长江干流浮游动物群落结构及时空分布格局

浮游动物是河流食物网的重要组成部分,在河流生态系统的能量流动和物质循环中具有重要作用,然而截至目前,尚缺乏对长江干流宏观尺度浮游动物的全面调查。本研究于2018—2019年,在长江干流约5000 km江段设置51个调查站位,并于每年鱼类繁殖期(3—6月)、育肥期(8—10月)和越冬期(11—1月)各开展1次调查,系统调查分析了长江干流浮游动物群落结构特征及时空分布格局。结果显示,(1)种类:长江干流浮游动物共187种,其中原生动物56种、轮虫59种、枝角类34种、桡足类38种;三峡库区是浮游动物种类数最丰富的水域(87种),其余分别为金沙江(59种)、长江上游(68种)、长江中游(54种)、长江下游(56种)。鱼类繁殖期是浮游动物种类最丰富的季节,分别为金沙江(45种)、长江上游(56种)、三峡库区(47种)、长江中游(41种)、长江下游(32种)。(2)密度:长江干流浮游动物密度范围为1.12~644.40个/L,中游、下游密度显著高于上游;密度高值一般出现在繁殖期,低值一般出现在鱼类育肥期。(3)生物量:长江干流浮游动物生物量范围为231.78×10^(-5)~45638.57×10^(-5)mg/L,中游、下游和金沙江明显高于长江上游和三峡库区。(4)优势种:主要包括原生动物恩茨筒壳虫、淡水麻铃虫、普通表壳虫,轮虫类萼花臂尾轮虫、针簇多肢轮虫,桡足类广布中剑水蚤、特异荡镖水蚤,无节幼体等。研究表明,长江干流浮游动物群落结构和时空分布呈现典型河流特征,种类和数量较贫乏,群落以轮虫和原生动物等小型个体为主,河流中、下游丰度高于上游,呈现明显的季节动态规律。研究成果可为长江水生态管理提供重要基础数据。

三峡水库长江干流及其支流枯水期浮游植物多样性与水质

2010年4月对长江干流和26条支流未淹没区与回水区的浮游植物进行调查.结果表明,硅藻、绿藻和蓝藻共占浮游植物种类的93.33%～93.88%.干流优势种类有1门1种、未淹没区有3门6种、回水区有5门6种,出现率分别为15.38%、9.23%和25.00%.回水区现存量平均值最高、未淹没区其次、干流最低.现存量组成在干流、未淹没区和回水区之间有差异,绿藻所占比例干流最高,硅藻所占比例未淹没区最高,隐藻、蓝藻和甲藻所占比例均在回水区最高.Shannon-Wiener多样性指数(H')和Pielou均匀性指数(J),未淹没区最高、干流次之、回水区最低.17条支流回水区H'和8条支流回水区J均低于未淹没区.水质评价显示,轻或无污染断面(采样点)的比例,干流为76.92%,未淹没区为84.62%,回水区为47.06%.19条(73.08%)支流回水区出现中污染或重污染,7条(26.92%)支流未淹没区出现中污染或重污染.三峡工程蓄水对回水区浮游植物与水质影响比长江干流更大.

三峡水库汛期运行对长江干支流浮游植物的影响

为了探究三峡水库175m蓄水后工程运行对库区浮游植物影响,于汛期对长江干流及其25条支流浮游植物进行了调查,长江干流上游至下游共设朱沱、丰收坝、寸滩等13个采样点,綦江、嘉陵江、五布河等25条长江支流共设94个采样点。结果表明：（1）干流145m淹没河段,硅藻种类比例明显降低,蓝藻、绿藻、甲藻、隐藻种类比例明显升高,但主要种类组成仍为硅藻-绿藻-蓝藻型;现存量升高不明显,硅藻比例明显降低、蓝藻比例明显升高;出现蓝藻优势种类且占比最高,硅藻优势种类占比下降,但仍为最高优势度种类,且最高其优势度基本不变;浮游植物Shannon-Wiener多样性指数（H′）、Pielou均匀性指数（J）下降不明显;（2）145m未淹没支流,175m淹没河段重新恢复为自然河流状态,其浮游植物群落也恢复到自然河流状态;（3）145m淹没支流河口,浮游植物种类组成特点明显改变;现存量明显升高,其组成发生较大变化;硅藻优势种类占比、最高优势度明显下降,绿藻、蓝藻、隐藻、甲藻等优势种类相应升高;H′和J明显降低;（4）从上游至下游,干流和25条支流河口硅藻种类比例由最高到最低变化,蓝藻、绿藻种类比例由较低到最高变化。

三峡水库不同运行工况下中段干流碳源气体释放通量研究

来自陆地大量有机碳源的输入,以及三峡库区调度运行和筑坝蓄水导致CO2、CH4等碳源气体的排放成为近来关注的热点。以三峡库区干流中段为研究对象,于2017年8月—2018年11月对忠县(ZX),万州(WZ),涪陵(FL)进行每月采样分析,探求水气界面CO2、CH4通量在水库不同运行工况下的变化特征。研究发现,在观测期间内,ZX采样点CO2浓度在0.0086~0.1153mmol/L波动,WZ采样点CO2浓度在0.0035~0.1168mmol/L波动,FL采样点0.0063~0.0986mmol/L,整体上3个采样点的CO2浓度变化趋于一致,都在库区泄水期运行4—5月CO2浓度达到峰值,在低水位运行期的6—9月降到最低值。CH4通量在水库低水位运行期表现为“汇”,FL点位在泄水期达到“源”的最大值;3个采样点的CO2通量在泄水期均表现为“源”的特征,低水位运行期的CO2通量表现为“源”与“汇”的转换。通过与国外已有水库监测数据比较分析,CO2扩散通量在全球水库序列中处于中等水平,CH4扩散通量在全球水库序列中处于中等偏下水平。

三峡水库调度对下游洪水位的影响分析

三峡水库的修建改变了长江下游洪水特性,在分析长江沿岸工程设计洪水时,宜考虑三峡水库调度对长江中下游实测典型洪水的影响。本文采用还原计算方法对2012年7月洪水中三峡水库调度运用的拦洪削峰作用进行分析,本次洪水过程中,三峡水库调度运用降低了长江中下游干流各站水位,其中宜昌~沙市河段下降2.5m左右,城陵矶~汉口河段水位下降1.0m左右,九江~大通河段水位下降0.3m^0.5m左右。

近16年三峡库区径流输沙变化分析

河流水沙情势影响河流生态系统的稳定,改变河流形态,被广泛用于解释河流的时空变化规律。三峡库区是我国最重要的生态区域之一,三峡水库作为中国最大的水库,其运行极大改变了库区内长江干流原有的水沙情势。研究近年库区内的长江干流的水沙变化可为水库的调度运行及库区的泥沙问题提供一定的参考。基于三峡库区干流入库站朱沱站、位于嘉陵江与长江干流的交汇处下游的寸滩站、三峡水库干流出库站宜昌站在2002—2017年的实测水沙资料,采用Mann-Kendall检验法、双累积曲线等方法,对水沙统计特征值、水沙序列趋势与突变、水沙关系进行分析,以期了解近年三峡库区长江干流的水沙变化。结果表明:1) 3站的径流量与输沙量的年内变化趋势一致,均集中在5-10月(汛期),宜昌站作为位于水库下游的观测站,径流量向非汛期(11-翌年4月)分散,而输沙量向汛期集中;3站年径流量变差系数为0.101~0.111,年输沙量变差系数为0.510~1.172;2) 3站的年径流量呈不显著的上升变化(P> 0.05),年输沙量则呈显著降低趋势(P <0.01),径流、输沙量序列的突变时间分别为2005年和2013年,与上游水电站运行、特殊水文年及水库的调度时间相对应;3) 3站在不同时间序列内的水沙关系存在较大的差异,与人类活动和河流时空环境变化存在一定关系。人类活动中的水库、水电工程的建设是输沙量降低的主要因素,同时水土流失治理也有效降低了输沙量。

三峡库区成库前后干流万州段水体总磷特征

本研究分析了长江水利委员会水文局长江上游水文水资源勘测局自2002-2017年按照水利部水环境监测规范,在三峡库区的长江干流万州站所测得的干流澄清性水体总磷数据.结果显示:①与蓄水前一年,即2002年6-12月水位平均值相比,2003年6-12月,万州段水位升高了14.66~37.11 m,流速减缓了0.27~1.29 m/s,而水体澄清性总磷增长1.3~6.5倍,由蓄水前的平均每月0.03 mg/L骤升至0.12 mg/L;②2003年蓄水后至今,长江干流万州区澄清性总磷年均变化和丰水期(5-11月)澄清性总磷年均变化正相关性极有统计学意义(p<0.01);③2012年以后,总磷呈现逐年减少的趋势,由0.18 mg/L减至2017年的0.08 mg/L,年均下降超过20%.综上,降雨量的起伏是导致2006年及之后库区长江干流磷浓度变化的主要原因;三峡水库蓄水后,水位上升、流速减缓强化了降雨量对整个三峡库区长江干流磷浓度变化的影响;三峡水坝工程开工伊始,国家在库区实施了退耕还林和库周绿化工程等一系列措施,治理成效在2012年之后逐渐显现,水体澄清性总磷显著降低.

三峡水库蓄水后荆江三口分流变化机理分析

荆江三口的分流变化对江湖关系的调整至关重要。基于三峡水库蓄水前后1991-2018年的实测资料,分析了三口分流变化规律及其形成原因。结果表明:三峡水库蓄水以来,无论蓄水初期还是正常运用阶段,三口年平均分流比较蓄水前减小,但减幅不大;年内各时段平均分流比呈减小趋势,汛期及汛后蓄水期减小较多。枝城同流量级条件下,近期松滋口、太平口在30000 m^(3)/s流量级以上分流比增大。三峡水库蓄水后干流来流偏枯、水库调度及分流口门相对抬高是三口分流比减小的主要原因;而枝城大流量级条件下三口分流比略有增大,则是受干流漫滩阻力增大及湖区顶托作用减弱的影响。

三峡水库干支流浮游植物群落演替规律及驱动机制研究进展

从三峡水库干支流浮游植物群落演替机制角度开展水华形成机制研究具有重要的科学意义,系统凝练了国内外三峡水库干支流浮游植物群落演替规律及其驱动机制,总结了以下几点研究进展:干流浮游植物细胞密度显著低于支流浮游植物,受到干支流水动力特性影响,干流以"激流型"的硅藻门藻类为优势种,支流以"静水型"蓝藻和绿藻为优势种;干支流浮游植物细胞密度和群落结构主要受到生境扰动强度的影响,生境的扰动强度通过影响干支流水温、水体层化结构,光照强度、时间和频率,营养盐脉冲浓度和频率来驱动浮游植物群落结构的演替;浮游植物的演替过程更多的是"微生境"和浮游植物"细胞扩散"双重叠加的结果,"微生境"驱动强度强于"细胞扩散"过程。

三峡水库干支流交互作用下典型支流回水区氮磷分布特征

三峡水库成库后支流形成回水区,认识干支流交互作用下支流回水区氮磷分布特征,对于理解支流水华形成机制具有重要意义。以三峡水库典型支流香溪河为对象,通过汛期和蓄水期回水区分层采样,利用水温和电导率表征水体分层,并分析氮磷浓度、形态组成、氮磷比例的分布特征。结果显示,汛期水体垂向分层明显,TP(0.04~0.33 mg/L)、TN(0.57~2.36 mg/L)和NH3-N(0.03~0.20 mg/L)上游和河口高于中间,DTP(0.01~0.23 mg/L)、DTN(0.2~2.0 mg/L)和NO3-N(0.96~1.77 mg/L)上游高于下游;磷以颗粒态为主(DTP/TP 0.13~0.19),氮以溶解态为主(DTN/TN 0.88~0.91);氮磷比例(TN/TP 1.3~139)中间最高。蓄水期水体垂向分层减弱,氮磷浓度差异减小(TP 0.05~0.17 mg/L,TN 1.48~1.91 mg/L);氮磷均以溶解态为主(DTN/TN 0.57~0.77,DTP/TP 0.63~0.68);氮磷比例(TN/TP 23~86)河口到上游逐步降低。汛期长江干流对支流倒灌和上游输入导致氮磷梯度差异较蓄水期更为显著;蓄水期长江干流泥沙颗粒补给减少造成溶解态氮磷占比高于汛期;氮磷比例的变化可能是干流顶托、泥沙颗粒沉降和上游输入共同作用的结果。研究结果表明,干支流交互作用对支流回水区氮磷分布起到重要的驱动作用。

三峡库区万州段典型干支流水华期CO_(2)通量变化

三峡库区的CO_(2)排放近年来引起了学界的广泛关注,但水华期间的生物化学作用对CO_(2)产生和汇集的影响研究并不多见。以三峡库区万州段干流、典型支流(澎溪河)为研究对象,分析水华期间生化过程对水体中CO_(2)产汇的影响。研究表明:干流、支流CO_(2)浓度和通量与环境因子、生源物质的相关性存在显著空间差异性;支流水体CO_(2)浓度与水温、pH、DO呈显著负相关,与DOC、DTP呈显著正相关;水气界面CO_(2)通量与水温存在显著负相关,与DTP、CO_(2)浓度显著正相关。干流水体CO_(2)浓度与pH显著负相关,与DIC、DOC、NH+4-N显著正相关;水气界面CO_(2)通量与NH+4-N、CO_(2)浓度显著正相关;高阳、黄石、万州3个点位水气界面CO_(2)通量与各自表层水体CO_(2)浓度变化规律基本一致。藻类会在生长过程中固定CO_(2),从而促进碳汇。水华过程会造成区域缺氧甚至厌氧,其原因是藻类在水面聚集、堆积、衰亡等一系列过程,使得水中的DO消耗殆尽,为沉积物中微生物提供了分解环境,而沉入沉积物中的有机质部分又为微生物提供了碳源,进而发生矿化作用,生成CO_(2)等温室气体。

三峡水库干流底栖硅藻群落组成及其与环境因子的关系

为了解三峡水库长江干流不同水文期底栖硅藻群落变化及其与环境因子的关系,分别于非蓄水期(2015年7~9月)和蓄水期(2015年12月~2016年3月)对干流32个样点进行底栖硅藻采集和分析.结果表明,蓄水期与非蓄水期在水温(WT)、水下光强(PAR)、p H、电导率(Spc)、溶解氧(DO)、氧化还原电位(ORP)、浊度(Tur)、透明度(SD)、流速(v)和高锰酸盐指数具有显著性差异. 2个水情期共鉴定出底栖硅藻96种,隶属28属,非蓄水期鉴定出13种优势种,蓄水期鉴定出3种,且2个时期优势种在组成和分布上存在一定的差异,但α-中污染性、富营养化的种类变异直链藻(Melosira varians)为两个时期的绝对优势种.通过冗余分析(RDA)发现,非蓄水期显著影响长江干流底栖硅藻群落组成的环境因子是pH、流速和正磷酸盐,且上、下游样点存在明显分区;而蓄水期影响底栖硅藻群落的主要环境因子是水温、浊度、高锰酸盐指数和溶解氧,上、下游样点分区不明显.这些结果表明三峡库区蓄水对底栖硅藻群落组成具有重要影响,导致群落结构发生变化.

三峡库区万州段河流水-气界面CO_(2)通量支干流对比及影响机制初探

以三峡库区万州段干流及典型支流澎溪河为研究对象,监测2019年4~9月水华期间水体中CO_(2)浓度以及12个环境指标,估算水-气界面CO_(2)通量并进行支干流对比.将12个环境指标分为气候因子、水环境因子、碳源因子、营养因子和沉积物因子,探讨5类因子对CO_(2)通量的影响途径和贡献率,进一步为控制水库温室气体排放提供数据积累和理论支持.结果表明,监测期间内高阳、黄石和万州平均CO_(2)通量分别为(1.445±1.739)、(3.118±2.963)和(2.899±1.144)mmol·(m^(2)·h)^(-1),表现为:澎溪河支流高阳<干流万州<澎溪河支流黄石.从变化幅度来看,支流水体CO_(2)通量变幅较大,干流水体变化幅度则相对较小,是较稳定的CO_(2)“源”.长江干流作为陆地向海洋的生源物质运输枢纽,相比其支流碳含量和流速更高,这使得通常情况下干流CO_(2)通量大于支流.但水文情势的不同使得同一支流不同点位CO_(2)通量具有明显空间差异,支流高阳点位位于库湾处利于浮游植物生长使CO_(2)通量较低,支流黄石点位位于流速较快的河道,受干流回水顶托和倒灌作用使CO_(2)通量显著大于干流万州点位.各指标对CO_(2)通量的影响在支干流也存在较大差异,水温(T)、溶解氧(DO)、溶解有机碳(DOC)和溶解无机碳(DIC)对支流CO_(2)通量的影响显著,氨氮(NH^(+)_(4)-N)则对干流CO_(2)通量影响显著.营养元素因子和碳源因子对CO_(2)通量的贡献率分别为32.37%和27.25%,总占比过半,之后依次为气候因子、水环境因子和沉积物因子,分别为18.81%、13.49%和8.08%.水库CO_(2)的排放控制可以着重从控制水体富营养化和控制碳源入手,全球变暖和底泥淤积等宏观现象也会对水库CO_(2)排放有一定的影响.

小浪底水库调水调沙期水沙运动全过程模拟

为模拟调水调沙期小浪底库区水沙运动过程,建立了考虑有干支流倒回灌的明流与异重流交替演算的一维水沙耦合模型.该模型采用了适用于复杂支流水系的零维水库法和考虑支流底坡的流量公式计算干支流倒回灌,采用潜入点判别条件衔接明流与异重流计算,并考虑了非静止水面假定下异重流与上层清水的耦合.应用该模型对选取的2002年及2012年小浪底水库调水调沙过程分别开展参数率定及不同工况下的过程反演.计算结果表明,库区自上而下可划分为零支流库区段、明流段和异重流段,考虑倒回灌过程的模型在3个区段均能较好还原实测水沙过程,不考虑的模型仅在零支流库区段和考虑的模型误差相近;由于其忽略了干支流倒回灌对水沙输移的影响,明流段的水位、流量及含沙量在回灌期偏小,在倒灌期偏大;异重流段的潜入点位置及时间滞后,异重流交界面高程、流速及含沙量偏大,计算排沙比过高.另外,模型相关参数的敏感性分析还表明,交界面阻力系数、倒灌阻力损失系数和水量掺混系数对计算结果的影响依次减小;其中交界面阻力系数的增大,一定程度上导致模型响应的滞后;倒灌阻力损失系数的影响,则需依据支流底坡的具体大小分情况讨论.

三峡水库低水位运行时干流回水对支流水环境的影响

三峡水库干流回水对支流水环境的影响研究对水库支流富营养化防治及保障水库水质安全具有重要意义.通过2016年8月7～12日三峡水库低水位运行时对库区长江干流和主要支流进行采样和室内分析,初步揭示了三峡库区低水位运行时水库水体的水化学特征和研究了干流回水对主要支流水化学特征的影响.结果表明,对于EC值变化范围,干流为291～336μS·cm^(-1),支流不受干流回水影响水体为183. 7～518μS·cm^(-1),受干流回水影响水体为267～330μS·cm^(-1),接近干流.对于氢氧同位素特征δD值和δ^(18)O值分布范围,干流为-81. 60‰～-75. 16‰和-11. 57‰～-10. 26‰,支流不受干流回水影响水体为-59. 94‰～-43. 67‰和-9. 00‰～-6. 04‰,受干流回水影响水体为-77. 85‰～-50. 75‰和-11. 06‰～-7. 33‰,接近干流,与EC值和主要阴阳离子质量浓度值表现规律一致,表明干流通过回水影响支流水体组成进而影响支流的水化学特征,且支流受干流回水影响程度与支流河口距三峡大坝距离和支流自身流量大小呈负相关.支流不受干流回水影响的水体水化学特征与支流流域属性有关,人口密度大、耕地比例高的支流流域其水质较差.干流回水对水质较优的支流起污染作用,对水质较差的支流起稀释优化作用.