三峡水库补水调度对东洞庭湖...型沉水植物生境适宜性的影响_吴倩.pdf

三峡水库补水调度对东洞庭湖典型沉水植物生境适宜性的影响吴倩1,2，戴凌全1,3*，任玉峰4，汤正阳4，戴会超3，刘新波4，刘芬1,2，张青森1,21.三峡水库生态系统湖北省野外科学观测研究站2.三峡大学水利与环境学院3.中国长江三峡集团有限公司长江生态环境工程研究中心4.中国长江电力股份有限公司智慧长江与水电科学湖北省重点实验室摘要沉水植物是东洞庭湖水生态修复的重要物种，水深是影响沉水植物生长的关键因子之一。为定量描述三峡水库不同补水调度方式对东洞庭湖典型沉水植物生长生境的影响，以刺苦草（Vallisneria spinulosa）为目标物种，利用物理栖息地模型建立三峡水库补水调度期间不同出库流量与东洞庭湖刺苦草生长生境加权可利用面积（WUA）的关系。结果表明：刺苦草生长生境的适宜水深为 0.21.8 m，最适宜水深为 0.51.0 m；三峡水库实施补水调度后，东洞庭湖刺苦草生长生境的 WUA 整体呈现均匀上升趋势；三峡水库补水调度期间，出库流量为 5 50010 500 m3/s 时，刺苦草生长生境最适宜水深范围对应的 WUA 呈现先增后减趋势，在出库流量为 9 500 m3/s 时 WUA 最大（74.46 km2），可认为刺苦草生长最适宜出库流量为8 50010 500 m3/s。研究成果可为通过三峡水库生态调度进行东洞庭湖水生态环境恢复及保护提供参考。关键词三峡水库；东洞庭湖；刺苦草；生长生境；物理栖息地模型；加权可利用面积(WUA)中图分类号：X173,X522 文章编号：1674-991X（2023）02-0617-08doi：10.12153/j.issn.1674-991X.20220047Impact of Three Gorges Reservoir water supply regulation on habitat suitabilityof typical submerged plants in East Dongting LakeWU Qian1,2,DAI Lingquan1,3*,REN Yufeng4,TANG Zhengyang4,DAI Huichao3,LIU Xinbo4,LIU Fen1,2,ZHANG Qingsen1,21.Hubei Field Observation and Scientific Research Stations for Water Ecosystem in Three Gorges Reservoir2.College of Hydraulic and Environmental Engineering,China Three Gorges University3.Yangtze River Eco-environmental Engineering Research Center,China Three Gorges Corporation4.Hubei Key Laboratory of Intelligent Yangtze and Hydroelectric Science,China Yangtze Power Co.,Ltd.AbstractSubmerged plants are important species for ecological restoration of water in East Dongting Lake,andwater depth is one of the key hydrodynamic factors affecting the growth of submerged plants.In order toquantitatively describe the impact of different water supply modes of the Three Gorges Reservoir(TGR)on typicalsubmerged plants growth habitat in East Dongting Lake,taking Vallisneria spinulosa as the target species,therelationship between different outflow from TGR and the weighted usable area(WUA)of Vallisneria spinulosagrowth habitat in East Dongting Lake during TGR water supply operation was established by using physical habitatsimulation model(PHABSIM).The results showed that the suitable water depth range for the growth habitat ofVallisneria spinulosa was 0.21.8 m,the optimal water depth range was 0.51.0 m.After TGR implementing thewater supply operation,WUA of Vallisneria spinulosa growth habitat in East Dongting Lake showed a uniformupward trend totally.During the period of TGR water supply,the outflow was 5 50010 500 m3/s.With the 收稿日期：2022-01-17基金项目：智慧长江与水电科学湖北省重点实验室开放基金项目（ZH20020001）；中国长江三峡集团有限公司科研项目（202003251）；中国博士后科学基金特别资助项目（2019T120119）；国家自然科学基金青年基金项目（51809150）作者简介：吴倩（1996），女，硕士研究生，主要从事生态水利研究，*责任作者：戴凌全（1986），男，高级工程师，博士，主要从事水生态与水库优化调度研究，dai_ Vol.13，No.2环境工程技术学报第 13 卷，第 2 期Mar.，2023Journal of Environmental Engineering Technology2023 年 3 月吴倩，戴凌全，任玉峰，等.三峡水库补水调度对东洞庭湖典型沉水植物生境适宜性的影响 J.环境工程技术学报，2023，13（2）：617-624.WU Q,DAI L Q,REN Y F,et al.Impact of Three Gorges Reservoir water supply regulation on habitat suitability of typical submerged plants in EastDongting LakeJ.Journal of Environmental Engineering Technology，2023，13（2）：617-624.increase of the outflow of TGR,WUA corresponding to the optimal water depth range for Vallisneria spinulosagrowth habitat firstly increased and then decreased.When the outflow range was 9 500 m3/s,the maximum WUAwas 74.46 km2.It could be considered that the optimal outflow range of Vallisneria spinulosa was 8 50010 500m3/s.The results were expected to provide reference for restoring and protecting the water ecological environment inEast Dongting Lake through TGR ecological scheduling.Key wordsThree Gorges Reservoir(TGR);East Dongting Lake;Vallisneria spinulosa;growth habitat;physicalhabitat simulation model(PHABSIM);weighted usable area(WUA)长江中下游流域在每年 12 月次年 3 月进入枯水期，为保证长江中下游流域枯水期河湖正常生态水位，三峡水库通过增大下泄流量对下游河湖进行生态补水调度。洞庭湖是长江出三峡的第一个大型通江湖泊，三峡水库补水调度对其水位抬升和水量调节具有积极作用1-3。受长江干流、洞庭湖流域的“四水”（湘江、资水、沅江、澧水）和人类活动等因素共同影响，近 30 多年来洞庭湖类类水质（GB 38382002地表水环境质量标准）的面积占比下降趋势明显，逐渐由以类水质为主下降为以类水质为主。其中，东洞庭湖的主要污染物为总氮（TN），且富营养化程度明显高于西洞庭湖和南洞庭湖，湖区存在富营养化和水华风险4-7。沉水植物作为东洞庭湖主要水生植物，能够吸收水体中的营养盐，有效抑制藻类生长和底泥再悬浮，在湖泊水生态修复中发挥着重要作用8-11，其中苦草属（Vallisneria）是水生态修复的主要物种之一12-13。但由于气候变化、湖区泥沙淤积等原因，东洞庭湖水生生境逐渐向陆生生境演替，苦草属等沉水植物迅速衰减，对湖区水生态修复造成不利影响14-15。苦草属在每年 34 月开始萌发并进入缓慢生长期，79 月快速生长并达到最大生物量，12 月次年 2 月地上部分死亡并进入越冬期16，故每年 34 月是苦草属生长和分布的关键时期，而水深是影响苦草属生长的关键因子。目前，已有研究成果对水深与苦草属的生长关系进行了探讨，如 Li 等17在实验池内设置不同的水深梯度对莲座型苦草（Vallisneria natans）的生长及竞争格局进行研究，结果表明湖泊水深变化会对沉水植物丰度和群落结构造成影响；Kang 等18以鄱阳湖刺苦草（Vallisneria spinulosa）为目标物种开展室外研究，认为水位管理是鄱阳湖水生植物保护和恢复的途径之一；赵风斌等19为恢复异龙湖原生沉水植物群落优势物种苦草，对不同水深的苦草开展生长监测试验，结果表明水深小于 1.0 m 能有效提高苦草的存活率；顾燕飞等20对上海市水生态修复工程实施 1 年后的苦草种群进行野外监测，得出水深变化对苦草叶片、匍匐茎、块茎及生物量等参数具有显著影响的结论。然而，关于三峡水库补水调度引起的东洞庭湖水深变化对沉水植物生长生境影响方面的研究成果较少。笔者从三峡水库补水调度对东洞庭湖枯水期水文情势的影响出发，采用物理栖息地（physical habitatsimulation model，PHABSIM）模型，分析三峡水库补水调度对东洞庭湖典型沉水植物生长生境适宜性的影响，以期通过三峡水库生态调度恢复和保护东洞庭湖沉水植被，为湖区水生态修复提供参考和依据。1研究区域概况与研究方法 1.1研究区域概况洞庭湖（11243E11315E，2830N3038N）是长江中下流域重要的天然湖泊，长江水通过“三口”（松滋口、太平口、藕池口）分泄入洞庭湖，与洞庭湖流域“四水”汇合，经湖泊调蓄后从东洞庭湖城陵矶汇入长江21。洞庭湖每年 49 月为丰水期，10 月次年 3 月为枯水期22。东洞庭湖是洞庭湖湖系中范围最大、保存最完整的湖泊，流域属典型的亚热带季风湿润气候，多年平均气温为 16.417.0，年平均降水量为 1 3001 700 mm，是我国重要的