小江库湾溶解氧时空特征及演化规律分析

来源 :三峡大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:hantao2007
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溶解氧(dissolved oxygen,DO)是水生生态系统中的敏感指标,在湖库物理、化学和生物过程中起着至关重要的作用,对于维持良好的水生生态环境和保证城市供水安全有着重要的指导意义。随着流域污染负荷的增加和水体富营养化的加剧,水体缺氧已成为严重的全球性湖库生态环境问题。三峡水库作为典型的深水型水库,具有显著的季节性调节能力。前期的研究已表明:三峡水库蓄水以来,其干流水体溶解氧浓度普遍高于6 mg·L-1,处于富氧状态,支流库湾也未出现水体缺氧事件。然而,近期的监测结果却发现:在热分层时期,典型支流小江库湾出现了大面积的水体缺氧、厌氧现象。水体缺氧将严重影响其水质,破坏水生生物栖息环境,导致湖库生态系统质量下降。由于库湾热分层的多样性和复杂性,小江库湾溶解氧的分层演化及缺氧区的成因目前并不明确。因此,开展其溶解氧演变特征及其影响因素的研究仍十分必要,其结果将为水库生态调度提供理论及技术支持。本研究通过对三峡水库中游河段小江库湾水动力和水质的长期监测,明确了小江库湾的水环境特征和溶解氧的分层演化规律,并探讨了影响库湾溶解氧分层演化的主要因素。同时,通过进一步对水库典型调度过程的跟踪加密监测,分析了库湾的水动力、热分层、溶解氧时空特征及其对蓄水和泄水调度过程的响应机制。监测结果表明:小江库湾溶解氧年内分层演化主要分为四个时期,分别为1月为混合期,4-5月为过渡期、6-8月稳定期和9-10月破坏期,分别对应于三峡水库运行的枯水期、消落期、汛期和蓄水期。以典型月为例,2021年4月库湾开始出现溶解氧分层,主要集中于中游河段,中下层水体溶解氧浓度在4 mg·L-1左右。5月和6月,中下层水体溶解氧浓度持续降低,出现大面积缺氧、厌氧区,溶解氧浓度低于2 mg·L-1,缺氧水体厚度分别达到15 m和25m。7月,受大面积降雨和行洪的影响,整个库湾水体混合均匀,溶解氧浓度没有垂向差异,均高于7 mg·L-1。8月,待暴雨过后,缺氧水域又逐渐形成。9月,随着干流高浓度溶解氧水体的倒灌潜入,库湾中下游底部水体溶解氧浓度迅速上升,缺氧区逐渐缩小至消失。通过典型调度时期的加密监测,进一步发现:(1)蓄水初期,小江库湾溶解氧垂向结构可以分为3层:表层富氧区(溶解氧浓度>8.00 mg·L-1)、中间氧跃层和底层低氧区(溶解氧浓度<4.00 mg·L-1);表层受大气复氧和浮游植物影响溶解氧较高,稳定的热分层促进了氧跃层的形成,底层水体含有丰富的有机质,是造成小江水体耗氧量增大、形成厌氧的内因;持续的跟踪监测也发现:由于干流水体长期处于富氧,水库蓄水能促使小江库湾水体厌氧在短期内得到有效改善。(2)对泄水期而言,水位的持续消落并没有打破稳定的热分层状态,观测期间库湾缺氧水域面积反而逐渐扩大,缺氧水域从距离河口10 km增加到20 km;同时,溶解氧垂向结构的时空变化规律与热分层的时空变化表现出较高的一致性。本研究的主要结论:热分层是主导水体溶解氧分层及缺氧区演化的主要驱动因素之一,稳定的热分层为底层厌氧的形成提供了稳定的物理环境;库湾水体富含高浓度有机质是造成小江水体耗氧量增大、形成厌氧的主要内因;浮游植物季节性的生长对库湾表层水体溶解氧影响显著;库湾不同河段的地形差异也是造成水体缺氧空间差异的一个因素。
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