三峽水庫運行對長江干流磷傳輸?shù)挠绊懠皩Σ?pdf

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1、第45卷第15期人民長江Vo1．45．No．152014年8月YangtzeRiverAug．，2014文章編號：1001—4179(2014)15—0014—04三峽水庫運行對長江干流磷傳輸?shù)挠绊懠皩Σ卟芑廴?，李青云，陳?長江科學院流域水環(huán)境研究所，湖北武漢430010)摘要：三峽水庫運行后，下泄泥沙量減少明顯，對下游營養(yǎng)物質(zhì)的連續(xù)傳輸產(chǎn)生影響。通過實驗模擬了天然河流水沙條件下懸浮泥沙對磷的吸附過程，并利用Langmuir吸附公式對顆粒磷濃度與含沙量和溶解磷濃度的關(guān)系進行擬合。結(jié)果表明，泥沙對磷的吸附量與溫度成正相關(guān)性、

2、與粒徑呈負相關(guān)性；三峽工程運行后近1Oa，長江中下游輸沙量和顆粒磷通量減少幅度達到90％；預測未來20a長江中下游顆粒磷通量仍遠低于建庫前水平。針對三峽水庫攔截泥沙和營養(yǎng)物質(zhì)的問題，提出了三峽壩前挖沙壩后投沙的水沙調(diào)控新思路。關(guān)鍵詞：懸浮泥沙；顆粒磷；水沙調(diào)控；三峽水庫中圖法分類號：TV697．25文獻標志碼：A對河流中磷連續(xù)傳輸?shù)挠绊?，并提出減緩對策建議和1研究背景研究展望。水沙與營養(yǎng)物質(zhì)的輸送是河流最重要的自然生態(tài)2長江干流磷輸送特點和通量服務功能之一。R．L．Vannote等人提出了河流連續(xù)體概念，認為河流從源頭、上游

3、、中下游至河口是一個長江干流的磷主要以顆粒態(tài)形式輸移。長江水體連續(xù)的系統(tǒng)，是水域生態(tài)系統(tǒng)中物質(zhì)循環(huán)的主要通道。pH值和鈣鎂離子含量較高，磷易形成不溶于水的化合自然河流中大量營養(yǎng)物質(zhì)吸附在泥沙顆粒表面，隨著物，吸附于細顆粒泥沙上。1997～1998年的調(diào)查表水流運動而連續(xù)輸移，為水生生物提供了豐富的營養(yǎng)。明，長江中下游豐水期顆粒磷占總磷濃度比例約為隨著大型水電工程的修建，河流輸運能力減弱，導致河93％，枯水期約為62％；1998年和1999年秋季調(diào)查流水沙和營養(yǎng)物質(zhì)運移規(guī)律發(fā)生變化，一方面庫區(qū)泥表明，長江干流顆粒磷占總磷濃度比

4、例高達70％～沙淤積、營養(yǎng)物質(zhì)富集；另一方面壩下游清水沖刷、營90％。。。因此，長江干流水體中的磷主要借助于懸浮養(yǎng)物質(zhì)比例失調(diào)，對河流的生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生一定影泥沙輸移。響。長江干流的磷主要集中在豐水期輸移。20世紀氮與磷是河流的重要營養(yǎng)元素。河流的氮磷比反90年代長江干流歷史調(diào)查資料顯示，豐水期總磷和顆映水域生態(tài)系統(tǒng)中初級生產(chǎn)者生長的環(huán)境營養(yǎng)狀況，粒磷的輸送通量達到4．4～13．4kg／s和4．0～13．0是維持食物鏈正常運行的最關(guān)鍵參數(shù)之一。健康河流kg／s，枯水期僅為0．1～0．6kg／s和0．1～0．3kg／s的氮磷比一般

5、為8～30，當?shù)妆却笥?0時，磷是限(見圖1)。長江干流枯水期總磷和顆粒磷通量僅占豐制性因素。研究表明，20世紀90年代長江中下游水期的2％～11％，河流中的大部分磷在豐水期輸移。的氮磷比高達70～500E4]，說明中下游磷缺少而氮富3長江干流泥沙與磷的關(guān)系余，磷是限制性因素。本文以三峽工程為例，闡述長江控制性水電工程根據(jù)前期研究，長江干流的磷主要借助于懸浮泥收稿日期：2014—07—10基金項目：國家自然科學基金項目(51109010)；中央級公益性科研院所基本科研業(yè)務項目(CKSF2013015／SH)；水利部公益性行

6、業(yè)專項經(jīng)費項目(201401020)；中國清潔發(fā)展機制基金贈款項目(2012044)作者簡介：曹慧群，女，高級工程師，主要從事河流動力學、水環(huán)境保護研究。E—mail：caohuiqun@163．corn第15期曹慧群，等：三峽水庫運行對長江千流磷傳輸?shù)挠绊懠皩Σ?5—l_∞．∞＼■魍酪0O000O65432103．2定量關(guān)系實驗結(jié)果顯示，顆粒磷濃度與含沙量、初始磷濃度均呈正比。根據(jù)實驗結(jié)果，分析并建立顆粒磷濃度與＼■含沙量和溶解磷濃度的定量關(guān)系。根據(jù)作者前期研究幽醛成果，選擇Langmuir吸附公式對實驗結(jié)果進行擬合川。在

7、典型Langmuir吸附公式的基礎上考慮含沙量的影響，建立反映含沙量的Langmuir吸附公式：宜賓重慶宜昌武漢C=kSC／(1+．i}S～C)(1)式中，c為吸附平衡時顆粒磷濃度，mg／L；S為含沙量，kg／m；C，為吸附平衡時水體中溶解磷濃度，mg／L；k、k為泥沙吸附磷的影響系數(shù)；n為泥沙吸附磷的影響指數(shù)。利用Langmuir吸附公式(1)對3組粒徑泥沙分別擬合，擬合參數(shù)見表1。各組粒徑的擬合精度達到了90％左右，擬合效果較好。因此，可采用Langmuir吸宜賓重慶宜昌武漢附公式(1)對長江顆粒磷濃度、含沙量、溶解磷濃

8、度的圖120世紀90年代豐、枯期長江典型水文站點磷通量關(guān)系進行定量擬合。沙輸移，水體中磷與泥沙呈正相關(guān)性。在河流泥沙吸表1基于Langmuir模型的擬合參數(shù)及相關(guān)系數(shù)附磷的過程中，含沙量、初始磷濃度、泥沙粒徑和溫度等是最重要的影響因素。通過開展懸浮泥沙吸附磷的實驗，探討含沙量、初始磷濃度、