,浮游植物生物量和群落结构也表现出显著的季节演替。从丰度上看,蓝藻门的席藻全年都是优势种,但冬、春季节硅藻门和隐藻门藻类丰度显著增高。从生物量上看,春季的优势种为硅藻门的针杆藻,是沙河水库水体透明度的主要影响因子。主成分分析表明,沙河水库的氮和磷具有明显不同的时间变化规律。典范对应分析表明,水温、pH、溶解性总氮(DTN)、SD与藻类生物量的季节演替关系密切,蓝藻、硅藻生物量与水温、溶解性总磷(DTP)呈正相关,与硝态氮浓度呈负相关。结果表明,降低氮、磷浓度对沙河水库富营养化控制及水质的保护都非常重要,但在不同季节氮、磷的相对重要性不同。  2.DYRESM-CAEDYM模型能够较好的模拟沙河水库水温、DO、TN、TP的变化过程,实测值和模拟值显示出较高的吻合度。模拟结果的可决系数(R2)和相对误差(RE)都在可接受范围内。Chla的模拟值在率定期间与实测值比较吻合,但是验证期间的模拟值偏低。蓝藻的模拟值和实测值有很好的吻合;模型也基本能够反映硅藻的季节变化趋势,模拟出春季出现的峰值,但模拟值偏低。因此该模型能够模拟沙河水库浮游植物与水温、DO、TN和TP等环境因子之间的关系,预测浮游植物对环境因子的可能响应,是一个行之有效的管理工具。  3.基于对不同场景环境因子变化下沙河水库藻类响应的模拟发现,沙河水库Chla的浓度随着外源氮、磷营养盐的削减而降低,若使沙河水库达到良好水质标准,建议控制Chla浓度低于7μg/L,根据模拟则需削减50%外源N负荷,或者75%的外源P负荷,或25%外源N+P负荷。响应时间上,Chla对外源N负荷削减的响应比外源P负荷削减晚两个月,下降最快的月份基本相同,约在9、10月份。蓝藻、硅藻生物量同样伴随着外源氮、磷营养盐的削减而降低,但蓝藻对外源单独N削减的响应比单独P削减的响应快,硅藻反之。蓝藻生物量对外源N、P单独削减比共同削减响应晚一个月,响应最快的月份也基本相同。硅藻对外源N单独削减比外源P单独削减晚将近10个月的时间,下降最快的时间基本相同,为春季的4、5月份。
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