香溪河库湾春季营养盐空间差异性成因分析.PDFVIP

水 利 学 报 2013年5月 SHUILI XUEBAO 第44卷 第5期 文章编号：0559-9350（2013）05-0562-08 香溪河库湾春季营养盐空间差异性成因分析 1 1，2 3 1 蒋定国 ，戴会超 ，王冰伟 ，刘 伟 （1. 三峡大学 水利与环境学院，湖北 宜昌 443002； 2. 河海大学 水利水电学院，江苏 南京 210098； 3. 中国水利水电科学研究院，北京 100038） 摘要：三峡蓄水后，香溪河库湾春季水体中营养盐分布呈明显的空间差异性，具体表现为总氮含量大致呈从上游 到河口逐步升高的趋势，而总磷含量呈从上游到河口逐步降低趋势。为明确库湾水动力条件对库湾营养盐空间分 布的影响，本文采用三维数学模型模拟了三峡蓄水后香溪河水动力场的分布，利用示踪方法分析了三峡蓄水初期 香溪河库湾水动力场对春季营养盐时空分布的影响。结果表明，春季库湾近河口区域水体表现出明显的分层分向 流动特征，长江干流水体与库湾水体间的交换作用显著，相应磷营养盐也随水流带出库湾，干流水体对香溪河库 湾磷营养盐有明显的稀释作用，特殊的水动力条件是库湾营养盐空间分布差异性主要成因。研究可为三峡水库正 常调度运行后香溪河库湾富营养化的控制和治理提供方法，也可为相似库湾营养盐的分布特征研究提供参考。 关键词：香溪河库湾；水动力场；营养盐；空间分布 中图分类号：X522 文献标识码：A 1 研究背景 ［1］ 三峡蓄水后，库区支流库湾存在不同程度的富营养化现象 。监测表明，水华暴发水域的氮磷营 ［2-3］ 养盐含量往往比较充足，是水华产生的基础条件 。在富营养化问题研究中，水体中营养盐的来源 ［4-7］ 及时空分布特征一直都是学者们重点关注的内容 。水体中营养盐的分布及水华暴发特征与所处水 ［8-11］ 域的水力特性关系密切，因此，水体水动力特性分析一直是富营养化研究中的热点问题 ，也是确 ［12］ 定富营养化水域治理措施的关键 。 ［13］ 在香溪河库湾，研究者从一开始就注意到营养盐空间分布的差异性，叶麟等 的研究表明，三 峡初期蓄水后香溪河库湾春季氮磷营养盐的分布呈现明显的空间差异性，河口的硝酸盐浓度高，库 湾上游浓度低，而磷酸盐的分布规律与硝酸盐恰好相反，库湾上游浓度高，河口的浓度低。随后几 年的春季现场监测都表明这点，监测结果如图1所示。 最初的研究认为长江干流水体向库湾内部扩散作用是造成营养盐空间分布格局的主要原因，但 扩散作用影响范围有限，不致在整个库湾形成如此明显的空间差异。随后的监测发现，在香溪河库 ［14］ 湾，春季存在明显的干流水体沿库湾表层逆向流动的现象 ，水体的输移作用可能才是香溪河库湾 营养分布空间异质性的主要成因［15-16］。该结论主要从长期的监测结果中得到，不易分析出水体输移作 用对营养分布的影响程度及范围，无法为同类问题的研究提供借鉴和预判。数学模型作为一种行之 有效的方法，在富营养化问题研究中已经得到了广泛应用［17-19］。 因此，本文根据σ坐标下的三维水动力-温度方程，借助数值方法分析2007年春（2月26 日—5月 收稿日期：2012-03-18 基金项目：国家杰出青年科学