三峡水库香溪河藻类生长敏感生态动力学过程及其模拟

发布时间：2020-11-21 23:07

　　 三峡水库蓄水投入运行至今已接近15年,发挥了巨大的经济效益和社会效益,然而以香溪河为代表的典型支流库湾水体富营养化及水华严重,严重影响库区居民生产生活及水电建设可持续发展。香溪河库湾浮游植物群落组份复杂,受干流倒灌分层异重流影响,水华生消过程有别于其它湖泊水库。本文以三峡水库典型支流库湾香溪河为研究对象,系统分析了水体2010-2011年生态水文监测数据,细致总结了香溪河库湾浮游植物群落结构演替特征及各生境因子变化规律。通过梯度分析方法,研究生境因子对浮游植物群落结构的影响,并结合相关性分析,识别了影响藻类生长的四大敏感生态动力学过程:温度变化、藻类昼夜迁移、降雨过程及水库调度过程。利用理论推导构建了基于原位监测数据的不同藻类生长率与温度的本构方程,模拟研究温度变化对藻类浮游植物群落结构演替的影响;通过不同优势藻种水华暴发期藻种昼夜垂向分布格局,拟合藻种昼夜垂向迁移方程,并将其耦合到CE-QUAL-W2模型中,模拟研究藻类昼夜迁移能力对藻类水华垂向分布格局的影响;模拟研究降雨及水库调度过程中藻类水华生消过程,分析降雨及水库调度对香溪河库湾水华生消影响机制,主要成果如下:(1)香溪河库湾浮游植物群落构成藻种众多,且季节演替特征明显;不同环境因子冬季变化较为稳定,而夏季波动剧烈,水体氮、磷、硅浓度均超过水华暴发阈值;利用CANOCO软件进行梯度分析结果显示,表层水温对浮游植物群工落演替特征最为显著。以藻类生长率为目标因子,利用相关性分析,识别影响藻类水华生消的敏感过程;(2)利用CE-QUAL-W2模型,构建了香溪河库湾水动力-水质-水生态的复合藻种水华预测模型,模型能较准确的模拟库湾不同季节温度场和流场特征;藻类敏感性分析结果表明:参数藻干重与叶绿素a的比值(ACHLA),藻类最大生长率(AG)、呼吸率(AR)、死亡率(AM)、沉降速度(AS)对藻类生长影响显著,是后期水生态数值模拟的重点;(3)通过不同温度下浮游植物群落演替特征,概化了香溪河库湾优势藻种演替规律;通过理论推导,构建不同藻类生长率与水温的本构关系曲线,提出了基于原位监测数据的不同藻类生长率与温度本构关系参数确定的方法,而以微囊藻为典型代表的室内不同水温下培养试验结果也表明:经由室内实测结果获得的藻类生长率与温度本构关系曲线与上述方法结论一致;(4)通过对拟多甲藻、小环藻、微囊藻水华暴发期昼夜24小时持续跟踪监测,发现拟多甲藻和微囊藻均为昼夜迁移型藻种,拟合藻种昼夜迁移轨迹及速度方程以改进传统模型沉降速率,模拟结果能较好的反映实际监测中叶绿素a浓度昼夜分布差异,该过程是对藻类水华数值模拟方法的补充;(5)基于构建的香溪河库湾立面二维水动力-水质-水生态模型,模拟不同降雨过程、不同水库调度过程藻类水华生消过程,模拟结果能较好的反映降雨过程及水库调度过程下藻类水华生消过程。基于降雨过程和水库调度过程数值模拟,揭示了不同敏感生态动力学过程对藻类水华生消机制:在香溪河库湾特殊异重流倒灌模式下,气温降低导致的水温降低过程和降雨导致的水面边界的掺混过程均难以突破异重流上边界,对库湾水华消退过程作用不明显;随着降雨强度增加,坡面汇流流量增加,并携带大量泥沙进入水体,致使水体混合层加深,垂向扰动增强,水体混合层深度不断扩大,是水华浓度随降雨过程不断降低的主要原因。水库持续蓄水过程主要通过增加混合层深度的方法降低库湾藻类水华浓度,蓄水强度越大,水华防控效果越明显。
【学位单位】：武汉大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2017
【中图分类】：Q948.8;X524
【部分图文】：

大坝于２００３年６月下闸蓄水至１３５?ｍ，后分期逐步蓄水至１７５?ｒａ，形成巨型??人工湖泊，即三峡水库。三峡库区地势总体西高东低，控制流域面积１０８４ｋｍ２，涵??盖湖北省及重庆市２１个县市（图２．１）。??三峡水库正常蓄水位１７５?ｍ，防洪汛限水位１４５?ｍ，对应总库容和防洪库容分??别为３９３亿ｍ３、２２１．２亿ｍ３［１２３Ｉ。三峡水库１７５ｍ回水末端延伸至重庆市江津区，??水库干流全长６６０?ｋｍ，干流水面均宽１１００?ｍ，为典型狭长河道型水库［１２４】。??１４??

沿香溪河库湾中泓线每隔３?ｋｍ左右布设一个采样断面进行系统生态水??文监测，断面自河口向上游依次命名为ＸＸ００－ＸＸ１０，另在干支流交汇区干流上增??设ＣＪＸＸ监测断面作为参照，共计１２个采样断面（图２．２），其中ＸＸ１０处于变动??回水区范围内，当水位低于１５６ｍ时无法开展监测工作，各采样点基本信息如表２．??１所示。??１６??

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【参考文献】

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本文编号：2893741