河流入流对深水水库氧分层长期影响及其对水生态环境的调控机制研究

《Journal of Environmental Management》：Long-term study of the effects of river inflow on oxygen stratification and its consequences for selected abiotic and biotic factors in a deep reservoir

　　本研究针对气候变化下极端水文事件加剧导致水库溶解氧(DO)分层变化这一关键问题，通过长期监测数据(1994-2017)系统分析了深水水库氧分层动态及其对营养盐(NO3-、Ptot)、叶绿素a和浮游动物的影响。研究发现夏季低流量导致氧分层持续3-4个月，缺氧水体占比达83%，而7月洪水可显著改善深层水体氧合状态。该研究为气候变化背景下水库生态系统管理提供了重要科学依据。

　　

在全球气候变化加剧的背景下，极端天气事件频发导致河流水文情势发生显著改变，这对下游水库生态系统产生了深远影响。深水水库作为重要的水资源调控设施，其溶解氧分布格局直接关系到水质安全和生态平衡。然而，目前关于河流入流动态如何影响水库氧分层及其生态效应的系统性研究仍较为缺乏。

波兰科学院自然保护研究所的Ewa Szarek-Gwiazda团队在《Journal of Environmental Management》上发表了为期24年(1994-2017)的监测研究成果，以波兰南部亚高山区的Dobczyce深水水库为研究对象，深入探讨了河流入流量变化对氧分层的调控机制及其对水生态环境的影响。

研究团队采用长期定位监测方法，每月(4-10月)在水库深层点位分层采集水样，监测指标包括溶解氧(DO)、pH、硝酸盐(NO₃^-)、总磷(P_tot)、叶绿素a和浮游动物密度。通过层次聚类分析将年份按氧分特征分组，运用非参数统计方法分析不同水文条件下各参数的差异。

3.1. DO浓度

研究表明，水库在6-9月呈现明显的氧分层现象。表层水体(0-5米)始终保持良好氧合状态，而温跃层和深水层的氧合状况年际变异显著。低流量年份氧分层持续3-4个月，缺氧水体(<6 mg DO/L)占比高达83%，强烈缺氧水体(<4 mg DO/L)占比达67%。

3.2. 氧分层期(6-9月)

3.2.1. DO与流量

层次聚类分析识别出6个具有显著差异的氧分类型组。A组(聚类3和1)代表低氧年份，夏季流量低(平均2.9 m³/s)，氧分层稳定持久；C组(聚类4和5)为高氧年份，7月洪水事件(>300 m³/s)有效破坏分层结构；B组(聚类2)为过渡类型，春季或秋季洪水缩短了分层持续时间。

3.2.2. 水体交换

年水体交换率在2.3-8.3次/年之间波动。虽然水体交换率与中层和深层中位DO浓度呈正相关(r=0.56)，但其单独使用不能准确指示氧合状况，需结合水文动态特征综合分析。

3.2.3. 其他非生物和生物参数

3.2.3.1. pH

强氧分层年份水体pH显著降低，深层水体(>20米)偶尔出现弱酸性条件(pH<5)。高流量年份pH值较高且垂向差异较小，反映了河流输入对水库酸碱平衡的调节作用。

3.2.3.2. 营养盐(NO₃^-、P_tot)

硝酸盐和总磷浓度与水文条件密切关联。高流量年份营养盐输入显著增加，特别是7月洪水期间，深层水体NO₃^-浓度可达～11 mg/L。低流量年份营养盐限制现象明显，总磷浓度常低于10 μg/L。

3.2.3.3. 叶绿素a

高流量和分层扰动年份表层叶绿素a浓度显著升高，表明水文扰动促进了浮游植物生长。极端多雨年份(如2010年)由于悬浮物增加导致光限制，藻类生长受到抑制。

3.2.3.4. 浮游动物

浮游动物密度与水文条件和DO浓度密切相关。高流量年份全水柱浮游动物密度显著增加，以机会型r-策略者(如Polyarthra vulgaris、Bosmina longirostris)为主。大型枝角类和桡足类更偏好稳定环境。

研究结论强调，河流入流动态是深水水库氧分层的决定性因素。低流量条件导致持久缺氧，减少水生生物栖息地；而高流量事件特别是7月洪水，能有效改善深层水体氧合状况。水文变异通过调控氧分格局，进一步影响营养盐循环、初级生产和浮游动物群落结构。

这项研究的重要意义在于揭示了气候变化背景下水文变异对水库生态系统的级联效应，为水库适应性管理提供了科学依据。随着气候变化导致的极端水文事件加剧，深水水库的氧分动态及其生态效应需得到更多关注，以确保水资源安全和生态可持续性。研究结果对制定针对性的水库运行策略具有重要指导价值，特别是在协调供水、生态保护等多目标管理方面。