李 欣，宋林旭，紀道斌，劉德富

(1.三峽大學水利與環(huán)境學院，湖北 宜昌 443002；2.三峽庫區(qū)生態(tài)環(huán)境教育部工程研究中心(三峽大學)，湖北 宜昌 443002；3.湖北工業(yè)大學河湖生態(tài)修復與藻類利用湖北省重點實驗室，武漢 430068)

氮、磷等營養(yǎng)鹽是水體富營養(yǎng)化的物質(zhì)基礎(chǔ)[1]，且其存在形態(tài)，結(jié)構(gòu)及其分布特征與水華生消密切相關(guān)。三峽水庫蓄水之后，水動力條件發(fā)生改變，在不同水位運行期，庫區(qū)支流庫灣普遍存在不同形式干流倒灌現(xiàn)象[2]。倒灌異重流對支流庫灣營養(yǎng)鹽的貢獻有可能成為補給支流營養(yǎng)鹽的主要來源[3-6]。為研究干流倒灌對庫灣營養(yǎng)鹽的影響，本文選擇神農(nóng)溪庫灣為研究對象，在蓄水期9-11月進行水動力及營養(yǎng)鹽持續(xù)監(jiān)測，研究蓄水過程中支流庫灣水動力特性、營養(yǎng)鹽變化過程，分析了水動力過程對庫灣營養(yǎng)鹽動態(tài)分布影響，并根據(jù)營養(yǎng)鹽結(jié)構(gòu)變化特征，評估蓄水過程中水華暴發(fā)風險。以期為研究三峽水庫運行對庫灣水體營養(yǎng)鹽動態(tài)變化過程提供了基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 神農(nóng)溪概況

神農(nóng)溪系長江三峽水庫湖北省庫區(qū)第二大支流，發(fā)源于神農(nóng)架山脈南坡，地處鄂西北山區(qū)。其干流全長60.6 km，于西瀼口注入長江，流域總面積1 047 km2。三峽水庫修建前，神農(nóng)溪早期的污染源主要是人類的生活的污水以及農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的污染物，且環(huán)境負荷較小，因此“水華”現(xiàn)象較為少見。三峽大壩修建后，受蓄水影響，神農(nóng)溪從河流態(tài)變成回水庫灣，175 m時形成離河口26 km回水區(qū)，呈現(xiàn)出內(nèi)陸湖泊水文狀況。河口至上游段面處水面基本上未有明顯流速，水體流動稀釋作用大大減弱，自我凈化功能衰退，造成營養(yǎng)物質(zhì)停滯于固定區(qū)域，給營養(yǎng)物質(zhì)的濃度累積形成了條件，神農(nóng)溪庫灣近年來多次暴發(fā)水華。

1.2 樣點布設(shè)

根據(jù)神農(nóng)溪水流特點及河流形態(tài)，在神農(nóng)溪庫灣回水區(qū)內(nèi)設(shè)置SN01～SN06共6個斷面，另設(shè)置SNYT為上游入流控制斷面，在長江干流中設(shè)置CJBD斷面(見圖1和表1)。

圖1 監(jiān)測斷面布設(shè)示意圖Fig. 1 Map of the monitoring section layout diagram

1.3 監(jiān)測時段及采樣時間

監(jiān)測時段：2013年汛末蓄水期(9月10日-11月24日)；根據(jù)三峽工程2013年175 m試驗性蓄水計劃安排的時間和進程將采樣次數(shù)定為3次，分別是9月17日、10月20日和11月21日。

表1 監(jiān)測斷面設(shè)置說明Tab.1 The monitoring section setup instructions

1.4 監(jiān)測指標及分析方法

監(jiān)測指標如表2所示，包括水位、水深、水溫、流速以及營養(yǎng)鹽指標中的總氮(TN)、總磷(TP)、正磷酸鹽(PO4-P)、硝氮(NO3-N)、氨氮(NH4-N)和溶解性硅酸鹽(D-Si)。水深、水溫和流速這三個指標現(xiàn)場監(jiān)測后在電腦中導出數(shù)據(jù)并分析，營養(yǎng)鹽指標參考《水和廢水分析方法》(第四版)[7]和《湖泊生態(tài)調(diào)查觀測與分析》[8]測定，在樣品采集后的3 d內(nèi)完成分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 水動力特性

2.1.1 水位變化特點

監(jiān)測期間水位變化如圖2所示。根據(jù)三峽水庫蓄水前后水位日變幅及變化趨勢分為3個階段：

第一階段——9月10日至9月22日，歷時13 d，水位從157.97 m變化至166.4 m，共計上升8.43 m，日均升幅0.648 m，日變幅達到最大值1.68 m，水位上升較快；

第二階段——9月23日至11月10日，歷時49 d，水位從166.47 m變化至174.89 m，共計上升8.42 m，日均升幅0.172 m，水位上升較慢；

第三階段——11月11日至11月24日，歷時14 d，此階段水位在174.58 m至174.99 m之間波動，變化幅度極小。

圖2 蓄水期神農(nóng)溪庫灣水位變化Fig.2 Shennong Bay water level changes during the period of Impoundme

監(jiān)測指標監(jiān)測儀器預處理監(jiān)測方法水位-- 從中國長江三峽集團公司網(wǎng)站(http:∥www.ctg.com.cn/inc/sqsk.php)直接獲取水深美國產(chǎn)HydroLabDS5多參數(shù)水質(zhì)監(jiān)測儀- 現(xiàn)場測量,首先在水面停留35s,然后沿垂向緩慢向下放儀器,讀數(shù)每1s更新一次水溫美國產(chǎn)HydroLabDS5多參數(shù)水質(zhì)監(jiān)測儀- 現(xiàn)場測量,首先在水面停留35s,然后沿垂向緩慢向下放儀器,讀數(shù)每1s更新一次流速挪威產(chǎn)“威龍”聲學多普勒三維點式流速儀6MHzVectorADV-現(xiàn)場測量,沿垂向每2m監(jiān)測一組數(shù)據(jù),可監(jiān)測采樣點沿E、N及沿水深方向的流速大小總氮(TN)紫外分光光度計 將采集的300mL水樣用GF/C濾膜過濾(孔徑0.45μm)并低溫保存 將預處理過的水樣帶回實驗室進行水化學分析總磷(TP)紫外分光光度計 將采集的300mL水樣用GF/C濾膜過濾(孔徑0.45μm)并低溫保存 將預處理過的水樣帶回實驗室進行水化學分析正磷酸鹽(PO4-P)紫外分光光度計 將采集的另一瓶300mL水樣加入0.15mL濃H2SO4低溫保存 將預處理過的水樣帶回實驗室進行水化學分析硝氮(NO3-N)紫外分光光度計 將采集的另一瓶300mL水樣加入0.15mL濃H2SO4低溫保存 將預處理過的水樣帶回實驗室進行水化學分析氨氮(NH4-N)紫外分光光度計 將采集的另一瓶300mL水樣加入0.15mL濃H2SO4低溫保存 將預處理過的水樣帶回實驗室進行水化學分析溶解性硅酸鹽(D-Si)紫外分光光度計 將采集的另一瓶300mL水樣加入0.15mL濃H2SO4低溫保存 將預處理過的水樣帶回實驗室進行水化學分析

2.1.2 水流特點

圖3為2013年蓄水過程中SN01斷面不同階段流速沿垂向分布規(guī)律。第一階段中，干流水體以表層倒灌異重流形式潛入神農(nóng)溪庫灣。根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)，干流水體從表層至水深38 m范圍潛入庫灣，水深38 m以下的庫灣水體從上游流向河口，最大流速達到0.167 m/s，平均流速為0.045 5 m/s[圖3(a)]；第二階段干流水體以中層倒灌異重流形式潛入庫灣，干流水體從中層(水深10～35 m范圍)潛入庫灣，水深約35 m以下和10 m以上的水體從庫灣流向河口，平均流速達到0.024 m/s[圖3(b)]；在第三階段中，干流水體以底部倒灌異重流形式潛入庫灣，11月21日干流水體從66m至河底范圍潛入庫灣，最大流速達到0.147 m/s，平均流速達到0.044 m/s[圖3(c)]。蓄水過程中庫灣是具有明顯的分層異向流動特性，產(chǎn)生這種分層異向流動的最主要原因是由干支流水體密度差引起的[10]。

圖4顯示了各蓄水階段的神農(nóng)溪庫灣水流特性，其中9月17日、10月20日分別為蓄水較快和較緩時段的水流特性?？梢钥闯?，蓄水過程中支流水流具有較明顯的分層異向流動特性，整個蓄水過程中神農(nóng)溪庫灣流速整體小于0.1 m/s。第一階段中，在距河口18 km以內(nèi)的水域水體整體呈分層異向流特性，水庫干流水體由表層至水深38 m范圍潛入支流，水深30 m以下的支流水體流向干流，從距河口18km以上至回水末端水域，水體由上游流向下游，呈一維特性[圖4(a)]。第二階段水位日升幅緩慢，在距河口7 km以內(nèi)的水域水體整體呈分層異向流特性，干流水體由水深10～35 m范圍倒灌入支流，水深約35 m以下和10 m以上的支流水體流向干流(圖4(b))，倒灌異重流方式由表層倒灌變?yōu)橹猩蠈拥构?，倒灌強度與潛入范圍較第一階段明顯減小，這是因為在蓄水開始后，氣溫逐漸下降，神農(nóng)溪庫灣表層水體溫度迅速降低，而干流水溫降低較慢，干流水體從表層灌入神農(nóng)溪庫灣形成表層異重流。而隨著蓄水過程的進行，干流水溫逐漸降低，而神農(nóng)溪庫灣表層水體溫度變化不如第一階段的變化明顯，因此，干流水體倒灌入支流的潛入點下降。

2.1.3 水溫變化特點

在蓄水過程中，各個階段表層水溫差異明顯(圖5)，第一階段支流水溫比干流水溫高3.27 ℃，主要是因為干流流速大，水體垂向混合較強而不易形成溫度分層，支流流速小，水溫分層明顯，從河口到上游各斷面的水溫逐漸升高；在第二階段中，水庫干支流的水溫差迅速減小，各斷面間水溫波動較小；而蓄水結(jié)束后，干支流的溫度差趨于0。整個蓄水過程中，水庫干支流水溫整體呈下降趨勢，這主要是受氣溫的影響，但是在整個蓄水過程中水溫均大于20 ℃，滿足藻類生長的溫度條件[9]。

2.2 營養(yǎng)鹽沿水流方向的時空分布特征

2.2.1 磷的縱向時空分布特征

在蓄水過程中，神農(nóng)溪庫灣的TP和PO4-P縱向時空分布如圖6示。蓄水第一階段由圖6(a) 可知，干流CJBD斷面的TP濃度略高于庫灣各斷面平均值，略低于河口SN01斷面，從SN01至SN04斷面呈快速遞減趨勢，而上游區(qū)域的變化趨勢則與之相反，TP濃度呈逐漸升高的趨勢；蓄水第二階段中，干流CJBD斷面的TP濃度略低于河口附近SN01斷面，從SN01至SNYT呈緩慢遞減趨勢；蓄水第三階段干流CJBD斷面至SN03斷面處TP濃度無明顯變化，而SN04處TP濃度達到最小值，上游區(qū)域TP濃度逐漸升高。

圖3 SN01斷面流速沿深度方向分布Fig.3 SN01 sectional velocity distribution along the depth direction注：水流流入庫灣流速為正，流出庫灣為負

圖4 流速分布縱剖面圖Fig. 4 Profile of velocity distribution profile注：圖中白色箭頭表示由河口流向支流，黑色箭頭表示由支流流向河口，箭頭長度表示流速大小(m/s)

圖5 蓄水期神農(nóng)溪庫灣水溫變化Fig.5 Shennong Bay water temperature changes during the period of Impoundment

由圖6(b) 可知，蓄水第一階段干流CJBD斷面的PO4-P濃度明顯高于庫灣各斷面，從SN01斷面至SNYT斷面PO4-P濃度整體上逐漸降低；第二階段中，干流CJBD斷面的PO4-P濃度明顯低于下游SN01與SN02斷面，而從SN01至SN06斷面，PO4-P濃度呈現(xiàn)逐漸降低的趨勢，而上游SNYT斷面的PO4-P濃度則高于庫灣平均值；到了第三階段，從干流CJBD斷面到SN03斷面的TP濃度無明顯差異，在SN04處PO4-P濃度達到最小值，從SN04斷面到上游區(qū)域呈線性遞增趨勢。

蓄水末期TP平均濃度比初期略有降低，由0.056 mg/L降至0.049 mg/L；而PO4-P則由0.011 mg/L上升至0.026 mg/L，PO4-P占TP百分比從19.6%升高至約53%，吸附態(tài)P的濃度從蓄水初期的0.045 mg/L降至0.023 mg/L，這是由于在蓄水過程中水流減緩，水體中碎屑物質(zhì)迅速沉降[11],被懸浮泥沙吸附的顆粒態(tài)磷酸鹽沉降[12-14]。

2.2.2 氮的縱向時空分布特征

圖7為神農(nóng)溪庫灣蓄水期間TN與NO3-N動態(tài)分布。由圖7(a)可知，在蓄水第一階段，從干流CJBD斷面到SN06斷面，TN濃度呈逐漸降低的趨勢，上游SNYT斷面的TN濃度遠遠低于庫灣平均值；到了蓄水第二階段，干流CJBD斷面的TN濃度略低于河口SN01斷面，略高于庫灣平均值，而從SN01到SN06斷面TN濃度上下波動，無明顯變化趨勢，上游SNYT斷面的TN濃度還是遠遠低于庫灣平均值；在蓄水第三階段中，干流CJBD斷面與河口SN01斷面的TN濃度大致相等，而從SN01到SN04斷面TN濃度緩慢降低，在上游區(qū)域的TN濃度趨于一致。

圖6 蓄水期間神農(nóng)溪庫灣的TP和PO4-P縱向時空分布Fig. 6 TP and PO4-P longitudinal time and space distribution in Shennong Bay during the period of impounding

圖7 蓄水期間神農(nóng)溪庫灣的TN和NO3-N縱向時空分布Fig.7 TN and NO3-N longitudinal time and space distribution in Shennong Bay during the period of impounding

由圖7(b)可知，在蓄水第一階段中，從干流CJBD斷面到庫灣下游區(qū)域NO3-N濃度逐漸降低，上游區(qū)域的NO3-N濃度趨于一致；庫灣的NO3-N濃度在蓄水第二階段中無明顯變化規(guī)律，上游SNYT斷面遠遠低于庫灣平均值；而到了蓄水第三階段，NO3-N濃度則無明顯變化規(guī)律，整體上相當。

TN與NO3-N的變化范圍分別為0.924～2.569和0.608～1.796 mg/L，均值分別是1.759 mg/L和1.341 mg/L。蓄水末期與初期比較，庫灣中總氮含量由1.302 mg/L上升到1.77 mg/L，NO3-N濃度也由0.843 mg/L上升至1.563 mg/L，NO3-N占TN百分比從65%升高至約88%。蓄水使NO3-N比例增加。而NH4-N對環(huán)境變化敏感，受此地區(qū)人為活動干擾大[15]。蓄水期間變化沒有明顯差異，調(diào)查期間NH4-N的變化范圍0.002～0.295 mg/L，平均值0.143 mg/L。

2.2.3 硅的縱向時空分布特征

神農(nóng)溪庫灣D-Si動態(tài)分布如圖8所示，由圖可知，蓄水第一階段各斷面的D-Si濃度均大于第二階段和第三階段，而第二階段和第三階段各斷面間D-Si濃度相近且空間差異較小，蓄水末期的D-Si濃度較蓄水初期下降了約1/3。蓄水第一階段到第二階段中，庫灣D-Si濃度變化較大，這是由于上游來流量減少，水流流速減緩，水體中碎屑物質(zhì)沉積使水體中溶解性硅酸鹽的補給量減少，同時可溶性硅酸鹽自身的脫水作用[16]和生物沉積作用[17]使水體中的D-Si濃度迅速降低。

圖8 蓄水期間神農(nóng)溪庫灣的D-Si縱向時空分布Fig.8 D-Si longitudinal time and space distribution in Shennong Bay during the period of impounding

2.2.4 葉綠素的時空分布特征

在整個蓄水過程中神農(nóng)溪庫灣葉綠素a濃度變化顯著，干流CJBD斷面與上游控制斷面SNYT的葉綠素a濃度基本保持不變，在4 mg/m3以下(圖9)，峰值出現(xiàn)在蓄水第一階段的上游SN05水域，且蓄水第一階段的上游區(qū)域和蓄水第二階段除了河口SN01斷面外的其余斷面的葉綠素a濃度都超過了“水華”暴發(fā)葉綠素a濃度的閥值10 mg/m3，使水體呈中富營養(yǎng)化狀態(tài)[18]。而到了蓄水第三階段，神農(nóng)溪庫灣與干流水體的葉綠素a濃度接近。

圖9 蓄水期間神農(nóng)溪庫灣的Chl.a時空分布Fig.9 Chl.a longitudinal time and space distribution in Shennong Bay during the period of impounding

2.3 營養(yǎng)鹽結(jié)構(gòu)分析

2.3.1 N/P的動態(tài)分布特征

N/P對藻類的暴發(fā)性生長具有重要意義，是水中浮游植物營養(yǎng)結(jié)構(gòu)特點的重要反映[19]。據(jù)此學者提出富營養(yǎng)化評估的營養(yǎng)物限制性劃分標準：①當水中N/P<7-10時，藻類生長表現(xiàn)為氮限制狀態(tài)，生物固氮作用有可能發(fā)生以調(diào)節(jié)N/P，消納水體中相對較多的磷；②N/P>22.6～30時，磷將成為藻類生長的限制性因子[20,21]，較低的磷含量水平可能使得氮素的有機合成過程受到抑制，無機氮向有機氮形態(tài)轉(zhuǎn)化速率降低；③N/P介于兩者之間時為藻類生長的合適范圍，通過對硝氮的利用和攝取以實現(xiàn)對氮素有機合成的生態(tài)過程較為明顯。

由圖10所示，蓄水期間神農(nóng)溪庫灣N/P空間差異很大，蓄水第一階段從河口到SN04斷面N/P逐漸升高，而從SN04到上游SN07斷面的N/P則逐漸降低，干流處N/P略高于河口；第二階段從SN01到SN06斷面N/P總體上是緩慢增加的，上游SN07斷面的N/P低于庫灣平均值，干流的N/P同樣略高于河口；到了第三階段，從干流斷面到SN06斷面，N/P總體上呈逐漸升高的變化趨勢，而上游SN07斷面N/P明顯低于SN06斷面。在整個蓄水過程中，N/P的最大值出現(xiàn)在蓄水第三階段的SN06斷面為57.406，最小值出現(xiàn)在蓄水第一階段的河口SN01斷面為12.75。根據(jù)Justic提出的營養(yǎng)鹽濃度限制法則，有57%的N/P大于22，43%的介于10和22之間。

圖10 蓄水期間神農(nóng)溪庫灣表層水體N/P動態(tài)分布Fig.10 Surface layer waters N/P dynamic distribution in Shennong Bay during the period of impounding

2.3.2 Si/N的動態(tài)分布特征

圖11所示蓄水期間神農(nóng)溪庫灣表層水體Si/N動態(tài)分布，從時間上看，在蓄水第一階段中，從下游到上游Si/N在逐漸增大，最大值出現(xiàn)在上游SN07斷面為8.14；到了蓄水的第二階段和第三階段，從干流到SN06斷面的Si/N整體上相當，無明顯的變化規(guī)律。從空間分布來看，蓄水初期干流水體Si/N小于神農(nóng)溪，到了蓄水末期干支流Si/N總體上相當，并且?guī)鞛掣鲾嗝娴腟i/N在蓄水末期都比初期有了顯著的降低。總的來說，蓄水末期比蓄水初期Si/N減小。有國外學者研究表明，浮游植物對D-Si的吸收比例與N相近，對營養(yǎng)鹽的吸收比例是16(Si)∶15(N)∶1(P)，當環(huán)境中(Si/N)<1時，表明Si為潛在的限制因子[22]。而在此次監(jiān)測過程中，Si/N的變化范圍為1.68～8.14，(Si/N)>1，表明在神農(nóng)溪蓄水過程中，硅不是藻類生長的限制因子。

圖11 蓄水期間神農(nóng)溪庫灣表層水體Si/N動態(tài)分布Fig.11 Surface layer waters Si/N dynamic distribution in Shennong Bay during the period of impounding

2.3.3 Si/P的動態(tài)分布特征

圖12顯示的是蓄水期間神農(nóng)溪庫灣表層水體Si/P動態(tài)分布，可以看出Si/P的時空分布差異很大，變化范圍為23～264。整個蓄水過程中，下游略小于上游，庫灣各斷面沿水流方向先降低然后升高。

圖12 蓄水期間神農(nóng)溪庫灣表層水體Si/P動態(tài)分布Fig.12 Surface layer waters Si/P dynamic distribution in Shennong Bay during the period of impounding

3 討 論

3.1 水動力特性分析及其對營養(yǎng)鹽分布的影響

蓄水第一階段，壩前水位快速升高，干流水體從表層倒灌入支流，根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)可知，蓄水第一階段在距河口18 km以內(nèi)的水域水體整體呈分層異向流特性，給整個庫灣補給了大量的營養(yǎng)鹽，但是在庫灣中上游區(qū)域，由于水溫、光照等環(huán)境因子和緩慢的流速適宜浮游植物生長，致使下游營養(yǎng)鹽整體上大于中上游。不過上游來流也補給了部分營養(yǎng)鹽給庫灣上游區(qū)域，因此庫灣上游區(qū)域的營養(yǎng)鹽略高于庫灣中游區(qū)域。第二階段，壩前水位上升緩慢，干流水體由表層倒灌異重流逐漸過渡至中層倒灌異重流潛入神農(nóng)溪庫灣，在距河口7 km以內(nèi)的水域水體整體呈分層異向流特性，對庫灣中下游區(qū)域營養(yǎng)鹽補給大于對中上游區(qū)域的營養(yǎng)鹽補給。在蓄水第三階段，壩前水位已到達175 m的正常蓄水位。倒灌潛入點繼續(xù)下移，干流水體從中層倒灌異重流變?yōu)榈撞康构喈愔亓?，在距河?6 km以內(nèi)的水域水體整體呈分層異向流特性，整個庫灣表層的營養(yǎng)鹽濃度大致持平，無明顯變化趨勢。Schemel[23～24]等認為，水體的各種運動形式造成了生物有機體和生源要素在不同空間尺度的分布，使水體環(huán)境發(fā)生改變并影響著庫區(qū)和河流水生生物的組成、數(shù)量以及分布。干流倒灌異重流的持續(xù)存在，使庫灣表層各營養(yǎng)鹽指標整體呈現(xiàn)自下游向上游逐漸降低的變化趨勢，說明倒灌異重流在給神農(nóng)溪庫灣輸入水量的同時，也為庫灣補給了大量的營養(yǎng)鹽[25]。在整個蓄水過程中，水溫始終大于20℃，滿足藻類增殖水溫條件，因此溫度不是影響營養(yǎng)鹽分布的主要因素。

3.2 蓄水過程對神農(nóng)溪庫灣水華暴發(fā)風險的分析

羅專溪等人[26]通過研究三峽水庫大寧河回水河段氮磷的來源、數(shù)量及時空特征，指出氮、磷營養(yǎng)鹽受干流倒灌影響明顯，并提出了干流逆向影響效應(yīng)，這種干流逆向影響效應(yīng)可能就是異重流影響效應(yīng)。而蓄水期間水流水動力環(huán)境有很大改變，長江水體泥沙含量較大，由于水庫水位的不斷抬升，密度較大的水流更容易進入庫灣，與庫灣水體進行摻混和交換，也就必然會改變營養(yǎng)鹽濃度和結(jié)構(gòu)分布特征。國外有學者研究發(fā)現(xiàn)[27～28]，飽和營養(yǎng)生長的藻細胞中N和P的原子比約為16∶1，當(N/P)>30時，P為限制因子；(N/P)<8時，N為限制因子；而N/P在8～30之間屬于正常的波動，15～16是藻類生長最佳水平。Justic等[29～30]提出：可溶性Si=2 μmol/L、N=1 μmol/L、P=0.1 μmol/L為限制浮游植物生長的營養(yǎng)鹽濃度閾值；當水體中(Si/P)>22和(N/P)>22時，P是浮游植物生長的營養(yǎng)限制；當(N/P)<10和(Si/N)>1時，為N限制；當(Si/P)<10和(Si/N)<1，Si是限制因子。數(shù)據(jù)顯示，蓄水期間N/P大多集中在8～30之間，N和P都不是限制因子，而在蓄水的第三階段中，中上游區(qū)域的(N/P)>30，P為限制因子。蓄水過程中神農(nóng)溪庫灣(Si/P)>22，(Si/N)>1，可見Si不是神農(nóng)溪庫灣的營養(yǎng)限制。

蓄水過程中，支流水體呈現(xiàn)分層異向流態(tài)的特性，干流水體分別從庫灣的表層、中層、底層倒灌入庫灣，并且水位上升越快，倒灌強度則越大。所以當干支流進行水體交換時，由于干流葉綠素a含量較低，故會對庫灣水體的葉綠素a含量起稀釋作用。在蓄水第一階段中，水位迅速提升，干流水體以表層倒灌入庫灣，且倒灌強度直至中游，從河口到庫灣中游區(qū)域的葉綠素a濃度大于干流，小于10 mg/m3，而上游區(qū)域葉綠素a濃度明顯高于10 mg/m3，達到了中富營養(yǎng)化狀態(tài)；蓄水第二階段，干流水體從中層倒灌入庫灣，除了河口SN01斷面，庫灣其余斷面葉綠素a含量都高于10 mg/m3，此階段整個庫灣都達到中富營養(yǎng)化狀態(tài)；在蓄水末期整個庫灣葉綠素a含量都低于5 mg/m3，處于貧營養(yǎng)化狀態(tài)，暴發(fā)水華的風險較小。

在蓄水第一階段中，從干流到庫灣中游區(qū)域的N/P整體上大于22，而從SN05斷面到上游SN07斷面的N/P值則介于10～22，說明在蓄水第一階段中庫灣上游區(qū)域富營養(yǎng)化比較嚴重，水華暴發(fā)風險較大；到了蓄水第二階段，從干流到上游斷面的N/P幾乎都集中在14～20之間，整個庫灣水華暴發(fā)的風險最大；而在蓄水末期即蓄水第三階段中，庫灣各斷面的N/P都大于22，說明蓄水第三階段富營養(yǎng)化較之前兩個階段有所減弱，不利于水華的暴發(fā)。而有學者提出富營養(yǎng)化評估的營養(yǎng)物限制性劃分標準中說到當N/P介于10到22之間時為藻類生長的合適范圍，因此我們可以認為當?shù)妆鹊闹翟?0～22之間時，水華的暴發(fā)風險將會增大?？偟膩碚f，在蓄水第一階段中，庫灣上游區(qū)域為水華暴發(fā)提供了有利的條件，而蓄水第二階段是整個蓄水階段庫灣最有可能暴發(fā)水華的時期，到了蓄水第三階段則不利于水華的暴發(fā)，這與庫灣葉綠素a含量時空分布的分析結(jié)果一致。

4 結(jié) 論

(1)2013年神農(nóng)溪庫灣蓄水過程中，水位最大日升幅為1.68 m，水庫干流水體分別以表層、中層和底層異重流的形式倒灌入支流庫灣。

(2)蓄水初期，神農(nóng)溪庫灣營養(yǎng)鹽分布差異很大；蓄水完成后，神農(nóng)溪庫灣和長江營養(yǎng)鹽含量趨于一致。庫灣TP含量由0.056 mg/L降至0.049 mg/L；而PO4-P則由0.011 mg/L上升至0.026 mg/L，PO4-P占TP百分比從19.6%升高至約53%；TN含量由最初的1.302 mg/L上升到1.767 mg/L，NO3-N濃度也由0.843 mg/L上升至1.563 mg/L，NO3-N占TN百分比從65%升高至約88%；D-Si濃度相比于蓄水初期下降了約1/3。

(3)營養(yǎng)鹽結(jié)構(gòu)方面，蓄水期間神農(nóng)溪庫灣(Si/P)>22，(Si/N)>1，表明Si不是神農(nóng)溪庫灣的營養(yǎng)限制。在蓄水第一階段，庫灣上游區(qū)域的(N/P)介于10到22之間，上游區(qū)域暴發(fā)的風險大于下游；而在蓄水第二階段，整個庫灣的(N/P)幾乎都集中在14到20之間，滿足藻類生長的最佳條件，水華暴發(fā)風險；到了蓄水第三階段，整個庫灣(N/P)>22，此階段由于磷營養(yǎng)鹽限制相較于前兩個階段，水華暴發(fā)的風險明顯降低。

□

致謝本研究的采樣和監(jiān)測工作由三峽水庫支流水質(zhì)監(jiān)測重點站神農(nóng)溪基層站成員協(xié)助完成，在此表示感謝。

[1] 李錦秀，廖文根. 三峽庫區(qū)富營養(yǎng)化主要誘發(fā)因子分析[J]. 科技導報，2003, 21(0309): 49-52.

[2] 謝 濤. 三峽水庫調(diào)度對香溪河庫灣水溫特性的影響研究[D]. 湖北宜昌：三峽大學，2014.

[3] Holbach A, Wang L, Chen H, et al. Water mass interaction in the confluence zone of the Daning River and the Yangtze River-a driving force for algal growth in the Three Gorges Reservoir[J]. Environmental Science and Pollution Research, 2013,20(10):7 027-7 037.

[4] 陳媛媛，劉德富，楊正健，等. 分層異重流對香溪河庫灣主要營養(yǎng)鹽補給作用分析[J]. 環(huán)境科學學報，2013,33(3):762-770.

[5] 吉小盼，劉德富，黃鈺鈴，等. 三峽水庫泄水期香溪河庫灣營養(yǎng)鹽動態(tài)及干流逆向影響[J]. 環(huán)境工程學報，2010,(12):2 687-2 693.

[6] 張 宇，劉德富，紀道斌，等. 干流倒灌異重流對香溪河庫灣營養(yǎng)鹽的補給作用[J]. 環(huán)境科學，2012,33(8):2 621-2 627.

[7] 復 盛，國家環(huán)境保護總局，水和廢水監(jiān)測分析方法委員會. 水和廢水監(jiān)測分析方法[M]. 北京：中國環(huán)境科學出版社，2002.

[8] 黃祥飛，孫鴻烈，劉光崧. 湖泊生態(tài)調(diào)查觀測與分析[M]. 北京：中國標準出版社，2000.

[9] 黃鈺鈴，陳明曦，郭 靜. 不同水溫下藍藻水華生消模擬與預測[J]. 三峽大學學報: 自然科學版，2009,31(1):84-88.

[10] 紀道斌，劉德富，楊正健，等. 三峽水庫香溪河庫灣水動力特性分析[J]. 中國科學: G輯，2010,(1):101-112.

[11] 錢 寧，萬兆慧. 泥沙運動力學[J]. 2003.

[12] 曹承進，秦延文，鄭丙輝，等. 三峽水庫主要入庫河流磷營養(yǎng)鹽特征及其來源分析[J]. 環(huán)境科學，2008,29(2):310-315.

[13] 王圣瑞，金相燦，龐燕. 不同營養(yǎng)水平沉積物在不同 pH 下對磷酸鹽的等溫吸附特征[J]. 環(huán)境科學研究，2005,18(1):53-57.

[14] 周濟福，曹文洪，楊淑慧，等. 河口泥沙研究的進展[J]. 2003,6:75-83.

[15] 曹 明，蔡慶華，劉瑞秋，等. 三峽水庫庫首初期蓄水前后理化因子的比較研究[J]. 水生生物學報，2006,30(1):12-19.

[16] 楊東方，高振會，陳 豫，等. 硅的生物地球化學過程的研究動態(tài)[J]. 海洋科學，2002,26(3):39-42.

[17] 楊東方，高振會，秦 潔，等. 地球生態(tài)系統(tǒng)的營養(yǎng)鹽硅補充機制[J]. 海洋科學進展，2006,24(4):568-576.

[18] 鄭丙輝, 張 遠, 富 國, 等. 三峽水庫營養(yǎng)狀態(tài)評價標準研究[J]. 環(huán)境科學學報, 2006,26(6):1 022-1 030.

[19] 李 哲，郭勁松，方 芳，等. 三峽水庫小江回水區(qū)不同 TN/TP 水平下氮素形態(tài)分布和循環(huán)特點[J]. 湖泊科學，2009,21(4):509-517.

[20] 彭近新，陳慧君. 水質(zhì)富營養(yǎng)化與防治[M]. 北京：中國環(huán)境科學出版社，1988.

[21] Guildford S J, Hecky R E. Total nitrogen, total phosphorus, and nutrient limitation in lakes and oceans: Is there a common relationship?[J]. Limnology and Oceanography, 2000,45(6):1 213-1 223.

[22] Conley D J, Malone T C. Annual cycle of dissolved silicate in Chesapeake Bay: implications for the production and fate of phytoplankton biomass[J]. Marine ecology progress series, 1992,81(2):121-128.

[23] Schemel L E, Sommer T R, Müller-Solger A B, et al. Hydrologic variability, water chemistry, and phytoplankton biomass in a large floodplain of the Sacramento River[J]. Hydrobiologia, 2004,513(1-3):129-139.

[24] Leitao M, Morata S M, Rodriguez S, et al. The effect of perturbations on phytoplankton assemblages in a deep reservoir (Vouglans, France)[C]∥Phytoplankton and Equilibrium Concept: The Ecology of Steady-State Assemblages. Springer Netherlands, 2003:73-83.

[25] Huang Y L, Zhang P, Liu D F, et al. Nutrient spatial pattern of the upstream, mainstream and tributaries of the Three Gorges Reservoir in China[J]. Environmental monitoring and assessment, 2014,186(10):6 833-6 847.

[26] 羅專溪，朱 波，鄭丙輝，等. 三峽水庫支流回水河段氮磷負荷與干流的逆向影響[J]. 中國環(huán)境科學，2007,27(2):208-212.

[27] Reynolds C S. The ecology of freshwater phytoplankton[M].London:Cambridge University Press, 1984.

[28] 韓新芹，葉 麟，徐耀陽，等. 香溪河庫灣春季葉綠素a濃度動態(tài)及其影響因子分析[J]. 水生生物學報，2006,30(1):89-94.

[29] Justic D, Rabalais N N, Turner R E, et al. Changes in nutrient structure of river-dominated coastal waters: stoichiometrie nutrient balance and its consequences [J].Estuarine Coastal and Shelf Science, 1995,40:339-356.

[30] 李 軍，劉叢強，王仕祿，等. 太湖水體溶解營養(yǎng)鹽(N、P、Si)的冬、夏二季變化特征及其與富營養(yǎng)化的關(guān)系[J]. 地球與環(huán)境，2005,33(1):63-67.