澎溪河流域面源污染预报预警平台

基于流域“空-地-水”一体化模型体系与多层次协同架构,提出了澎溪河流域面源污染预报预警平台技术体系,建立了澎溪河流域面源污染预报预警平台,平台通过自动收集并处理气象数据等,在控制中心驱动下调用气象模型、陆地模型、水动力模型和水质模型,实现未来3~15 d陆面产流以及TN、TP、NH3-N等污染物通量的逐时预报,可自动对突发污染风险进行预报预警,为流域智慧化管理和面源污染综合治理提供技术支撑。

三峡水库澎溪河水-气界面CO_2、CH_4扩散通量昼夜动态初探

三峡水库温室气体效应近年来备受关注.为揭示三峡水库典型支流澎溪河水-气界面CO2和CH4通量的昼夜动态规律,明晰短时间尺度下该水域温室气体释放的影响因素,在2010年6月至2011年5月的一个完整水文周年内,选择4个具有代表性的时段(2010年8、11月和2011年2、5月)对澎溪河高阳平湖水域开展昼夜跟踪观测.结果表明:2010年8、11月和2011年2、5月4次采样的CO2日总通量值分别为-8.34、73.94、28.13和-20.12 mmol/(m2·d),相应的CH4日总通量值分别为2.22、0.11、0.32和7.16 mmol/(m2·d),不同时期昼夜变化明显.研究水域CO2和CH4通量过程不具同步性:CO2昼夜通量变化可能更显著地受到水柱光合/呼吸过程的影响,但瞬时气象过程(水汽温差、瞬时风速等)在高水位时期亦可对CO2通量产生显著影响;CH4昼夜通量变化与水温条件改变更为密切.

三峡库区澎溪河鱼类时空分布特征的水声学研究

为了解三峡库区支流澎溪河鱼类时空分布变化,2009—2010年的秋季、冬季和春季,使用Simrad EY60鱼探仪对澎溪河的鱼类资源量及其时空分布特征进行3次声学调查。结果表明:3个季节鱼类水平分布不均匀,鱼类最大密度分别为67.07尾/1000 m3,19.66尾/1000m3,17.25尾/1000m3且不同季节上层、中层鱼类密度水平分布有显著性差异(P≤0.01,P=0.03);各季节鱼类密度垂直分布也有一定差异,冬季上层鱼类密度和下层鱼类密度差异较为显著(P=0.05);另外鱼类密度昼夜分布有显著性差异(P<0.05),造成该现象的原因主要是由于鱼类的昼夜垂直节律(Diel Vertical Migration,DVM)引起;3个季节的鱼类目标强度(TS值)的差异极其显著(P<0.01),其中秋季鱼类TS最高((-57.0±5.6)dB),春季TS值最低((-58.6±4.9)dB),造成该差异的原因是4—6月是长江上游鱼类繁殖季节,仔稚鱼居多。鱼类空间分布及其位点的水深关系分析显示,鱼类密度水平分布秋季、冬季与水深不相关(︱r︱<0.2),春季与水深中度负相关(r=-0.5,P≤0.05)。

三峡水库蓄水后澎溪河消落带植物群落格局及多样性

三峡水库156m蓄水后，消落带内植物种类组成、空间分布格局以及多样性发生巨大变化。2008年7～9月对开县澎溪河及支流自夹溪沿岸海拔175m以下范围的植被进行调查：在澎溪河设置3个样带，在白夹溪设置2个样带，共108个草本样方。结果表明：共发现98种维管植物，分属于38科29属，其中水生、湿生植物52种；一年生植物和隐芽植物种类丰富，分别占52．0％和31．6％；调查区域内植被可划分为11个群丛；沿河流侧向空间梯度可分为河漫滩一年生草本植物带、苍耳带、双穗雀稗带、白茅带4个植物带；土壤含水率的变化及分布格局对消落带植物带状分布有较大影响。研究表明消落带内植物物种丰富度和多样性较低。

三峡水库澎溪河消落带植物群落物种丰富度格局

通过样地调查和Spearman相关分析,研究了澎溪河消落带植物群落物种丰富度格局.结果表明:沿河流纵向梯度,总物种丰富度、灌木层和草本层物种丰富度均表现出抛物线型,乔木层物种丰富度表现出直线型;沿河流侧向梯度,总物种丰富度和草本层物种丰富度随高程的增加先升高后降低;乔木层和灌木层物种丰富度随高程的升高而增加.在纵向梯度上,底质类型与物种丰富度显著相关,距河口的空间距离对物种丰富度有重要的控制作用;在侧向梯度上,淹水时间、土壤含水量、底质异质性对群落空间格局有重要影响.总体来说,消落带植物物种丰富度格局仍受原河流地貌及洪水格局的影响,但由于水位季节性变动,已形成与水位变动相适应的分布格局.

三峡澎溪河回水区流速对藻类原位生长速率的影响

为明晰不同流速水平对三峡支流回水区库湾藻类原位生长的影响,本文采用可调速的环形实验槽,选择三峡水库不同运行状态(低水位、高水位),对三峡澎溪河高阳平湖库湾藻类生物量(用叶绿素a浓度表示)变化特征进行原位受控实验.通过流速在0(对照)、0.1、0.2和0.3 m/s的实验发现,夏季低水位阶段澎溪河水域光热充足,但流速升高(>0.2m/s)对藻类原位比生长速率具有一定影响.大体上,高阳平湖水域藻类原位比生长速率与流速水平呈对数关系.冬季高水位运行期间,流速的升高将可能在一定程度上促进水柱扰动,成为维持藻类在上层水体受光生长、避免下沉的主要因素.该时期,采用调节流速、流量的方法抑制藻类生长的难度相对较大.

三峡水库156m蓄水前后澎溪河回水区藻类多样性变化特征

为了解156 m蓄水前后三峡水库次级河流藻类多样性变化特征,对2007年7月至2008年1月澎溪河回水区的藻类种群结构的变化进行连续监测.基于三峡水库水位调度特点,将监测期划分为蓄水前、中、后三个时段,即7-9月、10月、11月至翌年1月,应用Shannon-Weaver多样性指数H'对藻类多样性进行评价,通过Connell中度扰动假说理论结合优势藻种探讨蓄水过程水动力变化及藻类多样性的变化特征.结果表明:2007年7-9月蓄水前H'均值为3.466±0.317,10月蓄水期则降为3.246±0.338,而11月蓄水后高水位阶段H'均值上升为3.431±0.352.蓄水前澎溪河回水区具有河流型特征,流量与降雨作为主要的物理扰动因子影响水体扰动强度,进而引起多样性变化.10月蓄水期间水位突升、流量骤降导致水体扰动强度加剧,较蓄水前藻类多样性下降.自11月蓄水后的高水位阶段,降雨较小、流量趋于稳定,水体扰动降低,多样性回升并维持在相对稳定的状态.

三峡水库澎溪河(小江)回水区一维水动力特征分析

利用HEC-RAS水动力模型,对三峡水库运行初期(2007—2008年)澎溪河流域回水区段的一维水动力特征进行了模拟研究。在其库湾、河汊、大面积淹没区或消落带等水域,通过建立虚拟堤坝、划分成水体主要输送干道和储水区域的方式对河道进行概化;经参数率定与模型验证,确定糙率取值范围为0.27～0.35,所建立的模型具有较好的模拟精度。采用准非恒定流的方式对研究期间水动力过程进行模拟演算发现,低水位状态下澎溪河回水区上游河段断面平均流速将超过0.5m/s,接近天然河道;而在高阳平湖处形成独立且相对封闭的大面积浅层淹没区;高阳大桥以下河段随断面积的加大而流速放缓;高水位状态下,不同河段间流速无显著差异,深水河道型水库特征显著。研究期间,建模区域总库容、水体滞留时间变化范围分别为8.26×108～2.51×108 m3,157.0～3.8d。库容变化主要受河口水位的影响,水体滞留时间则在径流和水位的双重影响下波动明显。研究期间,17.8%的水体滞留时间数据样本显示澎溪河回水区呈过流型水库特征,主要集中于夏季汛期;82.2%的水体滞留时间数据样本显示其呈过渡型水库特征。

三峡库区澎溪河流域氮湿沉特征及其来源

本研究收集了澎溪河流域及万州城区共6个站点2016年1~12月大气湿沉降样品,分析了澎溪河流域大气湿沉降氮的时空变化特征、来源及其对流域水体的输入贡献.澎溪河流域氮湿沉降空间上差异较小,呈现区域性特征;季节上差异较大,呈现春夏大于秋冬的特点.总氮沉降(TDN)浓度和通量分别为1.1mgN/L和11.8kg N/(hm2·a).来源主要包括二次源、地壳源、交通源和养殖源,其贡献占比分别为47.4%、23.5%、14.3%和10.9%,而工业源和化石燃料燃烧源仅分别贡献2.8%和1.1%.通过湿沉降直接输入流域水体的氮素为76.9t/a,约占总氮输入的1.8%;沉降通量超过了水体富营养化临界负荷.流域湿沉降铵态氮(NH4+-N)、硝酸盐氮(NO3--N)和有机氮(DON)沉降通量分别占总沉降的63.3%、25.9%和10.7%,减少NH4+-N排放能有效控制流域氮沉降量.

三峡水库澎溪河流域高阳回水区夏季水体CO_2分压日变化特性

水柱中CO2分压(pCO2)的时空分布在一定程度上可反映水中碳的环境地化特征.本研究在夏季分层期间对三峡水库澎溪河(小江)流域高阳回水区段进行了昼夜连续观测发现,恒定的温跃层中pCO2随水深增加而显著增大,表层0.5 m处pCO2均值为152±71μatm,而在水深10.0 m处pCO2均值为4568±1089μatm,同水温、pH及DO存在明显的负相关关系,进一步分析认为水温等将影响微生物、浮游植物的代谢过程及水气界面对流传输,进而对pCO2分布产生影响.对水气界面CO2扩散通量的估算结果表明,夏季分层期间高阳水域总体上表现为CO2的汇,其对大气CO2的吸收量最大值于15:00左右,达到-0.33 mmol/(m2.h);最弱在次日凌晨3:00左右,吸收量仅为-0.17 mmol/(m2.h).

三峡水库不同运行阶段澎溪河典型优势藻原位生长速率

在澎溪河高阳平湖半封闭库湾对不同生长策略的5种代表性藻种进行原位培养实验,初步探讨三峡水库不同运行阶段藻类原位生长速率和主要影响因素.结果表明,低水位时期,CR型生长策略的湖北小环藻(Cyclotella hubeiana)和兼具C、R、S型生长策略的卵形隐藻(Cryptomonas ovata)出现了正的生长速率特征,分别为0.128±0.006和0.210±0.010 d-1;高水位时期,湖北小环藻、CS型生长策略的空球藻(Eudorina sp.)、兼具C、R、S型生长策略的卵形隐藻具有较大原位生长速率,分别为0.175±0.009、0.326±0.016和0.187±0.009 d-1;泄水期,湖北小环藻、空球藻以及卵形隐藻依旧在较长时间内保持较高的原位生长速率,分别为0.231±0.012、0.281±0.014和0.406±0.020 d-1,但S型生长策略的铜绿微囊藻(Microcystis aeruginosa)随着水库泄水水位持续下降而逐渐体现出优势.低水位期影响上述藻种原位生长速率的主要因素为溶解性磷酸盐和水温.高水位时期影响显著的环境因素为颗粒态磷和研究水域最大风速.泄水期影响显著的环境因素为溶解性磷酸盐、溶解性无机氮和总氮.忽略藻类随流输移产生的干扰,不同生长策略藻种的原位生长速率与同期藻类群落演替特征具有一定关联.

三峡水库澎溪河回水区藻类种群分布及评价

2008年冬,三峡水库蓄水至173m.随着蓄水水位的抬升,库区内长江干流北岸最大支流澎溪河回水区流速进一步减慢,水体富营养化发生的可能性相应增加.为探究水位抬升对澎溪河水环境及浮游植物种群结构产生的影响,本研究于2009年春季（3月）、夏季（7月）对该区域五个采样点展开浮游植物种群结构跟踪观测,并运用Margalef（d）丰富度指数法、Shannon-Wiener（H）多样性指数法、Pielou（J）均匀度指数法,进行水体富营养化评价.共检测出浮游植物7门57属100种,硅藻门17属33种、绿藻门24属40种、蓝藻门7属10种、甲藻门2属3种、裸藻门4属10种、黄藻门2属2种、隐藻门1属2种;硅藻和绿藻是该区域的优势种;其中春季藻类优势种群为硅藻-绿藻型,绝对优势种为硅藻;夏季藻类优势种群为绿藻-硅藻-蓝藻型,绝对优势种群为绿藻.高阳采样点春季发生铁锈红＂水华＂,藻类密度高达103.6×105cell/L.各监测断面的d、H、J值分别为：春季0.68-1.70、0.99-1.44、0.228-0.345,夏季1.0-1.91、1.24-2.10、0.30-0.49,综合得出澎溪河回水区春季属于中度-重度富营养化,夏季属于中度富营养化,夏季水质优于春季.

三峡水库澎溪河CO_2、CH_4气泡释放通量初探

气泡释放是天然水体中水-气交换的重要途径之一.采用改进的倒置漏斗型气泡通量监测装置于2012年3-8月期间对三峡支流澎溪河高阳平湖库湾水域进行气泡释放通量的监测研究.研究期间,研究水域CH4气泡释放通量变化范围为0.01 ～ 23288.64 μmol/（m2·d）;CO2气泡释放通量变化范围为0～799.89 μmol/（m2·d）.不同常规采样点CH4、CO2气泡释放通量均呈现出高度的时空异质性特征.但CH4气泡释放通量显著高于CO2气泡释放通量,且二者释放过程具有同步性.同国外已有水库监测结果相比,澎溪河回水区高阳平湖库湾水域CH4、CO2气泡释放通量位于中等水平.CH4气泡释放通量约为同期CH4扩散通量的0～ 1893.90％,超量释放下CH4气泡释放通量可达同水域CH4扩散通量的6270.5％±390.0％.CO2气泡释放通量仅占同期扩散通量绝对值的0～ 21.74‰,超量释放下,CO2气泡释放通量亦仅为同期扩散通量绝对值的40.33‰ ±0.93‰.CH4气泡释放通量在支流库湾水域对总通量的贡献不可忽视.

温度条件对澎溪河藻类生长的影响

通过室内模拟试验,重点探讨在不同温度条件下三峡库区一级支流澎溪河水体藻类生长情况与温度之间、水体中总氮和总磷浓度变化与藻类生长情况间的相关性。结果表明：5-30℃条件下,水体中藻类均可生长,20℃时藻类生长最旺盛,藻类的生长对水体中氮、磷元素有一定的吸收去除效果,试验期间水体总氮和总磷含量最多分别下降了61.4%和50.6%。同时,藻类生物量（以叶绿素a表示）与温度变化有一定的相关性,但相关不显著（P=0.651）,说明温度条件对澎溪河流域水体中藻类的生长和藻华的暴发有影响但不是决定性的因素。

三峡澎溪河水-气界面温室气体模型估算及其敏感性分析

模型估算法是水-气界面温室气体通量监测的主要方法,所得成果也不胜枚举.然而监测过程中诸多环境因素会对最终结果产生不确定的影响.结合三峡库区澎溪河背景条件,利用模型估算法进行水-气界面温室气体通量(以CO_2为例)估算,并且采用修正Morris筛选法尝试分析模型估算法中各个参数对温室气体扩散通量(以CO_2为例)的局部敏感性.研究结果表明:利用模型估算法计算三峡澎溪河流域水-气界面温室气体通量具有较高的可行性和可靠性;风速、水温以及pH值会对监测结果产生影响,且风速越强、水温越高、pH值越小,CO_2扩散通量就越大;pH值是高灵敏参数,风速和水温是灵敏参数.在三峡库区澎溪河监测过程中更应注意pH值的精确性,每次采样前需校正仪器.

三峡澎溪河水域CO_2与CH_4年总通量估算

以2010年6月～2011年5月三峡澎溪河回水区CO2与CH4通量监测数据为基础,参考澎溪河高阳平湖水域全年4次的24 h昼夜连续跟踪观测结果,对每月各采样点的日通量值进行估算。提出了水下地形划分法和环境因素控制法,将各采样点日通量数据外延至整个回水区水域,并估算了澎溪河回水区水域CO2与CH4年总通量值。研究期间,澎溪河回水区全年各采样点CO2通量均值为(3.05±0.46)mmol/(m2.h);CH4为(0.050 1±0.009 6)mmol/(m2.h)。以水下地形法为基础,该水域全年CO2和CH4总通量分别为40 060.5 t和540.9 t;以环境因素控制法为基础,全年CO2与CH4总通量分别为39 073.0 t和467.2 t。以环境要素控制法为参考,该水域CO2全年平均释放强度为43.26 mmol/(m2.d),在全球水库数据序列中处于中等略偏高水平,CH4全年平均释放强度为1.42 mmol/(m2.d),在全球水库序列中处于中等水平。

三峡库区支流澎溪河回水区水质调查与评价

澎溪河为三峡库区北岸最大支流.自2004年三峡水库蓄水以来已多次暴发水华.为了科学全面评价澎溪河回水区水质状况和分析其富营养化成因,本研究在2007年至2009年对澎溪河回水区水质进行了监测,并采用《中国地表水环境质量标准(GB3838-2002)》和卡森指数法对澎溪河水质进行富营养化状况评价.研究结果表明:澎溪河水体中总氮(TN)、总磷(TP)浓度较高,全年都呈现富营养水平或者重度富营养水平,双江大桥附近水体富营养状况与高阳渡口、渠马渡口的相比较为严重;TN浓度、溶解氧(DO)浓度随季节变化趋势不明显;TP浓度、叶绿素a(Chla)浓度和透明度(SD)随季节变化趋势明显,TP和Chla夏秋季高、春冬季低,而SD则相反.水体中TP浓度是影响澎溪河水体发生富营养化的主要因素.水体总磷主要来自面源污染.

三峡水库澎溪河消落区土-气界面CO_2和CH_4通量初探

水库近岸湿地(消落区)温室气体(CO2、CH4)产汇是水库温室气体效应问题的重要组成部分.本文以三峡水库支流澎溪河的白家溪、养鹿两处大面积消落区为研究对象,于2010年6 9月水库低水位运行期间,对近岸消落区土-气界面CO2、CH4通量进行监测.白家溪消落区土-气界面CO2通量均值为12.38±2.42 mmol/(m2·h);CH4通量均值为0.0112±0.0064 mmol/(m2·h).养鹿消落区CO2、CH4通量均值分别为10.54±5.17、0.14±0.16 mmol/(m2·h).总体上,6 9月土-气界面CO2通量呈增加趋势,而CH4通量水平呈现显著的递减趋势.消落区土地出露后植被恢复,在一定程度上促进了土壤有机质含量的增加,使得6 9月CO2释放通量的总体趋势有所增加.消落区退耕后,其甲烷氧化菌的活性得到恢复,加之在土地出露曝晒过程中土壤透气性增强,使得消落区土壤对大气中CH4吸收氧化潜势增强.尽管如此,仍需进一步的研究以明晰消落区土-气界面CO2、CH4产汇的主要影响因素.

三峡库区支流域澎溪河浮游动物的季节性变化与水质评价

为研究三峡库区北岸最大支流澎溪河中浮游动物与水质状况的关系。本研究分别于2009年春季(3月)、夏季(7月)在澎溪河流域上游至下游5个河流断面进行采样,对水体中浮游动物的种类及数量进行监测,并应用Margalef丰富度指数(d)、Shannon-Wiener指数(H)和Pielou均匀度指数(J)对水体营养状况进行评价。研究发现:使用浮游动物评价水质状况得出的结论与营养水平评价结论存在较大差异,基于浮游动物种类及优势度评价得出的水质富营养化程度轻于基于营养盐的评价。

三峡澎溪河回水区高水位期间高阳平湖总磷模型

三峡水库'蓄清排浑'的调度运行方式使得冬季高水位期间近岸消落带受淹.消落带氮、磷等营养物受淹后向水体中释放与积累对冬末初春的水华将可能具有重要贡献.构建高水位时期澎溪河高阳平湖总磷收支模型,定量分析高水位期间总磷的收支途径、累积量以及累积磷的主要来源.结果表明:蓄水期,由于蓄水水位升高和顶托而导致大量磷积累;稳定期,磷收支变幅较小,总体趋于平缓;水华期,前期积累的磷被大量消耗,形成水华.淹没消落带磷释放是冬季高水位时期高阳平湖总磷的主要来源,蓄水期所淹没大量消落带所释放的磷为冬季末水华暴发提供条件.研究结果为后续定量分析磷形态的转化和分配奠定重要基础.