貴州高原紅花湖水庫(kù)湖沼學(xué)變量特征及其影響因子

貴州高原紅花湖水庫(kù)湖沼學(xué)變量特征及其影響因子

1水庫(kù)環(huán)境特征目前，世界河流已受到人工水庫(kù)的影響（dynesisietal.，1994）。水庫(kù)大壩的建設(shè)改變了自然河流的空間結(jié)構(gòu)、水文循環(huán)和水文條件。水庫(kù)蓄水后，水深、水動(dòng)態(tài)條件、水停留時(shí)間和水團(tuán)混合方式與自然河流顯著變化（毛世坡等，2005）。河流的流速逐漸向湖泊的靜水狀態(tài)轉(zhuǎn)變，形成了湖泊沼澤的特征。然而，在影響水質(zhì)的主要過(guò)程方面，如湖泊和湖泊的動(dòng)態(tài)過(guò)程、鹽循環(huán)和生態(tài)結(jié)構(gòu)的發(fā)展方面，水庫(kù)和湖泊之間存在明顯的差異（straspraba等人，1993；1999）。因此，水庫(kù)的湖泊和沼澤特征具有其獨(dú)特的特點(diǎn)。由于水庫(kù)盆地的河流特征，在儲(chǔ)存和儲(chǔ)存流量的過(guò)程中，水庫(kù)處的水動(dòng)態(tài)過(guò)程已成為影響水質(zhì)和生態(tài)結(jié)構(gòu)的主要?jiǎng)恿?。根?jù)研究，水庫(kù)水位附近可分為河流區(qū)、過(guò)渡區(qū)和湖泊區(qū)，每個(gè)地區(qū)的水質(zhì)和生態(tài)過(guò)程存在重大差異。同時(shí)，國(guó)際水庫(kù)湖泊沼澤的研究在深度和廣度上相對(duì)較弱（韓博平，2010）。桂州市高原水庫(kù)主要由河流峽谷水庫(kù)組成，具有明顯的區(qū)位特征。自20世紀(jì)90年代初以來(lái)，桂州市高原水庫(kù)相繼發(fā)生了突發(fā)性水質(zhì)惡化事件，如黑水體、魚(yú)類、蝦等水生生物的大規(guī)模死亡。為什么桂州市高原水庫(kù)富營(yíng)養(yǎng)化后，每年夏天和秋季都會(huì)發(fā)生突發(fā)性水質(zhì)惡化事件。這是什么原因？這些問(wèn)題需要進(jìn)一步研究。目前，水庫(kù)環(huán)境的研究主要集中在水庫(kù)生態(tài)系統(tǒng)群落結(jié)構(gòu)和水庫(kù)環(huán)境的影響（穆耶勒特等人，1997；布倫卡等人，2002；林秋奇等人，2003；胡納茲等人，2004；y格ortal.，2004；曹成進(jìn)等人，2009；劉峰等人，2009；2010）。目前，關(guān)于水庫(kù)水環(huán)境的變量特征與突發(fā)性水質(zhì)惡化的研究較少。因此，本文在王玉春等（2004）對(duì)西南峽谷水庫(kù)季節(jié)性特征和水質(zhì)突然惡化的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步探討了桂州高原水庫(kù)水體分層對(duì)水環(huán)境質(zhì)量的影響，以及富營(yíng)養(yǎng)化與突發(fā)性水質(zhì)惡化之間的關(guān)系，為水庫(kù)的物理和化學(xué)性質(zhì)管理提供了基礎(chǔ)。2材料和方法表面活性劑2.1采樣點(diǎn)與取樣點(diǎn)設(shè)置百花湖水庫(kù)為長(zhǎng)江上游貓?zhí)犹菁?jí)電站的二級(jí)水庫(kù),建成于1966年,是以城市供水為主要功能,灌溉、發(fā)電、旅游為輔助功能的大型人工水庫(kù).水庫(kù)流域面積1895km2,水面面積14.5km2,最大水深45m,平均水深12.55m,湖水滯留時(shí)間為0.102a,湖泊長(zhǎng)度18km,平均寬度0.8km(廖國(guó)華等,2004).2008年9月至2009年8月進(jìn)行了19次采樣,其中,11—4月每月采樣1次,6月采樣3次,其他月份每月采樣2次(為了獲得水體混合前后的水質(zhì)數(shù)據(jù),于2010年9月21、24、28日和10月4日對(duì)S1采樣點(diǎn)進(jìn)行了監(jiān)測(cè)),具體采樣點(diǎn)見(jiàn)圖1.根據(jù)百花湖水庫(kù)的庫(kù)盆形態(tài)和入庫(kù)河流的分布特點(diǎn),設(shè)置河流區(qū)(S1)、過(guò)渡區(qū)(S2)和湖泊區(qū)(S3)3個(gè)采樣點(diǎn),分2層取樣,表層取樣均在水下0.5m處,底層取樣分別在12.5m、19.0m和24.0m處,即離湖底0.5m處.河流區(qū)(N26°38′689″,E106°30′366″)為百花水庫(kù)最大來(lái)水河流入口處,過(guò)水量大,兩岸狹窄,是流速最快的水域,水深10～15m;過(guò)渡區(qū)(N26°39′674″,E106°31′709″)為水庫(kù)中央,匯集了主要支流來(lái)水,水面寬闊,水流較緩,水深15～20m;湖泊區(qū)(N26°41′218″,E106°32′757″)位于壩前,水深20～45m.2.2ph的預(yù)處理理化指標(biāo)按照金相燦等(1990)編著的《湖泊富營(yíng)養(yǎng)化調(diào)查規(guī)范》(第2版)測(cè)定;透明度(SD)用塞氏羅盤現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定;溶解氧(DO)和溫度(T)用溶氧儀測(cè)定(HQ30,美國(guó)哈希);玻璃電極法測(cè)定pH;氨氮(NH+4-N)采用絮凝沉淀法進(jìn)行預(yù)處理,顯色,納氏試劑光度法進(jìn)行測(cè)定;總磷(TP)采用過(guò)硫酸鉀消解法進(jìn)行預(yù)處理,鉬梯抗分光光度法測(cè)定;總氮(TN)采用堿性過(guò)硫酸鉀消解,紫外分光光度法測(cè)定;葉綠素a(Chlorophyll-a,Chl.a)采用改進(jìn)的反復(fù)凍融、丙酮浸提法測(cè)定(林少君等,2005).氣象資料由烏當(dāng)區(qū)氣象站提供,水文資料由貴陽(yáng)市“兩湖一庫(kù)”環(huán)境保護(hù)監(jiān)測(cè)站提供.2.3營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)的修正富營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)采用修正的卡爾森指數(shù)方法進(jìn)行計(jì)算(金相燦等,1990),加權(quán)綜合營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)式為:∑TLI=∑j=1mWj?TLIj∑ΤLΙ=∑j=1mWj?ΤLΙj(1)式中,ΣTLI為綜合營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù),Wj為第j種參數(shù)的營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)的相關(guān)權(quán)重,TLIj為第j種參數(shù)的營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù).以Chl.a的TLI參數(shù)為基準(zhǔn),則修正的營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)式(金相燦等,1990)為:TSIM(Chl.a)=10×(2.46+ln[Chl.a]/ln2.5).總氮、總磷和透明度與葉綠素a之間的經(jīng)驗(yàn)公式來(lái)自于對(duì)廣東省20座大中型水庫(kù)的調(diào)查結(jié)果(Linetal.,2001).2.4處理數(shù)據(jù)采用MicrosoftExcel工作表作圖,并用SPSS16.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì).3結(jié)果結(jié)果3.1水文水的動(dòng)力特征3.1.1水體分層結(jié)構(gòu)由圖2可知,百花湖水庫(kù)周年表層水溫的變化幅度較小,在10.2～27.0℃之間,這與該地區(qū)氣候溫和,全年氣溫變化不大有關(guān).水溫在11月至翌年2月最低,一般不超過(guò)15.0℃;3月至5月,水溫逐漸升高,在15.0～20.0℃之間;6月至9月水溫較高,在20.0～27.0℃之間,10月水溫開(kāi)始降低.3個(gè)采樣點(diǎn)水溫季節(jié)性變化趨勢(shì)一致,水平空間分布較為均勻.若以水溫15.0℃作為劃分藻類生長(zhǎng)期與非生長(zhǎng)期的溫度閾值,則每年的3—10月是百花湖水庫(kù)藻類生命活動(dòng)生長(zhǎng)旺盛的時(shí)期.從圖2還可知,從3月開(kāi)始至7月,隨著氣溫的升高,表層水溫也不斷升高,但底層水溫幾乎不變,使得上下層水溫出現(xiàn)差異,形成上高下低的分層結(jié)構(gòu),8月上下層水溫溫差最大,約10.0℃.由于不同溫度下水的密度不同,從而使得湖泊/水庫(kù)通常會(huì)產(chǎn)生熱分層.溫度較高的表層是變溫層,溫度較低的底層是均溫層(Harper,1992).變溫層受陽(yáng)光照射變熱并在風(fēng)吹作用下混合,均溫層吸收較少陽(yáng)光且與變溫層不混合,溫躍層位于變溫層與均溫層中間,阻隔上下層水的交換(Cookeetal.,1993).水體的季節(jié)性循環(huán)分為雙季混合型和單混合型兩種(Bertrametal.,2008).因夏季高溫和冬季低溫而在1年內(nèi)發(fā)生兩次分層(夏季分層和冬季分層)的稱為雙季混合模式,而只是由于夏季高溫使水體分層,且秋季混合的分層結(jié)構(gòu)稱為單循環(huán)混合模式.百花湖水庫(kù)水體在3—4月開(kāi)始分層,直至9—10月受秋季陰冷秋風(fēng)的影響,表層水溫降低,密度增加下沉,表層、底層水體發(fā)生翻轉(zhuǎn)混合,由此可見(jiàn),百花湖水庫(kù)水體分層結(jié)構(gòu)為單循環(huán)混合模式.與王雨春等(2004)的研究結(jié)論一致,百花湖水庫(kù)沒(méi)有典型分層湖泊的溫躍層變化,但水溫的分層結(jié)構(gòu)可以在4—10月保持穩(wěn)定,這種分層結(jié)構(gòu)與該水庫(kù)水文及貴州高原的氣候有關(guān).而典型的溫帶Rimov水庫(kù)(捷克),冬季表層水體溫度低于底層水體溫度,1年中會(huì)發(fā)生兩次的表層、底層水體翻轉(zhuǎn),為典型的雙季混合型(Brzakovaetal.,2003).3.1.2—水文特征百花湖水庫(kù)多年(2004—2007年)的年均降雨量為1004mm,豐水期(5—9月)降雨量占全年降雨量的74%,枯水期降雨量占26%.調(diào)查期間,百花湖水庫(kù)全年的水位在1188.9～1193.8m之間,最大落差為4.9m,3—8月處于低水位期,水位在1190m上下波動(dòng),9月至翌年2月高水位運(yùn)行.枯水期水位高于豐水期,1月水位最高,為1193.8m,5月水位最低,為1188.9m.百花水庫(kù)年內(nèi)蓄水量在11820～16465萬(wàn)m3之間,由于人為的調(diào)控,豐水期蓄水量最少,最低值出現(xiàn)在5月;枯水期(10月)開(kāi)始蓄水,翌年1月蓄水量最多,為16465萬(wàn)m3(圖3).可見(jiàn),百花湖水庫(kù)水位與水量具有反季節(jié)的特點(diǎn),這與天然湖泊截然不同.3.1.3底層溶解氧分布百花湖水庫(kù)表層溶解氧具有顯著的季節(jié)變化特征,3個(gè)采樣點(diǎn)DO均值變化范圍在3.2～10.5mg·L-1之間,最小值出現(xiàn)在10月,為3.0mg·L-1(圖4),這可能與表層、底層水體的垂直交換有關(guān),水體混合過(guò)程中,垂直交換上遷的還原物質(zhì)被氧化,使水體溶解氧降低(王雨春等,2004).6月受浮游植物光合作用的影響,表層溶解氧均值最高,為10.5mg·L-1,達(dá)到過(guò)飽和.調(diào)查期間,底層溶解氧均值變化范圍在0.4～7.3mg·L-1之間,其中,12月至翌年3月均大于5mg·L-1,其他月份均值為2.0mg·L-1,5—8月底層溶解氧幾乎為零,處于缺氧或厭氧狀態(tài).溶解氧垂直剖面分布具有明顯的季節(jié)性特征(圖4).在分層期(4—9月),溶解氧形成上高下低的垂直分層結(jié)構(gòu),表層、底層最大差值出現(xiàn)在6月,高達(dá)9.8mg·L-1.10月至翌年2月,隨著水溫分層的消失,溶解氧趨于混合均勻.可見(jiàn),百花湖水庫(kù)底層滯流帶季節(jié)性缺氧.3.2富營(yíng)養(yǎng)化因素的時(shí)空模式3.2.1營(yíng)養(yǎng)鹽的空間分布營(yíng)養(yǎng)鹽的時(shí)空分布見(jiàn)圖5.由圖5可知,總磷濃度在0.018～0.481mg·L-1之間,平均為0.067mg·L-1;總氮濃度在0.69～3.12mg·L-1之間,平均為1.60mg·L-1;氨氮濃度在0.042～1.710mg·L-1之間,平均為0.404mg·L-1;氮磷質(zhì)量比值(N/P)在2～120之間,大部分時(shí)間N/P比超過(guò)16.可見(jiàn),百花湖水庫(kù)是一個(gè)高氮、磷限制水庫(kù).營(yíng)養(yǎng)鹽的水平空間分布為:河流區(qū)(S1)>過(guò)渡區(qū)(S2)>湖泊區(qū)(S3),其中,總氮與總磷的空間分布較明顯,這說(shuō)明流域徑流輸入是營(yíng)養(yǎng)鹽的主要來(lái)源.而氨氮的空間分布具有季節(jié)性差異,這可能是氨氮在水體中發(fā)生生物、化學(xué)轉(zhuǎn)化及流域氮輸入的季節(jié)性差異等原因所致.分層期(4—9月)表層營(yíng)養(yǎng)鹽濃度較底層低,混合期(10月至翌年3月)趨于均一狀態(tài).分層期表層總磷、總氮和氨氮平均濃度分別為0.065、1.29和0.29mg·L-1,底層分別為0.101、1.87和0.70mg·L-1;混合期表層總磷、總氮和氨氮平均濃度分別為0.038、1.62和0.30mg·L-1,底層分別為0.041、1.66和0.31mg·L-1.營(yíng)養(yǎng)鹽的空間分布與水體分層有關(guān),分層期底層溶解氧較低,促進(jìn)了沉積物中氮磷的釋放,使底層營(yíng)養(yǎng)鹽濃度增高.水體溶解氧含量是影響底泥-水界面物質(zhì)遷移行為的重要因素(Hansetal.,2004),溶解氧可通過(guò)影響底泥-水界面處電位、藻類聚磷作用及pH來(lái)影響底泥-水界面的磷交換(龔春生等,2010).厭氧條件下沉積物中有機(jī)質(zhì)的礦化作用增強(qiáng),沉積物氮磷釋放使間隙水中氮磷升高,當(dāng)溶解氧達(dá)到飽和時(shí),沉積物對(duì)可溶性總磷表現(xiàn)為“匯”的作用(王建軍等,2010;郭建寧等,2010;金相燦,2010).3.2.2年中的最低值百花湖水庫(kù)透明度周年變化較大(圖6),在0.4～2.9m之間.其季節(jié)性分布特點(diǎn)是豐水期(5—9月)較低,河流區(qū)、過(guò)渡區(qū)和湖泊區(qū)1年中的最低值均出現(xiàn)在該時(shí)期,分別是0.7、0.4、0.6m;豐水期過(guò)后,隨著氣溫的下降,10月至翌年的4月透明度最高,3月氣溫回升,隨著藻類數(shù)量的增加,透明度又開(kāi)始下降.透明度的空間分布特征表現(xiàn)為:河流區(qū)(S1)<過(guò)渡區(qū)(S2)<湖泊區(qū)(S3),差異不顯著(p>0.05).3.2.3chl.a濃度由圖7可知,表層Chl.a濃度在4—9月最高,平均為37.0μg·L-1,10月至翌年的3月最低,平均為15.3μg·L-1,但在2月Chl.a濃度較高,達(dá)30.9μg·L-1.水溫變化導(dǎo)致藻類組成的變化可能是導(dǎo)致2月Chl.a濃度高的主要原因,2月水溫開(kāi)始回升,光照充足,使冬季優(yōu)勢(shì)種水華束絲藻(Microcystisflos-aquae)和卷曲魚(yú)腥藻(Anabaenacircinalis)大量增殖,水體中Chl.a濃度升高.3月處于冬季藻類和春季藻類的交替時(shí)期,水華束絲藻等優(yōu)勢(shì)種的數(shù)量大為減少,而3月的水溫又不足以使喜高溫的藻類大量增殖,導(dǎo)致Chl.a濃度不高.百花湖水庫(kù)Chl.a濃度具有顯著的季節(jié)性分層特征.混合期(10月至翌年3月,2月除外)上下層Chl.a濃度幾乎不變,上下層平均差為1.9μg·L-1,2月上下層Chl.a濃度平均差值為22.2μg·L-1,可能是由于表層水溫升高和光照導(dǎo)致表層藻類大量增殖的緣故.而4月至9月上下層Chl.a濃度平均差值高達(dá)29.3μg·L-1,6月最大差值為54.1μg·L-1,可能是因水體分層限制了浮游植物的分布所致.可見(jiàn),水體的分層導(dǎo)致了浮游植物的分層.分層水庫(kù)中浮游植物的垂向分布表現(xiàn)為表層數(shù)量明顯高于底層數(shù)量,溫躍層以下浮游植物生物量急劇減少,水體熱分層可能決定著水庫(kù)的浮游植物的垂向分布(林桂等,2010;Vanessaetal.,2008).3.2.4湖湖富營(yíng)養(yǎng)指數(shù)全年總磷、透明度和Chl.a的綜合營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)為48,以營(yíng)養(yǎng)度指數(shù)≤30為貧營(yíng)養(yǎng)、≤50為中營(yíng)養(yǎng)、>50為富營(yíng)養(yǎng)的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行判斷(金相燦,1990),百花湖水庫(kù)全湖營(yíng)養(yǎng)指數(shù)春、秋、冬季分別為46、44和50,均為中營(yíng)養(yǎng),夏季為53,屬于富營(yíng)養(yǎng).3.2.5浮游植物體內(nèi)chl.a濃度與環(huán)境因子回歸分析浮游植物是湖泊中的初級(jí)生產(chǎn)者,適宜的環(huán)境因子是促進(jìn)藻類生長(zhǎng)繁育的必要條件,而藻類的生長(zhǎng)狀況又是影響水體環(huán)境因子變動(dòng)的主要因素,作為浮游植物體內(nèi)主要色素的Chl.a,其與水體環(huán)境因子間的關(guān)系較為復(fù)雜.Chl.a濃度與環(huán)境因子回歸分析結(jié)果表明(表1),Chl.a濃度與氮、磷濃度線性關(guān)系不明顯,而與溶解氧、水溫和pH呈正線性關(guān)系,與透明度呈負(fù)線性關(guān)系.4討論4.1chl.a濃度Chl.a濃度對(duì)浮游植物的生物量具有很好的指示作用,營(yíng)養(yǎng)鹽、水溫、降水和水動(dòng)力學(xué)是影響浮游植物和Chl.a的關(guān)鍵要素(Schindleretal.,2006;Reynoldsetal.,2001).總氮、總磷、水溫、溶解氧與Chl.a濃度的相關(guān)關(guān)系見(jiàn)表2.由表2可知,Chl.a濃度與TP相關(guān)性不顯著(p>0.05),這與其他地區(qū)湖泊的研究結(jié)論不同,可能是由于影響Chl.a濃度的浮游植物分布受水深的限制,主要分布在真光層,而真光層之下的底層由于沉積物內(nèi)源釋放,使其含有較高的氮磷營(yíng)養(yǎng)鹽,但底層浮游植物分布較少,Chl.a濃度較低.Chl.a濃度與總氮、氨氮含量呈顯著負(fù)相關(guān)(p<0.01),這可能是由于百花湖水庫(kù)的氮含量較高.通常藻類生長(zhǎng)適溫為8～32℃,最適溫度范圍為20～25℃.在10～30℃時(shí),太湖初級(jí)生產(chǎn)力與水溫呈顯著正相關(guān)(張運(yùn)林等,2004),而位于南亞熱帶的廣東大鏡山水庫(kù)由于水溫較高,Chl.a濃度與水溫在全年水平上呈顯著負(fù)相關(guān)(李秋華等,2007).百花湖水庫(kù)葉綠素a濃度與水溫呈顯著正相關(guān)(p<0.01),這主要是因?yàn)橘F州氣候溫和,全年氣候變化不大;Chl.a濃度的季節(jié)變化為:冬季<秋季<春季<夏季,冬春季氣溫相對(duì)較低,不是藻類生長(zhǎng)的最佳溫度,而水體翻轉(zhuǎn)混合、水位與水量的變化可能是導(dǎo)致秋季葉綠素a濃度低的原因,秋季蓄水,稀釋了水中葉綠素a濃度.透明度是綜合反映水體光學(xué)透射性能的關(guān)鍵生態(tài)指標(biāo),也是定量評(píng)價(jià)水體質(zhì)量好壞的感官指標(biāo),同水體中懸浮顆粒濃度、藻類等浮游生物數(shù)量、水體色度等密切相關(guān)(潘繼征等,2008).三峽小江回水區(qū)透明度主要受無(wú)機(jī)懸浮顆粒物的影響,而運(yùn)行中高水位時(shí)由于水體滯留時(shí)間的延長(zhǎng)促使懸浮顆粒物大量沉淀,藻類成為影響透明度下降的主要因素(張呈等,2010);百花湖水庫(kù)透明度與葉綠素a濃度呈顯著負(fù)相關(guān)(r=-0.403,p<0.01),全年透明度在0.4～2.9m之間,變化較大;季節(jié)變化為:冬季>春季>秋季>夏季.由于百花湖水庫(kù)的主要來(lái)水是上游的紅楓湖水庫(kù)下泄水,上游的泥沙主要沉積于紅楓湖,因此,藻類細(xì)胞數(shù)量的增加必然成為百花湖透明度下降的主要原因,這與其他湖泊(如撫仙湖)的研究結(jié)論一致(潘繼征等,2008).4.2水體分層與溶解氧百花湖水庫(kù)全年表層溫差為17.0℃,比溫帶地區(qū)水庫(kù)小,而底層溫度較高,在10.0℃以上(溫帶地區(qū)深水水庫(kù)底層水溫通常約4.0℃).全年底層的水溫較高,水柱上下層的溫差較小,說(shuō)明垂直分層的程度要低于溫帶水體.百花湖水庫(kù)沒(méi)有典型分層湖泊的溫躍層變化,但在水溫較高的4—9月可以保持穩(wěn)定,這種不顯著的溫度分層結(jié)構(gòu),有效限制了上下水團(tuán)的混合,形成顯著的水化學(xué)的分層,尤其是溶解氧的分層(圖4、圖5、圖7).分層期表層的氮磷低于底層,葉綠素a在表層的濃度高于底層,表層溶解氧達(dá)到飽和或過(guò)飽和,而底層處于缺氧或厭氧.對(duì)于有一定水深的水庫(kù),水體的季節(jié)性分層可能對(duì)水庫(kù)內(nèi)幾乎所有水環(huán)境演化過(guò)程起著控制或影響作用.由于水體的熱能傳輸不均勻,冷、熱水體密度的差異導(dǎo)致水體的物理分層,進(jìn)而產(chǎn)生不同水團(tuán)化學(xué)性質(zhì)的差異,這種差異決定了水庫(kù)內(nèi)水化學(xué)變化、物質(zhì)地球化學(xué)循環(huán)、水生生物作用的時(shí)空分布等重要湖沼學(xué)過(guò)程的不同(Kelly,2001).水中溶解氧主要來(lái)源于兩方面,一方面是在水體中溶解氧小于其溶解度時(shí),大氣中的氧溶入水體.水體中溶解氧的含量與溫度、海拔高度等控制氧在水中溶解程度的因素有關(guān),也與水體混合的水動(dòng)力條件有關(guān).通常認(rèn)為溶解氧在水體中的分子擴(kuò)散速率較低,水體交換是湖泊中溶解氧傳輸?shù)闹饕绞?另一方面是水生植物通過(guò)光合作用向水中放出的氧,但由于水體中經(jīng)常發(fā)生氧化作用,從而消耗水中的氧,特別是有機(jī)質(zhì)的降解,對(duì)氧的消耗量很大,因此,水體中不斷進(jìn)行著耗氧(溶解氧減少)和復(fù)氧(溶解氧增加)的過(guò)程.對(duì)營(yíng)養(yǎng)程度高的水體,有機(jī)質(zhì)降解是導(dǎo)致水體溶解氧跌落的主要過(guò)程.百花湖水庫(kù)底層滯留帶季節(jié)性缺氧與水體的分層有關(guān),富營(yíng)養(yǎng)化加劇了底層的缺氧.表層的氣體交換和浮游植物的光合作用為水庫(kù)表層提供了溶解氧,而底層由于沉積物表面有機(jī)質(zhì)的礦化降解,消耗大量水體中溶解氧,使得底層缺氧由于分層阻礙了上下層水體的交換,水體“耗氧”與“復(fù)氧”不平衡,下層水體耗氧遠(yuǎn)超過(guò)復(fù)氧,分層期下層水團(tuán)逐漸發(fā)展為缺氧/厭氧,而表層溶解氧由于藻類光合作用強(qiáng)烈達(dá)到飽和或過(guò)飽和.混合期,上下層水體能夠充分交換,水體“耗氧”可以得到“復(fù)氧”的補(bǔ)償,水柱溶解氧混合均勻.水體富營(yíng)養(yǎng)化藻類生產(chǎn)力高,大量的藻類死亡下沉,使沉積物中的有機(jī)質(zhì)含量增加,微生物礦化降解有機(jī)質(zhì)消耗水體中溶解氧,加劇下層水體的缺氧.百花湖水庫(kù)底層溶解氧從3月的飽和狀態(tài)至8月的缺氧狀態(tài)就是因水體分層和藻類死亡下沉的緣故.水體分層控制著諸多的環(huán)境過(guò)程,直接影響水庫(kù)水環(huán)境質(zhì)量的變化.百花湖水庫(kù)近年來(lái)頻繁發(fā)生的季節(jié)性水質(zhì)惡化事件是水體分層失穩(wěn)的結(jié)果.近年來(lái),在每年初秋9月或10月,包括百花湖水庫(kù)在內(nèi)的貴州高原多座水庫(kù)不斷發(fā)生不同程度的水質(zhì)惡化事件,主要感官表現(xiàn)為水體變黑,伴有刺激性異味的氣泡產(chǎn)生,魚(yú)類及其它水生生物死亡(輕微時(shí)感官表現(xiàn)無(wú)明顯變化);理化指標(biāo)表現(xiàn)為溶解氧極低(幾乎為零),氮磷含量升高,湖水pH值下降,呈還原性,硫化物濃度升高(輕微時(shí)僅溶解氧降低至2～3mg·L-1),持續(xù)時(shí)間在10～30d之間不等.該類事件使網(wǎng)箱養(yǎng)殖遭受重大損失,對(duì)水生生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生嚴(yán)重影響,并對(duì)水庫(kù)供水安全造成威脅.由于水質(zhì)惡化事件發(fā)生水域多遠(yuǎn)離排污口,而且發(fā)生的時(shí)間總是在9月或10月氣溫突然降低后,即水體發(fā)生混合的時(shí)期,因此,不難將水質(zhì)惡化事件與水體的分層失穩(wěn)和氣溫的突降聯(lián)系在一起.2010年9月百花湖水庫(kù)水體混合前后理化因子的變化見(jiàn)表3.貴州高原初秋受冷空氣的影響,通常會(huì)發(fā)生氣溫驟降(約10.0℃),突發(fā)水質(zhì)惡化事件總是在氣溫突降的1～2d內(nèi)發(fā)生,如2009年9月平均氣溫為21.3℃,最高氣溫為24.9℃,10月10日氣溫突降至12.6℃,紅楓湖水庫(kù)(與百花湖水庫(kù)處于同一條河流上)11日發(fā)生水質(zhì)惡化事件,溶解氧幾乎為零,水體發(fā)臭,魚(yú)蝦死亡(同期百花湖水庫(kù)溶解氧低于3mg·L-1).2010年9月21日氣溫為24.4℃,而23日氣溫已降至14.4℃,24日調(diào)查發(fā)現(xiàn),百花湖水庫(kù)水柱上水溫和溶解氧已混合均勻,表層溶解氧從9月21日的12.5mg·L-1降至5.1mg·L-1,至10月4日降至最低值(2.9mg·L-1).這種先高溫然后氣溫迅速下降的氣候突變,誘發(fā)水體在短時(shí)間(通常在1～2d)內(nèi)發(fā)生垂直交換混合,水體分層消失并以不同程度的水質(zhì)惡化現(xiàn)象表現(xiàn)出來(lái).氣溫驟降使上層水體隨之降溫,水體密度增大,變重下沉,上層水與中層水發(fā)生交換混合,使中層(斜溫層)的阻隔作用消失,當(dāng)上、下層水之間的水