水电开发对河流CH4、N2O产生与释放的影响分析——以猫跳河水坝梯级拦截为例

摘要

大气中不断增加的温室气体浓度以及引发的全球变暖现象等一系列问题引起人们对温室气体“源-汇”效应的广泛关注，近几十年，随着全球气候逐渐变暖，众多学者把兴趣转移到湖泊在陆地和大气之间碳交换过程中所起的作用，由于人类活动引起大气化学组分的浓度发生了重要变化，尤其是温室气体的增加很快。随着社会经济的迅猛发展，流域（河流）正受到人类活动的强烈影响，水库化已经是我国河流的普遍特征。河流上筑坝拦截以后，水库成为流域（河流）中重要的组成部分。而水库的建立改变了周围环境的C、N循环及温室气体的释放，然而对水库温室气体的研究相对较晚，虽已有学者对此进行了研究，但是大多数研究只针对单个水库或几个不同流域的独立水库，而对同一流域上经过梯级开发后的几个水库缺乏了解。
　　本论文选择中国西南喀斯特山区的典型梯级水库为研究对象，温室气体的释放为主线，于2007年7月到2008年6月对乌江流域上最大的支流猫跳河上的完成梯级开发的4个主要水库进行了一个水文年的采样研究，对河流水化学的一般特征、温室气体（CH4和N2O）的分布与释放进行了监测分析，探讨了水库梯级拦截后对温室气体释放的影响，得到了以下几点认识：
　　1.河流水化学的水库效应：河流梯级筑坝拦截后使得水体基本水化学特征发生了变化。河流经水坝拦截后，库区水位抬高，水库水化学性质表现出随季节变化的特征。在垂直剖面进行采样的4个水库中，红枫湖和百花湖从春季开始出现水温分层现象，这种状况持续到夏季，有效的限制了上下层水体的垂直交换；而修文和红岩水库基本没有出现水温分层现象。河流经水库作用后在垂直剖面上水温、pH值、溶解氧均降低。在研究区内，表层水体中水温、pH值、溶解氧含量总体上表现为库区表层水大于下泄水，说明水库拦截作用使得下泄水中水温、pH值、溶解氧含量降低。
　　2.水库的温室气体释放：河流经水库作用后水体CH4浓度发生变化，总体上，水库库区表层水体中CH4浓度低于下泄水。天然水体经水库截留后，向大气释放的CH4增加。在垂直剖面上水体中，夏季，静水层中CH4浓度随水深增加而增加，在水库底层达到最大值，且百花湖底层CH4浓度大于其他3个水库，而热分层和缺氧环境使CH4得到积累。而到了秋冬季节，在水体混合作用下这部分CH4在水体中重新分布，并由于氧化作用而被损耗。
　　河流梯级筑坝拦截后水体N2O浓度发生变化。天然水体经水库作用后，由于硝化作用和反硝化作用等生物地球化学过程的影响，水库水体N2O不断累积，尤其是水体底部。水库底层水成为下泄水后向大气释放的N2O显著增加，且库区表层水体和下泄水体均为大气N2O的“源”。在垂直剖面上水体中，N2O浓度最大值并不是都出现在水库底层，有些月份会出现在水库水体中部，这可能是由于硝化作用和发硝化作用不同作用程度引起的。
　　3由于水库为底层泄水，使得出库水体中CH4和N2O浓度比较高，由于和大气中相应气体浓度的差异，导致下泄水向大气释放大量温室气体，而我们的研究表明水库高密度的梯级开发，极大地增加了水体中温室气体的含量，尽管其分布受各种营养盐和生物地球化学过程的影响，但向大气中不断地释放温室气体是不争的事实。因此，在研究水库作用过程对大气中温室气体的影响时，水库泄水的温室气体（CH4、N2O）释放问题需要引起高度重视。

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第一章 绪论

1.1 温室气体与温室效应

1.2 研究现状

1.3 选题依据、研究意义及研究内容

第二章 研究区概况

2.1 猫跳河流域概况

2.2 研究区各水库概况

第三章 样品采集与分析

3.1 样品采集

3.2 样品的分析

第四章 梯级水电开发后的河流水化学特征

4.1 水温（T）

4.2 pH 值

4.3 溶解氧（DO）

4.4 营养化状况

4.5 小结

第五章 梯级水库中 CH4 的产生与释放特征

5.1 梯级水库水体中 CH4 的变化规律

5.2 影响梯级水库中 CH4 产生与释放的因素

5.3 猫跳河梯级开发对 CH4 的影响

5.4 小结

第六章 梯级水库中 N2O 的产生与释放特征

6.1 梯级水库水体中 N2O 的变化规律

6.2 影响梯级水库中 N2O 产生与释放的因素

6.3 猫跳河梯级开发对 N2O 的影响

第七章 结 论

7.1 结论

7.2 论文存在的主要问题

致谢

参考文献

附 录

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