梯级筑坝下小型山区河流水体碳氮磷的时空特征及富营养化风险

摘要

梯级筑坝对河流水环境演化的影响是国内外关注的热点.小型山区河流高密度梯级开发对水体生源要素的空间格局以及水环境演化的累积影响特征尚不清楚.以重庆市五布河为研究对象,对流域内8个“河流—水库—下泄水”交替系统中表层水体理化因子及碳(C)、氮(N)、磷(P)形态组成进行季节性监测,探讨了梯级筑坝对小型河流生源要素空间格局及水体富营养化风险影响的累积特征及驱动机制.结果表明:梯级水电开发对五布河流域水生生境和生源要素空间分配的影响具有潜在的累积效应,各库区水体碳氮磷浓度均呈逐级增加的空间规律;水库段的有机碳及不同形态的氮、磷浓度均高于入库河流,因此水体养分浓度呈现出河段尺度(即单个河流—水库—下泄水系统)和流域尺度(即上游至下游)耦合的空间变异模式.上游水库中溶解性氮、磷的再释放及下泄输移能够补给下游库区,加之下游水库泥沙对氮、磷的吸附—沉积作用的减弱,导致水体氮、磷总量及溶解性氮、磷的占比沿程增加,呈现梯级筑坝对水环境演化的累积影响.梯级筑坝影响下河流碳氮磷总量的相关性减弱,而溶解性养分间的相关性增强,形成了特殊的养分协同演化;水库群之间水力滞留时间的差异与水体碳氮磷浓度具有较好的线性关系,是影响流域养分分配的关键因素.五布河流域水体均为高富营养化风险,由于梯级筑坝下水体溶解性养分的逐级增加,下游水库水华风险更大;水力滞留时间与水体富营养化指数及叶绿素a浓度呈显著正向关,结合氮磷比特征的分析,本研究认为外源磷输入控制及水力滞留时间的调节是五布河梯级水库富营养化防控的有效途径.