三峡水库175m蓄水运用阶段水域生态风险分析

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对流域水资源开发利用工程所导致的生态环境影响及相关生态风险、环境风险进行分析研究,是当前国内外水资源开发利用和生态环境保护工作中无法回避的且亟待解决的热点问题;辨识和确认生态风险,对于确保流域生态环境的健康和水电工程的可持续利用具有重要意义。长江三峡水利枢纽工程(简称三峡工程)是举世瞩目的特大型水利工程,它的建设运行已经在防洪、发电、航运、旅游和供水等诸多方面产生并发挥着巨大的积极作用和综合效益,但同时,与其他水利工程一样,三峡工程也不可避免地带来诸多的生态环境负面影响。为客观认识三峡成库后水域生态环境方面存在的问题,全面掌握三峡水库生态系统的演化动态,深入厘清水库运用过程中的生态风险与环境风险,为三峡水库的科学运行调度以及三峡生态环境保护建设提供理论依据和技术支撑,特开展本研究。  本研究以175m蓄水运用以来的三峡水库为对象,系统全面考察了三峡成库过程中的生态风险,重点针对水体富营养化、水华、重金属污染和有机污染等风险开展了原位调查、实验室测试和风险分析,并针对不同风险给出了相应的处置对策。具体研究内容与结果如下:  三峡水体TP含量为0.13±0.096 mg/L,变化范围为0.03-1.15mg/L; TN含量为1.80±0.828 mg/L,变化范围为0.17-9.54 mg/L。水体以中营养---富营养为主要营养类型,居高不下的营养负荷是三峡富营养化的物质基础,支流富营养化是三峡富营养化问题的主体营养负荷以及蓄水后改变的水文情势是三峡富营养化风险的内在机制;三峡水体的富营养化风险主要来自流域居高不下的营养负荷以及更多的营养负荷被用于支持水体的初级生产,增加了水体的生物量。尽管综合营养状态指数随着蓄水进程以及水域生态系统的逐步下降,水体营养状况有趋好的迹象;但仍然要防范局部水域富营养化恶变事件的发生。  175m蓄水运行以来三峡水华显示出明显的规律性特征,水华具有暴发频次高、水华强度小的特征,蓝藻水华成为常见的水华类型,出现几种优势种共存的混合水华类型,在同一支流不同水域,同一时间还出现不同的藻类优势种的水华现象。研究结果显示,在水华总体态势趋缓的情况下,未来相当长一段时间内,三峡水华仍然继续存在,并持续对水域生态系统发挥影响,覆盖水域面积小、持续时间短将是未来水华的主要特点,但要警惕大规模蓝藻水华的暴发风险。  测定了干流有代表性的7个样点和三条支流的沉积物泥芯的重金属含量,分析了重金属的分布特征并评价了重金属的潜在生态环境风险。除支流大宁河Pb含量较低外,库区沉积物中6种重金属含量的均值皆大于库区土壤背景值,超标严重;重金属的富集系数表明各种重金属污染来源主要为人为污染;潜在生态风险评价表明,干流单项重金属风险指数大小排序依次为Hg>Pb>Cu>Cd>As>Zn,各样点综合潜在生态危害指数大小排序依次为:巫山>万州>云阳>郭家坝>茅坪>奉节>巴东,重金属污染可能存在的主要风险区域为巫山、万州和云阳,其综合潜在生态风险危害等级处于很强的水平,RI值最低的巴东,其综合潜在生态风险等级处于中等水平。三条支流6种重金属的生态风险大小顺序为Hg>Cd>As>Pb>Cu>Zn,67%点位单项重金属生态风险处于轻微以上水平,重金属汞和镉风险处于强或很强的等级,支流综合潜在生态风险危害较大,各支流的综合潜在生态危害指数大小排序为:小江>香溪河>大宁河。垂直泥芯的结果显示,干流柱状沉积物6种单项重金属的生态风险排序大致为Cd>Hg>Pb>As>Cu>Zn,支流柱状沉积物6种单项重金属的生态风险排序为Hg>Cd>As>Pb>Cu>Zn。整体而言,汞、镉是三峡底泥中的主要重金属污染成分,干流重金属污染生态风险高于支流。  对干流7个断面和三条支流的沉积物泥芯进行了有机污染物二恶英含量的测定,并利用WHO(2005)的方法计算了毒性TEQ指数,结果显示,三峡水库二噁英的平均含量为41.64 pg/g,变动范围为18.48-84.68 pg/g,二噁英的分布存在时空异质性。研究结果确认,水动力特性和底泥TOC含量是二噁英分布的决定因子,三峡水库底泥二噁英的来源主要是历史上为杀灭钉螺带入的五氯酚钠副产物;与其他水体相比,三峡水库底泥中的二噁英含量较低,污染较轻微,毒性与生态风险小。  本论文研究结果显示,尽管经历了10年的蓄水运行,三峡水库依然处于动态调整期,水库生态系统尚未完全稳定,水体营养负荷居高不下,富营养化态势风险高;尽管水华态势总体趋缓,但局部水域存在较高的蓝藻水华风险;特定重金属污染问题、有机污染问题以及由它们引起的生态风险是三峡水库今后很长一段时间内面临的主要问题,需要针对具体问题进行科学的分析决策,降低生态风险减小环境压力,以利于三峡的可持续发展和长期利用,确保国家三峡战略的实现。
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