水庫的修建是人類(lèi)開(kāi)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(zhù)重要的作用。全球范圍內，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(zhù)全球人口增長(cháng)對食品和電力的需求不斷增加，全球范圍內水庫建設仍處于快速發(fā)展時(shí)期。然而由于水文情勢的變化，水庫修建往往會(huì )帶來(lái)諸如富營(yíng)養化和浮游植物水華等不利影響，從而降低其生態(tài)系統服務(wù)價(jià)值。 

水位調控對藻類(lèi)水華動(dòng)態(tài)影響因果分析與建模

　　流水不腐，戶(hù)樞不蠹。長(cháng)期以來(lái)，直觀(guān)的認知認為只要水流動(dòng)起來(lái)，就能夠改善水質(zhì)。然而關(guān)于如何開(kāi)展精準定量的水動(dòng)力調控控制藻類(lèi)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)系統實(shí)驗站在三峽水庫香溪河庫灣近9年日觀(guān)測數據，利用經(jīng)驗動(dòng)態(tài)模型（Empirical dynamics modeling）系統研究了三峽水庫水位波動(dòng)與香溪河庫灣藻類(lèi)水華動(dòng)態(tài)關(guān)系，探索水庫藻類(lèi)水華控制新方法。 

三峽水庫香溪河生態(tài)系統實(shí)驗站（長(cháng)期監測樣點(diǎn)）

三峽水庫支流庫灣藻類(lèi)水華

　　研究發(fā)現，三峽水庫水位波動(dòng)與浮游植物葉綠素a日動(dòng)態(tài)之間是非線(xiàn)性關(guān)系。在所有度量水位波動(dòng)的候選因子中，過(guò)去24小時(shí)的水位變化（ΔWL）對浮游植物葉綠素a日動(dòng)態(tài)具有最強的因果作用，且作用時(shí)滯為2天。進(jìn)一步建立了ΔWL與浮游植物葉綠素a日動(dòng)態(tài)的非線(xiàn)性模型。分析發(fā)現，當發(fā)生浮游植物水華時(shí)，水位的上升和下降都會(huì )顯著(zhù)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(zhù)。而在非水華暴發(fā)期，研究發(fā)現不當的水位調節措施會(huì )一定程度上促進(jìn)藻類(lèi)生長(cháng)、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(dòng)態(tài)的非線(xiàn)性因果效應，并提供了一種基于定量水位調控控制水庫藻類(lèi)水華的新方法，可應用于水庫及類(lèi)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(xiàn)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。