三峽水庫(kù)運(yùn)行對(duì)其生態(tài)環(huán)境的影響與機(jī)制
本書內(nèi)容包括：水庫(kù)生態(tài)學(xué)的理論、方法與進(jìn)展；三峽水庫(kù)及其典型支流澎溪河概況；澎溪河水文與總體水動(dòng)力特征；水庫(kù)運(yùn)行下澎溪河水體光熱特征等。
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2010年10月26日，三峽工程首次蓄水至175m的設(shè)計(jì)水位，標(biāo)志著三峽工程正式由建設(shè)階段轉(zhuǎn)入運(yùn)營(yíng)階段。三峽工程運(yùn)行以來，在防洪、發(fā)電、航運(yùn)、改善人居環(huán)境以及對(duì)區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展的帶動(dòng)等方面均發(fā)揮了重要作用。與此同時(shí)，三峽工程自構(gòu)想、論證、設(shè)計(jì)、建設(shè)至運(yùn)營(yíng)，其對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響的爭(zhēng)論和研究就從來沒有停止過。不同的研究單位、不同的專家、不同的地域空間、不同的年際時(shí)段所得到的認(rèn)識(shí)差異很大，但一個(gè)基本的事實(shí)和共識(shí)是自2002年139m蓄水以來，支流水體富營(yíng)養(yǎng)化明顯，水華頻繁發(fā)生，支流與干流交匯區(qū)有水質(zhì)惡化的跡象。這是一個(gè)十分獨(dú)特的現(xiàn)象，更表明三峽工程對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響不僅是多方面而且立體全方位的，也將是持久和深遠(yuǎn)的。因此，在該水域開展相關(guān)基礎(chǔ)研究問題復(fù)雜，也凸顯科學(xué)必將追求完美之魅力。
筆者近年一直希望嘗試將課題組十多年來關(guān)于三峽水環(huán)境生態(tài)方面的研究工作進(jìn)行系統(tǒng)的總結(jié)，但限于三峽水環(huán)境生態(tài)問題的復(fù)雜性一直未敢觸碰，今受科學(xué)出版社的鼓勵(lì)才最終成文。本書以三峽生境變化驅(qū)動(dòng)藻類群落演替為主線，在系統(tǒng)討論了水庫(kù)生態(tài)學(xué)研究的理論、方法和進(jìn)展的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)圍繞三峽水庫(kù)中段典型支流富營(yíng)養(yǎng)化現(xiàn)象與水華過程展開相關(guān)論述，
本書介紹的主要內(nèi)容是筆者在研究中獲得的第一手資料。研究的手段包括野外跟蹤觀測(cè)、室內(nèi)模擬實(shí)驗(yàn)、原位受控實(shí)驗(yàn)、數(shù)學(xué)模型和計(jì)算模擬等。雖然許多相關(guān)成果已分別在國(guó)內(nèi)外多種學(xué)術(shù)刊物上發(fā)表，但本書以明晰的理論主線為統(tǒng)領(lǐng)，是在對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行進(jìn)一步深入分析、對(duì)研究成果進(jìn)行補(bǔ)充完善的基礎(chǔ)上，系統(tǒng)地歸納而成。本書重點(diǎn)闡釋在水庫(kù)運(yùn)行下如何基于藻類生境選擇學(xué)說和生態(tài)功能分組概念建立藻類群落結(jié)構(gòu)的生態(tài)特征與演替模式，在物理邊界不穩(wěn)定的系統(tǒng)中如何建立藻類生態(tài)功能組與環(huán)境變量的多元統(tǒng)計(jì)模型。較系統(tǒng)地介紹了三峽水庫(kù)小江支流營(yíng)養(yǎng)物賦存形態(tài)及其相對(duì)豐度的變化關(guān)系，以水體滯留時(shí)間為參量的TN/TP對(duì)藻類生長(zhǎng)的基本驅(qū)動(dòng)模式及實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證等成果。
本書共8章。第1章梳理筑壩蓄水對(duì)流域生態(tài)環(huán)境，尤其是水庫(kù)水環(huán)境的影響，并著重分析水庫(kù)生態(tài)系統(tǒng)的總體特征和水庫(kù)生態(tài)學(xué)研究進(jìn)展，本章由郭勁松主筆完成。第2章介紹三峽水庫(kù)及其典型支流澎溪河的總體特點(diǎn)，從水庫(kù)運(yùn)行導(dǎo)致水環(huán)境與水生態(tài)的時(shí)空異質(zhì)性的角度，探討選擇澎溪河開展水庫(kù)生態(tài)學(xué)研究的主要原因，本章由郭勁松主筆完成。第3章和第4章分別介紹澎溪河回水區(qū)水文、水動(dòng)力條件與水體光熱特點(diǎn)，本章由李哲主筆完成。第5章則著重分析水庫(kù)運(yùn)行下澎溪河N、P、Si等關(guān)鍵營(yíng)養(yǎng)物的時(shí)空分布特征，本章由方芳主筆完成。第6章則在前述營(yíng)養(yǎng)鹽、光熱條件等生境要素特征分析基礎(chǔ)上，探討澎溪河回水區(qū)藻類群落結(jié)構(gòu)變化及其演替特點(diǎn)，并結(jié)合典范對(duì)應(yīng)分析結(jié)果，歸納水庫(kù)運(yùn)行下澎溪河回水區(qū)藻類群落演替的宏觀生態(tài)模式，本章由李哲、方芳共同完成。第7章對(duì)澎溪河水庫(kù)水一氣界面碳通量與水體碳循環(huán)機(jī)制進(jìn)行初步探討，本章由李哲主筆完成。第8章重點(diǎn)梳理近年來對(duì)澎溪河回水區(qū)野外研究的感受與體會(huì)，從新的視角對(duì)水庫(kù)運(yùn)行下支流水華形成、富營(yíng)養(yǎng)化發(fā)展等問題進(jìn)行探討，以期為i峽水庫(kù)水環(huán)境與水生態(tài)管理提供更多新的思路，本章由郭勁松主筆完成。全書由郭勁松負(fù)責(zé)統(tǒng)稿。
本書的研究工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金、國(guó)家重大科技專項(xiàng)——水體污染控制與治理科技重大專項(xiàng)、國(guó)家科技支撐計(jì)劃以及重慶市重大科技項(xiàng)目等資助。本書的研究成果也是課題組集體智慧和辛勞的結(jié)晶，課題組魯倫慧、肖艷、歐陽文娟、蔣滔、劉靜、陳杰、張超、田光、賀陽、盛金萍、周紅、陳園、王勝、李偉、白鐳、謝丹、王琳、楊梅、張呈、馮婧、張樹青等老師和研究生在野外采樣、實(shí)驗(yàn)測(cè)試、數(shù)據(jù)整理、模擬計(jì)算、書稿校核等方面都作出了重要貢獻(xiàn)。本書的寫作得到了中國(guó)水利水電科學(xué)研究院王浩院士、河海大學(xué)王超院士、中國(guó)科學(xué)院水生生物研究所胡征宇研究員等專家的關(guān)心和支持，在此一并表示衷心的感謝。
本書雖然出版面世，但因i峽水環(huán)境生態(tài)問題復(fù)雜，涉及的學(xué)科領(lǐng)域眾多，加之本書展示的實(shí)例成果主要基于對(duì)澎溪河流域的研究，以及知識(shí)和認(rèn)識(shí)水平有限，所以筆者內(nèi)心一直十分忐忑。如果書中的觀點(diǎn)和認(rèn)識(shí)能夠得到同仁們的批評(píng)、指正和爭(zhēng)鳴，則既是本書的目的，更是筆者的幸運(yùn)。
郭勁松，1963年10月生，四川射洪人，博士，1985年畢業(yè)于重慶建筑工程學(xué)院獲學(xué)士學(xué)位，2002年重慶大學(xué)獲博士學(xué)位�，F(xiàn)為中國(guó)科學(xué)院特聘研究員（核心），中國(guó)科學(xué)院水庫(kù)水環(huán)境重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任，中國(guó)科學(xué)院重慶綠色智能技術(shù)研究院三峽生態(tài)環(huán)境研究所所長(zhǎng)，中國(guó)科學(xué)院大學(xué)和重慶大學(xué)博士生導(dǎo)師，《Ecohydrology & Hydrobiology》副主編，重慶市科技創(chuàng)新領(lǐng)軍人才。主要從事水環(huán)境質(zhì)量演變與生態(tài)修復(fù)、水質(zhì)生物轉(zhuǎn)化理論與技術(shù)研究，1996年起重點(diǎn)致力于三峽水庫(kù)水環(huán)境生態(tài)演變與水污染控制等領(lǐng)域的研究，先后主持三屆“中歐健康河流與可持續(xù)水資源管理”國(guó)際會(huì)議，任中方主席。在《Environmental Science & Technology》、《Water Research》、《Bioresource Technolog》、《Science of the Total Environment》、《Ecological Engineering》、
《Hydrobiologia》、《Journal of Hazardous Materials》、《環(huán)境科學(xué)》、《湖泊科學(xué)》、《水科學(xué)進(jìn)展》等學(xué)術(shù)期刊上發(fā)表論文150余篇（其中SCI70余篇）。獲得省部級(jí)以上科技獎(jiǎng)6項(xiàng)，獲權(quán)發(fā)明專利25項(xiàng)。
李哲，1981年12月生，2009年重慶大學(xué)獲工學(xué)博士學(xué)位（重慶大學(xué)一美國(guó)密蘇里科技大學(xué)聯(lián)合培養(yǎng)），現(xiàn)為中國(guó)科學(xué)院重慶綠色智能技術(shù)研究院研究員，碩士生導(dǎo)師，主要研究方向?yàn)樗畮?kù)湖沼學(xué)、藻類生態(tài)學(xué)。中國(guó)地理學(xué)會(huì)湖泊與濕地分會(huì)理事、中國(guó)海洋與湖沼學(xué)會(huì)湖泊分會(huì)理事、國(guó)際能源組織（IEA）專家組成員、國(guó)際水電協(xié)會(huì)（IHA）水庫(kù)溫室氣體項(xiàng)目專家組成員。作為課題負(fù)責(zé)人先后承擔(dān)了國(guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目、青年基金項(xiàng)目、國(guó)家“十一五”、“十二五”水體污染控制與治理科技重大專項(xiàng)、重慶市基礎(chǔ)與前沿研究計(jì)劃重點(diǎn)項(xiàng)目、重慶市自然基金面上項(xiàng)目等國(guó)家或省部級(jí)項(xiàng)目十余項(xiàng)。獲中國(guó)科學(xué)院“西部之光”青年學(xué)者計(jì)劃A類項(xiàng)目資助，重慶市科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)1次。在國(guó)內(nèi)外學(xué)術(shù)期刊上發(fā)表論文100余篇（其中SCI論文20余篇），授權(quán)發(fā)明和實(shí)用新型專利20余項(xiàng)。
方芳，2002年獲重慶大學(xué)獲博士學(xué)位，現(xiàn)為重慶大學(xué)教授，博士生導(dǎo)師。主要研究方向?yàn)樗廴究刂评碚撆c技術(shù)，曾于2008-2009年在荷蘭代爾夫特理工大學(xué)做訪問學(xué)者，目前為國(guó)際水協(xié)會(huì)員，中國(guó)工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)城市給水排水專業(yè)委員會(huì)委員。作為負(fù)責(zé)人承擔(dān)了國(guó)家自然科學(xué)基金、國(guó)家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目子課題、國(guó)家水體污染控制與治理科技重大專項(xiàng)子課題、國(guó)家科技支撐計(jì)劃子課題、重慶市重點(diǎn)科技攻關(guān)項(xiàng)目、重慶市自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目等10余項(xiàng)科研項(xiàng)目。曾獲省部級(jí)科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)1次，二等獎(jiǎng)3次。在國(guó)內(nèi)外學(xué)術(shù)期刊上發(fā)表論文100余篇（其中SCI論文30余篇），授權(quán)發(fā)明專利和實(shí)用新型專利20余項(xiàng)。
目錄
第1章 水庫(kù)生態(tài)學(xué)研究的理論、方法與進(jìn)展 1
1.1 水庫(kù)與人類社會(huì)發(fā)展 1
1.2 水庫(kù)主要生態(tài)過程與基本特征 8
1.2.1 水庫(kù)地理分布、形態(tài)特征及其同流域的關(guān)系 8
1.2.2 水庫(kù)生態(tài)系統(tǒng)的物理生境 13
1.2.3 水庫(kù)的化學(xué)、生物過程與生態(tài)系統(tǒng)發(fā)育、演化 17
1.2.4 水庫(kù)生態(tài)系統(tǒng)的綜合特征 23
1.3 水庫(kù)生態(tài)學(xué)研究進(jìn)展與本書總體構(gòu)架 26
1.3.1 湖沼學(xué)發(fā)展的回顧與簡(jiǎn)述 26
1.3.2 水庫(kù)生態(tài)學(xué)發(fā)展現(xiàn)狀與研究進(jìn)展 30
1.3.3 本書總體構(gòu)架與內(nèi)容設(shè)置 34
主要參考文獻(xiàn) 37
第2章 三峽水庫(kù)及其典型支流澎溪河概況 40
2.1 三峽水庫(kù)生態(tài)系統(tǒng)總體特征概述 40
2.1.1 三峽工程簡(jiǎn)況 40
2.1.2 三峽水庫(kù)生態(tài)系統(tǒng)特征 42
2.2 三峽水庫(kù)典型支流澎溪河流域基本情況 52
2.2.1 區(qū)位與水系 52
2.2.2 地形地貌與地質(zhì)特征 53
2.2.3 氣候氣象特點(diǎn) 54
2.2.4 水文徑流特征 55
2.2.5 植被覆蓋與水土流失 57
2.2.6 流域行政區(qū)劃與社會(huì)發(fā)展現(xiàn)狀 58
2.2.7 澎溪河流域污染負(fù)荷現(xiàn)狀 60
2.3 澎溪河流域在三峽庫(kù)區(qū)的典型性與代表性 62
主要參考文獻(xiàn) 66
第3章 澎溪河水文與總體水動(dòng)力特征 67
3.1 2003 ~2012年成庫(kù)10年澎溪河流域降雨、徑流過程 67
3.2 澎溪河回水區(qū)總體水動(dòng)力模型構(gòu)建 70
3.2.1 HEC-RAS模型基礎(chǔ)與應(yīng)用現(xiàn)狀 70
3.2.2 澎溪河回水區(qū)一維水動(dòng)力模型構(gòu)建 72
3.3 水庫(kù)運(yùn)行下澎溪河回水區(qū)總體水動(dòng)力特征 76
3.3.1 典型時(shí)斷河道水力學(xué)特征 76
3.3.2 水體滯留與更新交換特點(diǎn) 79
主要參考文獻(xiàn) 84
第4章 水庫(kù)運(yùn)行下澎溪河水體光熱特征 86
4.1 澎溪河流域光合作用有效輻射基本特點(diǎn) 86
4.2 澎溪河真光層深度估算及其影響因素分析 91
4.2.1 澎溪河真光層深度的時(shí)空變化特點(diǎn) 91
4.2.2 水庫(kù)運(yùn)行下澎溪河水體光學(xué)特性的影響因素分析 99
4.3 水庫(kù)運(yùn)行下澎溪河水溫及其垂向分布特征 107
4.3.1 湖泊、水庫(kù)垂向垂向水溫結(jié)構(gòu)研究背景簡(jiǎn)述 107
4.3.2 澎溪河水體表層水溫與水氣溫差變化特征 109
4.3.3 澎溪河垂向水溫結(jié)構(gòu)的逐月與晝夜變化過程 112
主要參考文獻(xiàn) 119
第5章 水庫(kù)運(yùn)行下澎溪河關(guān)鍵生源要素動(dòng)態(tài) 121
5.1 澎溪河消落帶/淹沒區(qū)土壤營(yíng)養(yǎng)物調(diào)查 121
5.1.1 背景 121
5.1.2 開縣消落帶受淹前土壤氮磷含量調(diào)查 122
5.1.3 水庫(kù)運(yùn)行下澎溪河主要消落帶土壤氮磷含量與賦存形態(tài) 125
5.1.4 澎溪河主要淹沒區(qū)底泥氮磷含量調(diào)查 133
5.1.5 澎溪河消落帶/淹沒區(qū)土壕氮、磷含量總體特征 134
5.2 水中關(guān)鍵生源要素賦存形態(tài)與時(shí)空變化 138
5.2.1 澎溪河回水區(qū)水體氮素的時(shí)空變化過程 138
5.2.2 澎溪河回水區(qū)水體磷的時(shí)空變化過程 146
5.3 營(yíng)養(yǎng)鹽相對(duì)豐度變化及其對(duì)藻類生長(zhǎng)的影響 150
5.3.1 關(guān)鍵生源要素的化學(xué)計(jì)量關(guān)系與限制性評(píng)價(jià) 150
5.3.2 水庫(kù)運(yùn)行下澎溪河關(guān)鍵生源要素產(chǎn)匯特點(diǎn) 151
5.3.3 水庫(kù)運(yùn)行下澎溪河關(guān)鍵生源要素動(dòng)態(tài)對(duì)藻類群落的影響 156
主要參考文獻(xiàn) 159
第6章 澎溪河藻類群落動(dòng)態(tài)及其對(duì)生境的響應(yīng) 161
6.1 三峽支流水華現(xiàn)象及其研究進(jìn)展 161
6.1.1 成庫(kù)后三峽庫(kù)區(qū)支流水華特征概述 161
6.1.2 三峽支流富營(yíng)養(yǎng)化與水華研究進(jìn)展 165
6.2 澎溪河回水區(qū)藻類群落動(dòng)態(tài) 167
6.2.1 澎溪河回水區(qū)藻類物種調(diào)查與藻種名錄 167
6.2.2 澎溪河回水區(qū)藻類生物量變化 172
6.2.3 澎溪河回水區(qū)藻類群落演替過程（2007 ~2009 年） 175
6.2.4 澎溪河回水區(qū)藻類群落多樣性與演替速率（2007 ~2009 年） 183
6.3 燕類群落的生境選擇學(xué)說與生態(tài)功能分組 186
6.3.1 藻類群落的生境選擇學(xué)說 186
6.3.2 澎溪河回水區(qū)的藻類功能分組（2007 ~2009 年） 193
6.4 藻類群落演替的宏觀生態(tài)模式與水華形成機(jī)制 199
6.4.1 梯度分析的基本原理及其在藻類生態(tài)研究中的運(yùn)用 199
6.4.2 基于功能分組的生境變化藻類群落演替梯度分析 201
6.4.3 澎溪河回水區(qū)水華成因分析 210
6.4.4 澎溪河回水區(qū)藻類群落季節(jié)演替的宏觀生態(tài)模式 216
6.5 澎溪河回水區(qū)藻類原位生長(zhǎng)試驗(yàn)研究 219
6.5.1 基于藻類原位生長(zhǎng)試驗(yàn)預(yù)測(cè)藻類群落演替與水華的總體思路 219
6.5.2 不同生長(zhǎng)策略藻種的原位生長(zhǎng)試驗(yàn)研究 221
6.5.3 流速對(duì)藻類生長(zhǎng)影響的原位生態(tài)槽試驗(yàn)研究 232
主要參考文獻(xiàn) 238
第7章 澎溪河水-氣界面CO2 、CH4 通量研究 242
7.1 水庫(kù)溫室氣體通量研究簡(jiǎn)述 242
7.2 水庫(kù)溫室氣體監(jiān)測(cè)技術(shù)與方法 245
7.2.1 水庫(kù)溫室氣體產(chǎn)匯路徑與監(jiān)測(cè) 245
7.2.2 水氣界面溫室氣體通量監(jiān)測(cè)技術(shù)現(xiàn)狀 248
7.2.3 三峽水庫(kù)溫室氣體通量監(jiān)測(cè)方案的總體設(shè)計(jì) 249
7.2.4 水庫(kù)溫室氣體通量主要監(jiān)測(cè)方法的改進(jìn)、比較與適用性 252
7.3 澎溪河溫室氣體通量時(shí)空特征與影響因素 262
7.3.1 澎溪河溫室氣體通量監(jiān)測(cè)方案 262
7.3.2 澎溪河溫室氣體通量時(shí)空特點(diǎn) 264
7.3.3 澎溪河典型庫(kù)灣氣泡釋放通量和消落帶土-氣溫室氣體通量 271
7.4 水庫(kù)運(yùn)行下澎溪河溫室氣體通量估算 283
7.5 澎溪河水體二氧化碳分壓變化及其影響因素 291
主要參考文獻(xiàn) 307
第8章 澎溪河回水區(qū)水體富營(yíng)養(yǎng)化與水華特點(diǎn) 311
8.1 富營(yíng)養(yǎng)化與水華 311
8.2 澎溪河回水區(qū)營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)與初級(jí)生產(chǎn)力結(jié)構(gòu) 312
8.2.1 營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)評(píng)價(jià)與長(zhǎng)序列分析 312
8.2.2 澎溪河回水區(qū)初級(jí)生產(chǎn)力結(jié)構(gòu)調(diào)查 314
8.3 澎溪河回水區(qū)富營(yíng)養(yǎng)化與水華成因的探討 320
主要參考文獻(xiàn) 323
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