中小洪水调度情境下三峡水库磷输移机制

After reservoir impoundment, the river above the dam will become a narrow channel reservoir. The water flow in the reservoir area will slow down, the water body will stay longer, and the changes of hydrology and hydraulics may lead to significant changes in the biogeochemical process of phosphorus. In order to provide a scientific reference for the ecological operation of the Three Gorges Reservoir and further enhance the ecological and environmental benefits of the Three Gorges Reservoir, a transport model of particulate phosphorus with sediment and flood was established based on the characteristics of phosphorus occurrence, adsorption and settlement, and the coupling response mechanism of reservoir phosphorus and fine sediment to the operation parameters of the reservoir was discussed.

水库蓄水后,大坝以上段河流将变成狭长的河道型水库,库区内水流变缓,水体逗留时间延长,水文水力学的变化可能导致磷的生物地球化学过程发生重大改变｡在中小洪水调度情境下,对三峡水库干流及典型支流进行现场调查,研究水库磷的分布及不同相态分配规律,分析磷的赋存形态､吸附及沉降特征,结合调度参数建立颗粒磷随泥沙､洪水的输移模型,探讨水库磷和细颗粒泥沙对水库中小洪水调度参数的耦合响应机制,以期为三峡水库生态调度提供科学参考,进一步提升三峡水库的生态环境效益｡

泥沙是磷的重要载体，水库调度改变了原有水沙输移规律，影响了水体磷的生物地球化学过程。为提高三峡水库发电和航运效益，三峡水库对洪峰流量在30000-55000 m3/s的洪水进行拦蓄（称为中小洪水调度）。在中小洪水调度情境下，对三峡水库干流及香溪河库湾进行了调查监测，结合室内模拟实验和统计分析等手段，研究了中小洪水调度情境下三峡水库磷输移机制。主要结论如下：.（1）监测发现，中小洪水调度期间三峡水库干流水体总磷含量为0.077~0.335 mg/L，PP占比为46.5%~95.6%。因SS沉降，总磷（TP）含量沿程降低，TN/TP自入库至坝前由4~8升高至20以上。统计分析发现，除坝前水域（距大坝<30 km）外，三峡水库水体总磷含量与SS含量呈指数关系。.（2）调查监测了长江干流及香溪河库湾水体氮磷分布特征，长江干流水体TP及溶解态活性磷酸盐（SRP）含量均显著高于香溪河库湾。在中小洪水调度期间，库湾水体TP随着坝前水位升高而降低，chl-a也随之呈下降趋势。长江干流水体从中上层倒灌进入香溪河库湾，改变了香溪河库湾TP的垂向分布趋势，干流倒灌对支流水体SRP通量的贡献为81.25%。.（3）以三峡水库悬浮泥沙为研究对象，通过室内模拟实验分析了不同含沙量下泥沙对磷的吸附特征，研究发现SS对磷的饱和吸附量在297.462~2248.910 mg/kg之间。通过室内沉降实验发现，超过50%的颗粒磷可在1h内即完全沉降。监测发现悬浮泥沙中TP的含量为945~1159 mg/kg，其中Fe-P和Al-P占TP的20％以上，自库尾至坝前TP和生物可利用磷含量分别增加了18.87％和26.66％。.研究表明，水沙条件是影响水库磷输移和交换的关键因素，中小洪水调度导致汛期泥沙沉降，促使水体中的颗粒磷淤积，使三峡水库水体TN/TP沿程升高，同时三峡水库泥沙粒径沿程减小，泥沙对磷吸附能力增强，悬浮泥沙中磷的生物可利用性增强。中小洪水调度引起的水位波动和干支流水温差异，促使干流水体倒灌进入支流，进而使支流氮磷营养盐升高，支流汛期水华风险增加。本研究初步揭示了中小洪水调度情境下三峡水库磷输移机制，研究结果可为三峡水库调度管理提供参考。