三峽水庫香溪河庫灣底泥氮磷釋放通量及規(guī)律研究.pdf

1、自三峽水庫蓄水以來，庫區(qū)水位抬升、水體流速減緩，延長了污染物在水體中的滯留時間，增加了泥沙的沉降。沉降在庫底的泥沙富集了大量的營養(yǎng)鹽，成為水體中污染物發(fā)生遷移和轉(zhuǎn)化的重要場所，在水生態(tài)系統(tǒng)中充當著“源”或“匯”的角色,隨著沉積物水系統(tǒng)中環(huán)境條件的變化，其源匯關系發(fā)生轉(zhuǎn)化，影響庫灣水體中營養(yǎng)鹽濃度變化及水華生消過程。
　　本文以三峽庫區(qū)香溪河庫灣為研究對象，通過野外監(jiān)測和室內(nèi)分析，采集不同水位運行期的沉積物和上覆水，通過室內(nèi)實驗測定

2、系統(tǒng)中沉積物、上覆水和間隙水中的氮磷賦存形態(tài)及時空分布特征，利用分子擴散模型法計算香溪河庫灣沉積物-水界面氮磷氮磷釋放通量，同時研究氮氮磷通量時空分布規(guī)律及其影響機制，揭示了氮磷在沉積物-水界面的源匯轉(zhuǎn)化規(guī)律。為庫區(qū)沉積物的內(nèi)源氮磷控制提供數(shù)據(jù)參考。主要工作及認識如下：
　?。?）庫灣水動力特性與水環(huán)境因子的響應關系?？菟\行期干流水體主要以表中層倒灌潛入香溪河庫灣，上游來流主要以底部順坡異重流的形式流入庫灣；汛前消落期的倒灌方式

3、與枯水運行期大致相似，潛入范圍和倒灌強度比上一時期大；汛期和蓄水期，干流水體均以中下層倒灌異重流的形式潛入庫灣，上游來流與之形成對峰，從中上層流向下游。不同的倒灌方式對底部環(huán)境因子的時空分布也有一定的影響：枯水運行期和汛前消落期的倒灌方式為表中層倒灌，底部DO和pH在空間上的變化趨勢較小，下游和上游處的DO和pH均大于中游區(qū)域，而枯水運行期和汛前消落期香溪河庫灣底部水體垂向差異較大，庫灣電導率整體呈現(xiàn)下游高、上游低的趨勢。在汛期和蓄水期

4、，干流水體以中下層倒灌的方式潛入庫灣，沿河口下游至上游，底部DO、pH和電導率均呈逐漸上升的趨勢。
　?。?）不同水位運行期香溪河庫灣沉積物氮，枯水運行期香溪河庫灣沉積物 TN含量整體上從下游至上游沿程呈上升趨勢；汛前消落期香溪河庫灣沉積物TN含量沿程表現(xiàn)為“兩頭低中間高”的變化趨勢；汛期香溪河庫灣沉積物TN含量整體上表現(xiàn)為從河口下游至上游沿程呈逐漸上升趨勢；蓄水期香溪河庫灣沉積物TN含量空間分布呈現(xiàn)下游低、上游高的變化趨勢。四個

5、水位運行期沉積物TN平均含量分別為578.59，680.12，845.09，240.01mg/kg，可以看出蓄水期的沉積物TN平均含量明顯小于其它時期，表明蓄水期沉積物氮元素儲存能力相對較弱。四個水位運行期沉積物不同氮形態(tài)在垂向上的分布規(guī)律均無明顯的變化趨勢，且沉積物中NH4+-N含量較NO3--N含量高出一個數(shù)量級，說明沉積物氮素主要以氨態(tài)氮的形式存在。
　?。?）枯水運行期香溪河庫灣各點沉積物 TP含量整體上相當，沿程無明顯的

6、變化趨勢；汛前消落期香溪河庫灣沉積物TP含量沿程表現(xiàn)為“兩頭低中間高”的變化趨勢；汛期香溪河庫灣沉積物TP含量整體上表現(xiàn)為“兩頭高中間低”的變化趨勢；蓄水期香溪河庫灣沉積物TP含量空間分布同樣呈現(xiàn)“兩頭高中間低”的變化趨勢。不同水位運行期香溪河庫灣沉積物TP中無機磷含量較OP含量高出一個數(shù)量級，主要是以無機磷的形態(tài)存在。沉積物TP的變化趨勢呈現(xiàn)季節(jié)性變化，水位較高的蓄水期及枯水運行期TP含量平均值較大，而汛前消落期和汛期的TP含量平均值

7、相對較低。絕大部分數(shù)據(jù)差異性較小，表明平均值對整體數(shù)據(jù)具有代表性。
　?。?）香溪河沉積物—水系統(tǒng)不同氮磷形態(tài)的相關關系?？菟\行期上覆水和孔隙水不同氮形態(tài)并無顯著的相關關系，相關水平低，這并不能說明香溪河沉積物間隙水中營養(yǎng)鹽含量的高低對其上覆水營養(yǎng)鹽含量沒有影響，只能說明在間隙水營養(yǎng)鹽含量遠高于上覆水的狀態(tài)下，充足的間隙水營養(yǎng)鹽不是其上覆水營養(yǎng)鹽含量的決定因素；汛前消落期和汛期，上覆水NO3--N和間隙水NH4+-N之間呈顯著的

8、負相關；而在蓄水期間隙水TN與間隙水NO3--N呈較好的負相關性（r=-0.984），表明蓄水期間隙水氮向上覆水體遷移不是以硝態(tài)氮，而是以其他氮形態(tài)傳遞營養(yǎng)鹽。產(chǎn)生這種季節(jié)性不同氮形態(tài)相關關系普遍較低現(xiàn)象的原因，是因為在香溪河庫灣內(nèi)沉積物-水界面間營養(yǎng)鹽的遷移并不是單純的由濃度梯度擴散來控制的。
　?。?）香溪河庫灣沉積物—水界面氮磷的釋放通量?？菟\行期香溪河庫灣沉積物總體上表現(xiàn)為DTP的“匯”，DTP擴散通量的范圍為-0.06

9、92～-0.0047mg·(m2·d)-1，汛前消落期，汛期和蓄水期香溪河庫灣沉積物總體上表現(xiàn)為DTP的“源”，釋放通量范圍分別為0.1472～0.2747、-0.0401～0.0665、-0.0042～0.0193mg·(m2·d)-1；不同水位運行期香溪河庫灣沉積物總體上表現(xiàn)為水NH4+-N的“源”?？菟\行期、汛前消落期、汛期、蓄水期四個不同水位運行期的釋放通量范圍分別為4.3292～4.5502、1.9818～3.4095、0.

10、1720～1.4686、0.3569～3.0599mg·(m2·d)-1；不同水位運行期香溪河庫灣沉積物總體上表現(xiàn)為NO3--N的“匯”，枯水運行期、汛前消落期、汛期、蓄水期四個不同水位運行期的釋放通量范圍分別為-0.9225～-0.5696、-1.1794~-0.4345、-1.6012～0.1637、-1.2943～-0.3273mg·(m2·d)-1。
　　（6）枯水運行期不同氮磷形態(tài)的釋放通量與各環(huán)境因子的相關性較弱；汛前