嘉陵江梯級水庫群營養元素生物地球化學循環研究

《嘉陵江梯級水庫群營養元素生物地球化學循環研究》是依託天津大學，由李曉東擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：嘉陵江梯級水庫群營養元素生物地球化學循環研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：李曉東
• 依託單位：天津大學

項目摘要

我國西南地區正迎來前所未有的水電開發高潮，梯級水電開發對天然河流的脅迫壓力會對水環境產生深遠影響。目前，對河流梯級開發影響營養元素生物地球化學循環的作用機理認識仍存在不足，缺乏對水庫內部營養元素遷移、轉化過程的深入研究。本研究以高強度梯級開發的嘉陵江為例，系統開展蓄水河流體系中營養元素生物地球化學循環的機理研究。通過對梯級水庫群水體（入庫水、分層水、下泄水）和沉積物樣品各形態營養元素含量分析，闡明梯級水電開發對河流營養物質蓄積、活化、輸送的影響。通過對無機氮（銨氮、硝態氮）同位素比值的季節、空間變化規律進行系統對比研究，並結合氮、磷、矽營養元素的耦合變化特徵，詳細探討梯級水庫內以氮為核心的營養元素遷移、轉化過程。本研究項目的實施，有助於深刻理解河流－水庫－河流體系對流域營養元素生物地球化學循環的總體效應，並可豐富河流營養元素的生物地球化學循環理論，同時為梯級水庫的管理提供科學依據。

結題摘要

我國西南地區正迎來前所未有的水電開發高潮，梯級水電開發對天然河流的脅迫壓力會對水環境產生深遠影響。目前，對河流梯級開發影響營養元素生物地球化學循環的作用機理認識仍存在不足，缺乏對水庫內部營養元素遷移、轉化過程的深入研究。本項目以高強度梯級開發的嘉陵江為例，系統開展“蓄水河流”體系中營養元素生物地球化學循環的機理研究，可為梯級水庫的管理提供科學依據。對梯級水庫群的初步調研後，兼顧上下游關係、營養鹽水平及建庫年齡，選擇了亭子口、新政、東西關和草街等四個水庫作為研究對象，通過對水庫入庫水、剖面分層水和下泄水的化學組成及碳、氮、硫、矽等營養元素形態含量及同位素組成的分析，並對其季節、空間變化規律進行系統對比研究，同時結合碳、氮、硫等營養元素的耦合變化特徵，詳細探討了梯級水庫內以氮為核心的營養元素遷移、轉化過程。研究結果表明，研究區水體水化學受碳酸鹽平衡體系控制，以碳酸參與的碳酸鹽岩風化為主，主要來自於黃鐵礦和大氣二氧化硫氧化生成的硫酸也廣泛參與了碳酸鹽岩的風化；築壩攔截顯著改變了河流水體溫度、溶解氧和pH值，以及碳、氮、硫、矽等營養元素形態含量及同位素組成的時空變化特徵。築壩攔截使水庫夏季產生明顯的熱分層，具有以溫度為主導的DO和pH值剖面變化特徵。夏季，水庫水體DIC濃度隨水深增加而增加。硫酸鹽濃度隨水深增加而減少。築壩攔截對不同營養鹽產生差異影響，隨著時間增加，嘉陵江流域矽限制可能性增加。大壩攔截導致河流湖泊化，夏季，水庫上層水體以浮游植物光合/同化作用為主導，表現為較低營養元素濃度，偏正的碳同位素值，偏負的硝酸鹽氮與硫酸鹽硫同位素值；下層水以呼吸分解/反硝化作用/硫化細菌還原作用為主，表現為較高的元素濃度，偏負的碳同位素值和正向變化的氮與硫同位素值。梯級水庫群C、N、Si、S及其他水質參數相互影響，相互制約，表現出耦合特徵，對這些因子進行進一步的系統性研究可加深對梯級水庫中營養元素循環的理解。