水庫的修建是人類開發(fā)利用和管理水資源的重要方式。水庫在防洪、灌溉、供水、發(fā)電和航運等方面發(fā)揮著重要的作用。全球范圍內(nèi)，水庫的蓄水量約占淡水湖泊的10%，卻直接貢獻了全球糧食產(chǎn)量的12~16%。隨著全球人口增長對食品和電力的需求不斷增加，全球范圍內(nèi)水庫建設(shè)仍處于快速發(fā)展時期。然而由于水文情勢的變化，水庫修建往往會帶來諸如富營養(yǎng)化和浮游植物水華等不利影響，從而降低其生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值。 

水位調(diào)控對藻類水華動態(tài)影響因果分析與建模

　　流水不腐，戶樞不蠹。長期以來，直觀的認知認為只要水流動起來，就能夠改善水質(zhì)。然而關(guān)于如何開展精準(zhǔn)定量的水動力調(diào)控控制藻類水華改善水質(zhì)的研究仍十分有限。中國科學(xué)院水生生物研究所蔡慶華研究員團隊基于三峽水庫香溪河生態(tài)系統(tǒng)實驗站在三峽水庫香溪河庫灣近9年日觀測數(shù)據(jù)，利用經(jīng)驗動態(tài)模型（Empirical dynamics modeling）系統(tǒng)研究了三峽水庫水位波動與香溪河庫灣藻類水華動態(tài)關(guān)系，探索水庫藻類水華控制新方法。 

三峽水庫香溪河生態(tài)系統(tǒng)實驗站（長期監(jiān)測樣點）

三峽水庫支流庫灣藻類水華

　　研究發(fā)現(xiàn)，三峽水庫水位波動與浮游植物葉綠素a日動態(tài)之間是非線性關(guān)系。在所有度量水位波動的候選因子中，過去24小時的水位變化（ΔWL）對浮游植物葉綠素a日動態(tài)具有最強的因果作用，且作用時滯為2天。進一步建立了ΔWL與浮游植物葉綠素a日動態(tài)的非線性模型。分析發(fā)現(xiàn)，當(dāng)發(fā)生浮游植物水華時，水位的上升和下降都會顯著降低葉綠素a濃度；但總體而言，水位上升對浮游植物水華的影響比水位下降更為顯著。而在非水華暴發(fā)期，研究發(fā)現(xiàn)不當(dāng)?shù)乃徽{(diào)節(jié)措施會一定程度上促進藻類生長、增加浮游植物水華風(fēng)險。 

　　該研究首次報道了ΔWL對浮游植物葉綠素a動態(tài)的非線性因果效應(yīng)，并提供了一種基于定量水位調(diào)控控制水庫藻類水華的新方法，可應(yīng)用于水庫及類似水體的浮游植物水華快速控制。 

　　該工作近期以“Nonlinear causal analysis reveals an effective water level regulation approach for phytoplankton blooms controlling in reservoirs”為題在Science of The Total Environment上在線發(fā)表（https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2021.150948）。本論文由水生所、三峽集團、加州大學(xué)河濱分校相關(guān)研究人員合作完成。論文第一作者為水生所葉麟博士，通訊作者為蔡慶華研究員。本研究得到國家自然科學(xué)基金和中科院野外站聯(lián)盟項目的資助。