三峡库区大宁河富营养化和水华研究

三峡库区大宁河富营养化和水华研究【摘要】：目前三峡库区面临的主要水环境难题就是水体的富营养化和水华,富营养化调控机制和水华机理是三峡库区研究和管理的核心问题。本文以三峡库区典型支流——大宁河为研究对象,以现场监测数据和围隔实验数据为依据,分析大宁河的水动力特性、水华特征和富营养化时空分布特征,同时运用同步性理论、临界深度理论和数理统计分析方法,探讨大宁河的水华成因和富营养化调控机制。以2010年野外跟踪监测的数据为依据,分析大宁河的水动力特性及其成因。结果表明：大宁河的水动力特性在深度上呈分层异向流动。上游主要以顺坡异重流的形式流入支流,而干流主要以倒灌异重流形式进入支流。不同水体间的温度差是异重流形成的主因。以三峡水库试验性蓄水阶段大宁河的历史数据为依据,分析大宁河富营养化的时空分布特征及其影响因素。结果表明：大宁河基本上处于贫-中营养状态,时空差异显著,从干流至上游富营养化状态逐渐降低；汛限期富营养指数最高,泄水期和蓄水期次之,高水位运行期最低。在大宁河,三峡水库的水力学特征主要通过影响干支流的悬浮物浓度和有机污染物浓度来影响水体的营养状态,同时由于干支流的空间差异性导致影响强度的不一致。和悬浮物浓度和有机污染物浓度相比,营养盐特征和chl-a受到的水力学特征季节动态的干扰强度较小。以三峡支流大宁河水华敏感期(2008年4～5月)水环境状态的监测数据为基础,运用数理统计分析手段,对浮游植物的分布特征及其与环境因子的关系进行了讨论。结果表明,水温、总氮(TN)、硝酸盐氮(NO3--N)、pH和溶解氧(DO)时空分布差异显著(ANOVA,p0.05)。浮游植物细胞密度时空分布差异显著(ANOVA,p0.05),最高值出现在大昌样点,最低值出现在长江干流巫峡口样点；7个采样点藻细胞密度的最高值均出现在水华期,发生多藻种同时同地水华的情况。利用冗余度分析(RedundancyAnalysis,RDA)分析浮游植物种类组成与环境因子之间的关系,表明营养盐(TN,TP,NO3--N和NO2--N)、悬浮物和透明度是影响浮游植物的组成的主要因素。浮游植物的大量生长对环境因子反馈效应显著：水体的pH值随着藻类细胞密度的增加而上升。大宁河水体水生态环境特征存在显著的空间特征异质性。浮游植物群落结构组成受到水环境特征和空间相邻性的双重影响。2009-6-6～2009-6-11(水华期)和2010-1-18～2010-1-22(枯水期)对三峡支流大宁河回水区进行了初级生产力及相关环境因子的研究,分析了初级生产力的季节变化及影响因素。结果表明：水温、DO饱和率、SPC(电导率)、pH和TUR(浊度)在不同水文期差异显著。水华期的初级生产力和叶绿素a(Chl-a)含量显著大于枯水期(ANOVA,p＜0.05)。枯水期Chl-a和PN(净生产量)、PG(毛生产量)的垂直分布差异不显著,PN、PG的垂直分布和Chl-a不存在明显的对应关系,Chl-a含量的最大值大多出现在水面下9m,而PN、PG的最大值出现在水面下0～3.0m之间。水华期Chl-a和PN、PG的时空分布差异显著(ANOVA,p＜0.05),PN、PG和Chl-a垂直分布表现出对应关系。最高值均大多出现在水面下0～0.8m之间。进一步研究分析表明TUR(水中悬浮颗粒)和温度是影响大宁河回水区初级生产力的主要因素,pH、SPC和DO饱和率在一定程度上受到浮游植物生理作用影响。大宁河浮游植物垂直分布特征及其影响因素的分析结果表明：水文因素在一定程度上直接或间接的能够影响浮游植物的垂直分布和聚集。夏季由于气温骤升和适宜的水文条件导致大宁河水体中出现温跃层现象,水体稳定分层的出现导致理化指标的分层,此时浮游植物基本在表层分布。春季水华的现场监测数据表明,大宁河在不存在稳定分层的条件下,仍然爆发春季水华,临界深度理论对大宁河不具备普适性。通过模拟不同混合强度的围隔实验,分析混合强度对浮游植物的细胞密度,垂直分布和群落结构的影响。结果表明：混合强度对水柱中叶绿素总量有一定的影响,适当的混合强度促使水体中营养盐均匀分布,促使叶绿素总量达到最大值；当混合强度超过一定值时,叶绿素总量随着混合强度的增大而下降。混合强度对浮游植物在水体中的垂直分布有显著影响,当混合强度达到一定值时,浮游植物在水体中趋向于均匀分布,不易聚集上浮至水体表面,形成水华。在其他环境变量稳定的情况下,混合强度是影响浮游植物群落结构的关键因子,这在一定程度上可以解释浮游植物的群落结构具有显著的水文季节差异性这一现象。【关键词】：三峡水库富营养化水华浮游植物水动力特性初级生产力围隔实验【学位授予单位】：华东师范大学【学位级别】：博士【学位授予年份】：2011【分类号】：X524【目录】：摘要6-9Abstract9-15第1章绪论15-271.1三峡库区研究区域概况15-161.1.1流域气候概况151.1.2三峡库区运行方式151.1.3三峡库区空间异质性15-161.2基本概念和基础理论16-181.2.1富营养化和水华定义161.2.2同步性和时间相干性理论16-171.2.3临界深度理论17-181.2.4浮游植物生存策略181.3三峡库区富营养化研究概况18-221.3.1三峡库区富营养化特征研究现状18-201.3.2三峡库区富营养化机制研究概况20-221.4国内外调控富营养化的研究进展22-231.5本研究的主要内容、目的和意义23-251.6课题来源25-261.7技术路线26-27第2章干流与大宁河支流水动力特征研究27-352.1引言272.2材料与方法27-292.2.1大宁河的概况和样点的布设27-292.2.2数据处理及分析方法292.3结果与分析29-342.3.1三峡水库水位和入库流量变化特征29-302.3.2水动力过程及特征30-322.3.3大宁河分层异向流动特征形成的原因分析32-342.4讨论342.5本章小结34-35第3章水库试验性蓄水阶段大宁河富营养化特征35-463.1引言35-363.2材料与方法36-373.2.1大宁河概况和样点的布设363.2.2现场调查及试验363.2.3数据处理及分析方法36-373.3结果与分析37-433.3.1不同水位调度期大宁河富营养化变化特征37-383.3.2不同水位调度期悬浮物含量和水温的时空分布特征38-403.3.3不同水位调度期营养盐浓度的时空分布特征403.3.4不同水位调度期叶绿素浓度的时空分布特征40-413.3.5时间相干性分析、相关分析与回归分析41-433.4讨论43-453.5本章小结45-46第4章大宁河水华敏感期浮游植物与环境因子关系46-604.1引言464.2材料与方法46-484.2.1采样与测试46-474.2.2生物学评价方法47-484.2.3数据处理及分析方法484.3结果与分析48-564.3.1环境参数特征48-514.3.2水华敏感期的浮游植物分布特征51-534.3.3浮游植物与相关环境因子的关系53-564.3.4水生态环境特征564.4讨论56-594.5本章小结59-60第5章大宁河回水区初级生产力的季节变化60-725.1引言60-615.2材料与方法61-625.2.1采样站的设置及采样频率615.2.2初级生产力的测定61-625.2.3其他项目的测定625.2.4数据处理625.3结果与分析62-685.3.1物理化学参数特征62-635.3.2不同水文期大宁河回水区叶绿素的时空分布特点63-645.3.3不同水文期大宁河回水区初级生产力的时空分布特点64-675.3.4不同水文期大宁河回水区初级生产力和Chl-a变化影响因素分析67-685.4讨论68-705.5本章小结70-72第6章大宁河浮游植物垂向分布特征72-836.1前言72-736.2材料和方法73-756.2.1调查采样点位布设736.2.2泥样的采集,培养和镜检73-746.2.3数据处理及分析方法74-756.3结果与分析75-806.3.1Chla-Z的时空分布和chl-a的垂直分布75-766.3.2水体稳定系数和水温的垂向分布76-786.3.3垂向水层物理化学指标分析78-806.4讨论80-826.5本章小结82-83第7章水文因素对大宁河浮游植物影响的围隔研究83-907.1前言837.2材料与方法83-857.2.1围隔实验装置83-847.2.2分析方法84-857.2.3数据处理及分析方法857.3结果与分析85-887.3.1各工况运行期Chl-a和Chla-Z的变化85-867.3.2各工况运行期营养盐浓度的变化86-877.3.3各工况运行期常规理化因素的变化87-887.3.4各工况运行期浮游植物群落结构的变化887.4讨论88-897.5本章小结89-90第8章结论与展望90-948.1结论90-928.2展望92-94参考文献94-103博士期间学术成果103-104致谢104本论文购买请联系页眉网站。