王麗婧， 李 虹， 楊正健， 張佳磊， 鄧春光， 楊 凡,， 鄭丙輝

1.中國環(huán)境科學研究院長江經(jīng)濟帶生態(tài)環(huán)境研究中心， 北京 100012

2.中國環(huán)境科學研究院， 湖泊水污染治理與生態(tài)修復技術(shù)國家工程實驗室， 北京 100012

3.三峽大學水利與環(huán)境學院， 湖北 宜昌 443002

4.湖北工業(yè)大學土木建筑與環(huán)境學院， 湖北 武漢 430068

5.重慶市生態(tài)環(huán)境科學研究院， 重慶 401147

三峽工程目前是世界上最大的水利樞紐工程，具有防洪、航運和發(fā)電等綜合效益. 三峽水庫是國家戰(zhàn)略性淡水資源庫，也是長江上游重要的生態(tài)屏障. 水庫位于長江中上游川、渝、鄂三地結(jié)合部，工程壩址位于長江西陵峽中段、湖北省宜昌市三斗坪. 水庫正常蓄水位時水域面積為 1 084 km2，總庫容393×108m3. 庫區(qū)流域面積5.7×104km2，范圍涉及重慶市22個區(qū)縣及湖北省4個區(qū)縣，其中庫區(qū)重慶段占庫區(qū)面積的85%[1-2]，湖北段占15%. 庫區(qū)以山地丘陵為主，氣候濕潤，水系發(fā)達. 2017年，庫區(qū)生產(chǎn)總值為 7 792.6×108元，以第二、三產(chǎn)業(yè)值占主導地位，其中，第二產(chǎn)業(yè)占37%，工業(yè)占第二產(chǎn)業(yè)的93%. 庫區(qū)2017年常駐人口 2 084.65×104人，其中城鎮(zhèn)人口1 419.46×104人，城鎮(zhèn)化率達68.0%[3-7]. 三峽工程采用一次建成、分期蓄水的建設方案，2003年水庫首次蓄水，壩前水位為135 m，2006年蓄水至156 m，2008年啟動175 m試驗性蓄水. 根據(jù)水庫調(diào)度及水位變化情況，水庫年內(nèi)可分為4個時期，分別是泄水期、低水位運行期、蓄水期和高水位運行期，175 m正常蓄水位條件下，水位變幅達30 m.

2003年三峽水庫蓄水運行后，大壩攔截使壩址以上長江江津區(qū)至秭歸縣660 km江段成為狹長的河道型水庫，原有天然河道特征發(fā)生改變，庫區(qū)內(nèi)干支流水位升高、水力停留時間增加，流速減緩，水生態(tài)環(huán)境發(fā)生深刻變化[8-11]；支流營養(yǎng)鹽濃度升高，支流回水區(qū)富營養(yǎng)化、水華頻發(fā)成為庫區(qū)突出的水環(huán)境問題[12-16]. 新生大型水庫水生態(tài)系統(tǒng)演替一般可以劃分為兩個階段，即水庫成庫發(fā)育階段(reservoir evolution process)和水庫湖沼化階段(reservoir limnology process). 三峽工程于2012年全面啟動竣工驗收，2003—2012年是三峽水庫水生態(tài)系統(tǒng)成庫發(fā)育的重要時期，也是水環(huán)境變化最明顯的時段. 該時期國內(nèi)外學者針對三峽庫區(qū)水文泥沙特征、營養(yǎng)鹽分布特征、污染物輸移轉(zhuǎn)化規(guī)律、支流水華暴發(fā)機理等開展了大量研究[17-23]，然而總體上單要素單一角度研究較多，水動力-水質(zhì)-水生態(tài)多要素耦合的綜合分析較少，水庫成庫以來水環(huán)境演變的整體性、系統(tǒng)性認識仍然缺乏.

基于筆者所在團隊連續(xù)10余年的工作基礎，系統(tǒng)掌握了三峽水庫蓄水初期運行(2003—2012年)水環(huán)境多要素性觀測資料. 綜合采用現(xiàn)場觀測、室內(nèi)試驗、數(shù)理統(tǒng)計、模型模擬、同位素及保守離子示蹤等技術(shù)手段，從三峽水庫蓄水運行初期產(chǎn)生的水動力條件變化過程入手，探索特大型、高水位變幅運行背景下所伴生的水動力特性、水質(zhì)演化、水華暴發(fā)和水污染物輸移等規(guī)律，形成了以“分化”-“同步”-“脅迫”-“迭加”這“四大效應”為代表的理論科學認識，旨在進一步豐富特大型、高水位變幅水庫蓄水運行初期水動力變異及其伴生水環(huán)境演變理論，期望為我國河道型水庫水環(huán)境保護與科學調(diào)度管理提供參考.

1 三峽水庫運行初期水動力變化特征——水動力特性“分化”效應

1.1 三峽水庫水體流速特征

三峽水庫蓄水后，壩前的干流水位因蓄水而被動抬高，支流受到干流回水頂托作用的影響，出現(xiàn)了長短不一的回水河段. 干流、支流河水流速均下降，但下降幅度和年內(nèi)變幅存在時空異質(zhì)性.

干流水體夏季水流流速(0.8 m/s)較大，冬季水流流速(0.1～0.2 m/s)較小，水流垂向分布差異性較小，縱向整體表現(xiàn)為三峽庫區(qū)上游流速(如朱沱斷面月均值為1.28～1.51 m/s)大，越靠近三峽大壩流速(如官渡口斷面月均值為0.23～0.24 m/s)[8]越小，呈現(xiàn)自上游(重慶市江津區(qū))流向下游(湖北省秭歸縣)的一維水動力特征，亦即顯著的河道型水庫特征.

對庫區(qū)典型支流香溪河、大寧河、小江、九畹溪、蒲莊河等的現(xiàn)場調(diào)查結(jié)果顯示，支流水體流速較低，均為厘米級(如白水河斷面流速為0.4～8 cm/s)，流速最大值出現(xiàn)在蓄水期，最小值出現(xiàn)在高水位運行期. 支流回水區(qū)因受到支流上游來水、干流頂托來水兩種水溫、密度、污染物等性質(zhì)皆不同的水團復合影響[24-26]，流速流向多變，出現(xiàn)分層異重流特性[20-21]. 與蓄水前相比，支流流速變幅較大，如典型支流大寧河回水區(qū)的流速由蓄水前的1～3 m/s降至0.004～0.08 m/s，滿足藻類聚集生長的流速條件.

1.2 三峽水庫水體滯留時間

圖1 2008—2012年三峽水庫干支流水體滯留時間變化規(guī)律[24]Fig.1 The variation pattern of water retention time in the main and tributaries of the Three Gorges Reservoir from 2008 to 2012[24]

水體滯留時間可反映水庫水體的更新特征. 根據(jù)國際湖泊環(huán)境委員會(International Lake Environment Committee)的劃分定義對水體滯留時間(Tr)進行劃分：Tr<20 d，為過流型水體(類似河流)；20 d300 d，為營養(yǎng)型水體(類似湖泊)[27]，一般將20 d作為可能暴發(fā)水華的參考值. 以庫容/入庫流量換算的瞬時滯留時間來看，三峽庫區(qū)干流滯留時間的年內(nèi)變化顯著，在入庫流量較高的汛期，滯留時間均低于20 d；在入庫流量較低的枯水期，滯留時間為90～100 d〔見圖1(a)〕；屬于河流型或過渡型水體，但由于庫區(qū)流速與水溫、光照條件的不同步，干流不易暴發(fā)水華. 支流回水區(qū)滯留時間明顯大于干流，對覆蓋庫首、中、尾不同地域的25條支流分析顯示，有15條支流回水區(qū)滯留時間超過兩個月，有兩條超過一年，僅8條小于20 d. 典型支流香溪河回水區(qū)瞬時滯留時間大多超過300 d，最長達900 d〔見圖1(b)〕[24,28]. 庫區(qū)支流的湖泊特征較干流要明顯得多，為水華的暴發(fā)提供了重要的生境條件.

1.3 特殊水動力條件下的水體層化模式

三峽水庫平均深度超過36 m(以175 m水位計)，大部分區(qū)域水深較大，靠近壩前的區(qū)域則更深，因此具有溫度分層的條件. 采用交換率α指標法評估三峽水體分層強弱，其中α為水庫一年可交換的次數(shù).α≤10，為湖泊型(穩(wěn)定分層)；10<α≤20，為過渡型(弱分層)；α>20，為混合型(不分層)[28]. 研究顯示，三峽水庫全庫水位在145～175 m之間波動，α的范圍為9.1～20.9，水庫整體上屬于弱分層. 庫區(qū)30條典型支流中大部分支流(占76.7%，主要集中在庫區(qū)下游)α<10，具有穩(wěn)定分層的條件.

典型支流香溪河及毗鄰干流江段研究結(jié)果顯示，干流水體在運行初期未出現(xiàn)明顯分層，僅在3月出現(xiàn)了弱正溫分層，11月、12月及翌年1月出現(xiàn)了微弱的逆溫分層現(xiàn)象〔見圖2(a)〕. 支流水體流速較小，支流庫灣下游由于受長江干流的中層倒灌影響，出現(xiàn)了明顯的雙“混-斜”型分層現(xiàn)象〔見圖2(b)〕，支流庫灣上游由于受其上游來水的底部順坡異重流的影響，呈現(xiàn)出明顯的“半U”型分層現(xiàn)象〔見如圖2(c)〕[24].

1.4 特殊水動力條件下的干支流水團混合模式

圖3 2008—2012年典型支流(香溪河)回水區(qū)水流剖面分布[24]
Fig.3 Water profile distribution of typical tributary (Xiangxi Bay) backwater from 2008 to 2012[24]

干流倒灌水與支流上游來水兩類水團在支流回水區(qū)交匯，受水體密度差以及支流來水流量和干流水位變幅等的影響，在交匯區(qū)出現(xiàn)分層異重流，并且呈現(xiàn)出多種異向流態(tài). 在三峽水庫的不同調(diào)度期，干流水體分別從底層中層表層倒灌進入支流庫灣，而支流庫灣水體則對應分別以表層底層表-底雙層流向長江干流[24]. 從干流倒灌驅(qū)動的角度，干流倒灌形式劃分為5種類型[21,24]：無顯著倒灌(11月—翌年1月)、底部倒灌楔(2月)、底部倒灌(3月)、中層倒灌(4—8月)和表層倒灌(9—10月)(蓄水)(見圖3).

綜上，根據(jù)三峽水庫蓄水以后流動強度、混合類型、水體滯留時間等要素的表征分析結(jié)果可知，干流仍保留河流型水體特征，而支流大部分呈深水湖泊特征；干、支流交匯的區(qū)域(支流回水區(qū))水團混合過程復雜多變，水體出現(xiàn)分層異重流并呈現(xiàn)多種異向流態(tài). 據(jù)此，三峽水庫運行對水文物理條件產(chǎn)生巨大影響，干、支流差異顯著，存在水動力特性的“分化”效應.

2 三峽水庫運行初期水質(zhì)變化特征——上游-干流-支流“同步”效應

2.1 三峽水庫干流營養(yǎng)鹽來源解析

基于水文水質(zhì)同步觀測，采用基流分割法開展污染負荷來源解析，分析干流營養(yǎng)鹽來源途徑及其貢獻量. 結(jié)果顯示，2007年進入三峽水庫的污染負荷：CODCr為444.58×104t、BOD5為55.52×104t、TN為68.39×104t、TP為7.28×104t；長江、嘉陵江、烏江(上游三江)的入庫控制斷面——朱沱、北碚和武隆斷面入庫CODCr、BOD5、TN和TP負荷分別占三峽水庫總負荷的87.45%、56.82%、90.26%和80.5%；朱沱、北碚和武隆斷面基流量占長江干流徑流量的24.7%～46.0%[28-29]. 上游來水是水庫污染負荷的主要貢獻者，是三峽庫區(qū)水污染防治的重點關(guān)注對象[30-31].

在污染物總量組成中，面源是三江入庫污染物的主要來源，占總?cè)霂熵摵傻?0%～80%；在空間分布上，長江干流對入庫面源污染負荷的貢獻占絕對優(yōu)勢，嘉陵江、烏江的面源污染總貢獻僅占13.4%～39.4%〔見圖4(a)〕；在上游來水營養(yǎng)鹽形態(tài)中，氮以溶解態(tài)作用為主，磷以顆粒態(tài)作用為主〔見圖4(b)〕. 庫區(qū)范圍內(nèi)貢獻的污染負荷占比：CODMn占12.55%、BOD5占43.18%、TN占9.74%、TP占19.5%；庫區(qū)內(nèi)的污染源主要是面源污染，占庫區(qū)內(nèi)污染總負荷的66.62%(CODMn)～88.34%(TP)；點源中生活污染源負荷大于工業(yè)污染源負荷，生活污染源負荷占庫區(qū)內(nèi)污染負荷的比例，TP占11.66%、TN占25.46%、CODMn和BOD5約占20%.

圖4 三峽水庫入庫面源污染負荷貢獻情況及氮、磷負荷組成特征分析[30]Fig.4 Status of the non-point source pollution contribution of the TGR and characteristics of nitrogen and phosphorus load[30]

2.2 三峽水庫支流回水區(qū)營養(yǎng)鹽來源解析

綜合采用現(xiàn)場觀測、室內(nèi)試驗，構(gòu)建了三峽庫區(qū)支流回水區(qū)營養(yǎng)鹽來源途徑概念模型，采用同位素及保守離子示蹤的營養(yǎng)鹽來源解析方法，定量化識別特殊水動力條件下支流回水區(qū)營養(yǎng)鹽輸入特征.

根據(jù)概念模型，支流回水區(qū)營養(yǎng)鹽存在支流上游來水輸入、干流倒灌異重流補給、內(nèi)源釋放、點面源污染、消落帶土壤釋放等五大類輸入途徑[24]，如圖5所示.

圖5 三峽庫區(qū)支流回水區(qū)營養(yǎng)鹽來源途徑示意[24]Fig.5 Source of nutrients in the backwater area of tributaries of in the Three Gorges Reservoir Area[24]

采用同位素及保守離子示蹤法的定量化研究顯示，支流營養(yǎng)鹽的主要來源是干流倒灌，典型支流(大寧河、香溪河)水團混合過程中，干流貢獻約80%的水量及84%～95%的營養(yǎng)物質(zhì)[24,26]，這改變了蓄水前支流營養(yǎng)鹽的來源格局(見表1).

2.3 三峽水庫干支流水質(zhì)演變特征

依據(jù)GB 3838—2002《地表水環(huán)境質(zhì)量標準》和《地表水環(huán)境質(zhì)量評價辦法(試行)》，1998—2012年庫區(qū)干流保持Ⅱ、Ⅲ類水，水質(zhì)整體穩(wěn)定、良好，Ⅱ類2000—2012 年三峽庫區(qū)支流水質(zhì)主要為 Ⅰ～Ⅲ類. 蓄水后，伴隨流域治污力度的不斷加大，優(yōu)于Ⅱ、Ⅲ類斷面的比例有所增長；至2012年，優(yōu)于Ⅲ類的比例達97%，水質(zhì)進一步好轉(zhuǎn). 從10年間水庫階段性蓄水過程的影響來看，在各次蓄水后支流水質(zhì)具有先惡化再好轉(zhuǎn)的規(guī)律，反映出水庫生態(tài)系統(tǒng)發(fā)育階段的不穩(wěn)定特征〔見圖8(a)〕.

表1 典型支流香溪河營養(yǎng)鹽來源解析結(jié)果(同位素及保守離子示蹤法)

水質(zhì)斷面占比呈逐年增加趨勢，水質(zhì)逐漸好轉(zhuǎn)；至2012年，干流18個斷面水質(zhì)均達到了Ⅱ類(見圖6). 三峽水庫145 m蓄水初期，Ⅲ類水質(zhì)的比例有所增加，水庫淹沒區(qū)庫底原來積累的污染物釋放是重要原因之一. 干流氮磷營養(yǎng)鹽濃度變化與上游三江來水輸入的氮磷通量變化高度關(guān)聯(lián)，二者的高值出現(xiàn)時間以及變化態(tài)勢表現(xiàn)出一致性(見圖7).

注： 水質(zhì)類別評價參照GB 3838—2002《地表水環(huán)境質(zhì)量標準》. 下同.

圖6 1998—2012年三峽庫區(qū)干流水質(zhì)類別占比
Fig.6 Proportion of water quality categories in the main stream of the Three Gorges Reservoir area from 1998 to 2012

圖7 三峽水庫干流氮磷濃度變化與上游入庫氮磷通量變化對比Fig.7 The change of nitrogen and phosphorus concentration in the main stream of the Three Gorges Reservoir and its comparison with the change of nitrogen and phosphorus flux from the upstream inflow

受成庫后水動力特征的影響，支流水質(zhì)與毗鄰干流水體水質(zhì)關(guān)聯(lián)密切，從支流河口向上游，干流水體倒灌的影響沿程減弱. 以大寧河支流為例，從年際變化來看，回水區(qū)TP濃度變化趨勢與毗鄰干流一致，但回水區(qū)上游斷面受干流影響不明顯〔見圖8(b)〕；從沿程分布來看，表層-中層-底層TN和TP濃度沿支流上游至河口呈增加態(tài)勢，河口處濃度值與毗鄰干流最為接近(見圖9).

綜上，三峽庫區(qū)干流營養(yǎng)鹽污染主要來源于上游三江(長江、嘉陵江、烏江)來水(貢獻率為80%～90%)，支流回水區(qū)營養(yǎng)鹽主要來源于干流倒灌(貢獻率為84%～95%)；階段性蓄水過程中，干流水質(zhì)穩(wěn)定，營養(yǎng)鹽濃度變化與上游三江來水高度關(guān)聯(lián)；支流水質(zhì)在各次蓄水后表現(xiàn)出先惡化再好轉(zhuǎn)的變化規(guī)律[8,31]，反映出水庫生態(tài)系統(tǒng)發(fā)育階段的不穩(wěn)定特征，干流倒灌的影響從支流河口向上游沿程逐漸減弱. 可見，三峽水庫運行初期水動力條件的改變，導致干支流污染物交換、污染物來源格局發(fā)生顯著變化，使得上游-干流-支流三者的水環(huán)境演變具有“同步”效應.

圖8 三峽水庫支流水質(zhì)及大寧河TP濃度的年際變化Fig.8 Annual variation of the water quality of tributaries of the Three Gorges Reservoir and total phosphorus concentration in Daning River

注： 0H表示水體表層，1.0H表示水體底層(水深)，0.2H表示水深為0.2H處，其他以此類推； 大昌為大寧河上游斷面，白水河為回水中段斷面，菜子壩為大寧河入江口斷面，培石為大寧河匯入后長江干流斷面.

圖9 三峽水庫支流回水區(qū)及毗鄰干流TN、TP濃度沿程分布(以大寧河為例)
Fig.9 TN and TP concentration distribution along the backwater area of Three Gorges Reservoir tributary and adjacent main stream (taking Daning River as an example)

3 三峽水庫運行初期水生態(tài)變化特征——水動力變化對支流回水區(qū)水華暴發(fā)的“脅迫”效應

3.1 三峽水庫支流水華暴發(fā)特征

三峽水庫蓄水后，統(tǒng)計顯示2005—2012年共發(fā)生197起支流水華事件，在空間分布上，覆蓋庫區(qū)20余條支流，靠近庫首的大寧河、香溪河等支流水華頻發(fā)，暴發(fā)區(qū)多集中在回水區(qū)；在時間分布上，水華全年均可發(fā)生(2—12月)，其中3—6月水華暴發(fā)頻率較高. 水華暴發(fā)頻率和趨勢與三峽水庫三期階段性蓄水過程密切相關(guān). 135 m蓄水期間(2005—2006年)水華暴發(fā)頻率呈上升趨勢，156 m蓄水期間(2006—2009年)水華暴發(fā)頻率呈先上升后下降的趨勢，175 m蓄水后水華暴發(fā)頻率呈先上升后下降的趨勢. 水華藻類多變，一般是多種復合藻種同時大量增殖，而少有單一藻種長時間占優(yōu)，且年內(nèi)呈現(xiàn)顯著的季節(jié)性演替特征. 大寧河觀測顯示，春初多暴發(fā)甲藻水華，春末夏初多暴發(fā)綠藻水華，夏季多暴發(fā)藍藻水華[32-33].

隨著階段性蓄水水位的升高，支流優(yōu)勢藻種從最初的河道型水華優(yōu)勢種(硅藻、甲藻)向湖泊型水華優(yōu)勢種(藍綠藻)演替. 如2008年夏季香溪河庫灣暴發(fā)了大面積、高濃度的藍藻(微囊藻、魚腥藻)水華，大寧河局部河段在冬季亦曾暴發(fā)藍藻水華. 穩(wěn)定環(huán)境會導致某一藻類絕對占優(yōu)，三峽水庫水華藻類優(yōu)勢種的多樣性不同于一般淺水湖泊藻類水華，其與不同季節(jié)和調(diào)度狀態(tài)下的生境條件有關(guān).

3.2 三峽庫區(qū)支流水華形成機理

從生態(tài)學角度分析，水華形成可分為3個過程[24]，即水華藻類在藻類種群競爭中占優(yōu)、占優(yōu)藻類生長繁殖達到一定的生物量、上浮聚集到水體表層為肉眼所見. 運用數(shù)理統(tǒng)計方法和生態(tài)學相關(guān)理論(生態(tài)功能組理論、臨界深度理論和中度擾動理論)對水華形成的上述3個過程進行研究. 結(jié)果[32-33]顯示：①營 養(yǎng)鹽濃度和水體光熱結(jié)構(gòu)是影響三峽水庫典型支流浮游植物生物量的關(guān)鍵要素. ②水下光熱結(jié)構(gòu)和生境擾動強度是影響典型支流浮游植物群落結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵要素；營養(yǎng)鹽參數(shù)(TN和TP濃度)對浮游植物群落結(jié)構(gòu)的影響不顯著(P>0.01). ③水體混合強度是影響浮游植物垂向分布的關(guān)鍵要素，但對水柱中葉綠素總量的影響較小(見圖10).

3.3 蓄水后支流水華頻發(fā)的原因分析

圖10 三峽水庫支流水華生消機制示意[24]Fig.10 Schematic diagram of mechanism of algal blooms in the Xinagxi Bay and the critical depth hypothesis[24]

三峽水庫蓄水前，各支流為河流型水體，未發(fā)現(xiàn)富營養(yǎng)化和水華文獻報道. 根據(jù)《三峽庫區(qū)次級河流富營養(yǎng)化防治研究》調(diào)查結(jié)果，蓄水前2001—2003年12.8%的支流斷面葉綠素a濃度達到富營養(yǎng)化標準，但未發(fā)生水華[8].

三峽水庫蓄水后，支流水動力條件產(chǎn)生顯著改變，導致支流生境因子發(fā)生相應的變化，加劇了富營養(yǎng)化和水華風險[8]，主要體現(xiàn)在： ①支流流速減緩，水體滯留時間延長，具有形成富營養(yǎng)化的條件，利于藻類生長； ②水庫蓄水及年內(nèi)調(diào)度產(chǎn)生的異重流影響了支流回水區(qū)水體分層狀態(tài)，影響了藻類對光能、熱能及營養(yǎng)鹽的吸收規(guī)律，在其他環(huán)境條件穩(wěn)定的情況下(如營養(yǎng)鹽充足、光照適宜、浮游動物攝食壓力一定)，水體出現(xiàn)穩(wěn)定分層有利于水華的暴發(fā)； ③干流頂托和倒灌作用促進了干支流營養(yǎng)物質(zhì)交換，干流水倒灌成為部分支流的營養(yǎng)物質(zhì)的重要來源，使支流具備較好的氮、磷等營養(yǎng)物質(zhì)基礎.

綜上，在自然變化和周期性人為調(diào)節(jié)耦合作用下，支流不同的生境衍生出藻類優(yōu)勢種類多變，且呈季節(jié)性演替的水華現(xiàn)象，水華展現(xiàn)出特有的“多樣性”. 各類生境要素中，營養(yǎng)鹽濃度和水體光熱結(jié)構(gòu)是影響三峽水庫藻類生物量的關(guān)鍵要素；水體光熱結(jié)構(gòu)和生境擾動強度是影響藻類群落結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵要素；水體混合強度是影響藻類垂向分布的關(guān)鍵要素. 可見，三峽水庫運行期水動力條件的改變，導致支流水生態(tài)系統(tǒng)演替的生境條件發(fā)生變化，加劇支流回水區(qū)富營養(yǎng)化和水華風險，對水華暴發(fā)產(chǎn)生“脅迫”效應.

4 三峽水庫運行初期污染物擴散特征——水動力改變對同等負荷條件下水體危害的“迭加”效應

4.1 三峽庫區(qū)排污口污染帶變化

通過對典型排污口岸邊污染帶的跟蹤觀測，結(jié)合模型模擬分析[8]顯示，三峽水庫蓄水后，由于水情變化不利于污染物的紊動擴散，單位負荷形成的岸邊污染帶面積相比蓄水前有所擴大. 蓄水前與蓄水后CODMn、NH3-N、TP單位負荷形成的岸邊污染帶面積比分別約為1∶14、1∶9、1∶6. 水庫蓄水過程中及水位上升期間，污水受水流頂托影響，污染帶呈明顯的上溯趨勢，上溯范圍在300～400 m之間，在此期間水流向上更不利于污染物的擴散. 同一個排污口在污染負荷變化不大的條件下，不同蓄水位時期形成的污染帶大小有明顯的差別，總體上高水位、低流速下形成的污染帶范圍大于低水位、高流速下形成的污染帶范圍. 水動力條件與污染帶范圍密切相關(guān)，水位和流速的變化是污染帶演變的主要控制因素.

4.2 三峽庫區(qū)岸邊水環(huán)境容量變化

根據(jù)《長江三峽水利樞紐環(huán)境影響報告書》(簡稱“《環(huán)評報告書》”)推薦方法，采用岸邊污染帶控制點濃度變化比值估算重點江段岸邊水環(huán)境容量的損失，并與蓄水前進行比對. 研究結(jié)果顯示：蓄水后不同江段岸邊水環(huán)境容量的降低程度不同；同一江段在不同蓄水年份的水環(huán)境容量降低程度也有不同，隨著水庫蓄水位越高，岸邊水環(huán)境容量不斷降低. 在保持點源排放污水量不變的條件下，為使主要城鎮(zhèn)污染帶控制點濃度貢獻值不超過蓄水前的水平，蓄水后需要削減污染物排放負荷，以彌補岸邊環(huán)境容量的損失. 長壽、涪陵、萬州江段分別需要削減原污染物負荷的29.31%、80.11%、78.85%[8].

綜上，三峽水庫蓄水后，干流不同江段岸邊水環(huán)境容量有不同程度的降低；同等負荷條件下污染物排放的危害加劇，水域污染風險增大，水庫蓄水后沿江排污口的岸邊污染帶大于蓄水前，但污染帶空間分布特性與水位調(diào)度過程密切相關(guān). 據(jù)此，三峽水庫水動力條件的改變，導致水體中污染物輸移擴散特性發(fā)生變化，對各類風險源(污水處理廠、化工園區(qū)、大型企業(yè))在其影響水域的危害性產(chǎn)生“迭加”效應. 上述污染源一旦發(fā)生異常排放或突發(fā)事故，對于庫區(qū)干支流的81個城市級和912個鄉(xiāng)鎮(zhèn)級飲用水源等敏感目標而言是重要脅迫.

5 結(jié)論與建議

闡明三峽水庫蓄水運行初期(2003—2012年)水環(huán)境演變特征對于整體把握新生水庫水生態(tài)系統(tǒng)演替過程，支撐和指導下一步保護工作十分重要和必要.

a) 該研究基于長期跟蹤觀測資料及多年研究成果，系統(tǒng)剖析了特大型、高變幅水位水庫運行背景下水動力變異及其所伴生的水環(huán)境演變特征，從水動力、水質(zhì)、水華、污染物輸移角度，提出了三峽水庫運行初期水環(huán)境演變過程中的“四大效應”，主要包括水動力特性的“分化”效應、上游-干流-支流水環(huán)境演變“同步”效應、水動力變化對藻類水華暴發(fā)的“脅迫”效應、水動力變化對同等負荷條件下污染源危害的“迭加”效應等，旨在為豐富大型水庫蓄水運行初期水動力變異及其伴生水環(huán)境演變理論提供參考.

b) 然而，大型水利工程建設對水生態(tài)環(huán)境的影響是復雜的命題，成庫后水庫生態(tài)系統(tǒng)的演替和穩(wěn)定通常需要一個長期的過程. 伴隨推動長江經(jīng)濟帶發(fā)展戰(zhàn)略、西部大開發(fā)戰(zhàn)略及西部地區(qū)的經(jīng)濟中心“成渝經(jīng)濟區(qū)”(約覆蓋25%的庫區(qū)及上游流域范圍、51%的庫區(qū)范圍)發(fā)展戰(zhàn)略的深入推進，三峽水庫水環(huán)境保護亦面臨新的機遇和挑戰(zhàn). 三峽水庫上游、金沙江攀枝花至宜賓段規(guī)劃有7級水電站(國家級、省級核準)，其中觀音巖、溪洛渡、向家壩水電站已投產(chǎn)發(fā)電，梯級水電站逐步投入運行亦將逐步加劇對三峽入庫水、沙、污染物(如磷)負荷及形態(tài)組成等的影響，使水庫水環(huán)境管理存在諸多不確定性. 建議繼續(xù)強化梯級水庫運行背景下三峽庫區(qū)水環(huán)境演變的跟蹤調(diào)查研究，適時開展三峽工程對庫區(qū)水環(huán)境影響的后評估.