朱亚鑫、王迪等：三氧同位素揭示三峡库区水动力过程对藻华发生的影响【JEMA，2026】

发布时间：2026-02-26     作者：    阅读：42次

作为世界上最大水电工程之一，三峡工程的运行改变了长江干流—支流体系的天然水动力格局。蓄水后，库区干支流交汇地带普遍形成回水区和相对静水环境，这不仅重塑了河流营养物质迁移与沉积过程，还通过削弱水体自净能力等途径，增加了区域内藻华暴发的风险，进而对库区生态安全、水资源利用与社会经济活动造成持续影响。因此，定量刻画干支流水体交换过程、识别回水区内的高风险水动力单元，已成为三峡库区水环境治理与精细化调度的关键科学问题之一。传统水文化学指标在多源补给、蒸发与非稳态混合叠加的库区环境中，往往难以精细分离端元来源与交换强度。引入三氧同位素体系可增强对蒸发与动力学过程的约束，为识别干支流交换格局及藻华高风险河段提供可靠的示踪依据。

针对上述问题，中国地质大学（北京）科学研究院博士生朱亚鑫在王迪博士后和韩贵琳教授的指导下，以丰水期三峡水库为研究对象，结合三氧同位素技术、端元混合模型和区域内历史藻华记录，聚焦干流—支流水体混合过程与藻华发生之间的联系，揭示回水区水动力特征及其生态指示意义。取得的主要认识如下：

（1）干流与支流的三氧同位素特征存在系统性差异，并可用于区分水体来源与混合影响。库区干流三氧同位素整体低于支流，且位于更上游的支流其同位素值更高（图1）。支流下游与河口河段的同位素特征趋近干流，反映干流回水补给与混合的影响。结合已报导的水体三氧同位素数据，支流上游段主要反映当地降水补给信号，而干流在夏季受到上游雪冰融水贡献影响较大，形成端元同位素差异并使混合识别成为可能。

图1 三峡水库δ²H，δ¹⁸O和δ¹⁷O的分布

（2）三氧同位素端元混合模型能够定量表征回水效应，并揭示其沿程增强特征。模型结果显示，小江受到干流的补给作用最弱，平均补给比例为3.7%，大宁河为43.6%，香溪河最强，为78.7%，体现距离大坝更近的支流受到干流的回水补给更强（图2）。研究进一步估算了各条支流受到显著补给影响的河段长度，香溪河约19.7~22.3 km，大宁河约8.9~19.2 km，并在大宁河DN-2与DN-3之间识别到同位素突变对应的补给强度变化

图2 长江对库区各支流的补给比例

（3）回水混合影响显著的河段具有更高的藻华发生概率，三氧同位素分区与藻华发生频率之间存在统计学显著关联。研究采用Ward层次聚类将样点划分为当地降水补给主导河段与回水区混合河段两类（图3），其中回水区混合河段同位素更低且更接近干流。以叶绿素a=10 μg/L为阈值汇总历史藻华记录后，回水区混合河段藻华比例为45.66%，当地降水补给主导河段为18.71%，Pearson χ2检验显示差异显著（p < 0.001）。该结果表明藻华高发与回水影响下的低流速、长停留时间与物质滞留增强等水动力条件相关，三氧同位素可用于识别高风险河段并支撑分区治理。

图3 水样三氧同位素特征的层次聚类树状图

综上，三氧同位素联合聚类与端元混合模型能够识别并量化三峡库区回水区干支流交换过程，并将水动力分区与藻华风险差异建立可检验的定量联系。研究强调了水库调度与蓄水引发的水动力改变对藻华的关键驱动作用，为回水区生态风险识别与精细化调度治理提供依据，并对具有类似回水交换特征的大型水库系统具有方法参考意义。

上述研究成果发表在期刊Journal of Environmental Management（IF = 8.7）上，中国地质大学（北京）科学研究院博士研究生朱亚鑫为论文第一作者，王迪博士后为论文通讯作者，论文合作者包括中国水利水电科学研究院王雨春教授，中国地质大学（北京）韩贵琳教授。该研究得到了“深时数字地球”中央高校科技团队项目（2652023001）的资助。

论文信息：Yaxin Zhu, Di Wang*, Yuchun Wang and Guilin Han. Revealing hydrodynamic controls on algal bloom outbreaks in the Three Gorges Reservoir backwater area: Insights from triple oxygen isotopes analysis. Journal of Environmental Management, 2026, 401: 128872.

文章链接：https://doi.org/10.1016/j.jenvman.2026.128872