香溪河库湾沉积物磷释放通量及影响机制研究

发布时间：2020-05-21 15:05

【摘要】：三峡水库自蓄水以来,随着库区水体流速的减缓,水体自净能力显著下降,水资源可利用性大大降低,部分支流回水区近年来频繁暴发水华,受到国内外学者的广泛关注。当入库外源负荷控制减少后,内源释放对水体营养元素的补给作用越来越显著。因此,研究三峡水库支流沉积物释放通量及影响机制,对解决三峡水库支流及类似水体富营养化问题、确保三峡水库水生态系统健康具有重要的意义。本文以三峡水库典型支流香溪河库湾为研究对象,于2017年对香溪河库湾不同监测断面开展每季度一次的原位观测,分析香溪河库湾沉积物赋存环境时空特征;根据室内控制试验并结合数学模型,分析香溪河库湾沉积物磷吸附解吸特征;定量估算香溪河库湾沉积物磷分子扩散、再悬浮释放通量;探讨香溪河库湾沉积物磷释放影响机制。以期为三峡水库支流库湾内源磷负荷的计算及控制打下理论基础。主要工作及认识如下:一、香溪河库湾沉积物赋存环境时空特征:1)不同水位运行期对应不同的干流倒灌形式潜入香溪河库湾,上游来流普遍以底层顺坡异重流的形式流向库湾下游,中游区域底部水体的平均流速高于上、下游;上覆水温度从河口下游至上游沿程整体呈逐渐降低的趋势;上覆水p H呈碱性,p H从河口下游至上游沿程整体呈逐渐升高的趋势;电导率与温度时空变化趋势整体相同。香溪河表层沉积物含水量和孔隙度从河口下游至上游沿程逐渐降低,容重的变化趋势与之相反;沉积物有机质在9.58~13.82 g/kg变化,除汛前消落期沉积物有机质含量从下游至上游沿程逐渐降低,其余时期均逐渐升高;香溪河库湾沉积物类型以粉砂和黏土占主导地位,沉积物中相对较细的颗粒占多数。2)沉积物间隙水磷含量整体上高于上覆水,颗粒态磷整体上高于溶解性总磷,溶解态总磷ρ(DTP)在沉积物-水系统中主要以ρ(PO43--P)形式进行交换;香溪河库湾各采样点ρ(PO43--P)占ρ(DTP)的85%以上,中上游区域ρ(PO43--P)大于下游区域;沉积物磷主要的存在形式为无机磷,香溪河不同区域ρ(HCl-P)明显高于ρ(Na OH-P),ρ(OP)从下游至上游整体呈逐渐增加的趋势,ρ(IP)则相反。二、香溪河库湾沉积物磷吸附解吸特征:1)吸附动力学试验表明:0~4 h内为快吸附阶段,平均吸附速率为32.66 mg/(kg·h),4~12 h内为慢吸附阶段,平均吸附速率为7.85 mg/(kg·h);沉积物吸附量大小在时间上表现为:蓄水期枯水运行期汛期汛前消落期,沉积物净吸附量大小在时间上表现为:蓄水期汛期枯水运行期汛前消落期,不同水位运行期下游区域沉积物对磷的吸附速率明显高于中上游;沉积物对磷的吸附更符合准一级动力学方程。2)通过比较后发现Langmuir模型更适用于描述和表征香溪河沉积物磷吸附过程;上覆水温度与p H在一定范围内增大时,沉积物对磷酸盐的吸附量逐渐增大;下游区域沉积物对磷的吸附量明显高于中上游区域;净吸附能力大小表现为:汛期汛前消落期蓄水期枯水运行期。三、香溪河库湾沉积物磷释放通量及影响机制:1)枯水运行期香溪河库湾沉积物表现为磷的“汇”,其余时期表现为磷的“源”;高、低水位运行时期对应的香溪河库湾沉积物-水界面磷的扩散对上覆水贡献率分别为-0.045~-0.011%(汇)、0.128~1.872%(源);沉积物-水界面磷的扩散对上覆水贡献率沿程逐渐增加;香溪河库湾沉积物磷的分子扩散量为0.55 t/年,再悬浮条件下磷酸盐的释放量为44.34 t/年,沉积物向水体贡献磷素的方式以动态释放为主。2)香溪河库湾上覆水温度与沉积物有机质具有显著的相关关系;温度在香溪河库湾沉积物-水系统磷形态的迁移、转化过程中扮演着极其重要的角色,上覆水p H和沉积物有机质同样对沉积物磷形态转化有一定影响;对香溪河而言,干流倒灌潜入点越低、运行水位越低以及持续的生物扰动均会加速沉积物磷释放。
【图文】：

三峡库区

三峡库区流域图

库湾,香溪河,形式

图 1.2 香溪河库湾典型倒灌形式图1.3 研究目标和内容1.3.1 主要研究内容本文选取香溪河库湾为研究对象，通过野外原位监测、室内试验以及运用数学模型进行理论分析等方法，，分析香溪河库湾沉积物赋存环境时空特征；分析不同水位运
【学位授予单位】：三峡大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：X524

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