分層異重流對(duì)香溪河浮游植物葉綠素a空間分布的影響

曾一恒，沈旭舟，張佳磊*，張歡，劉德富，龔川，翁傳松

1.湖北工業(yè)大學(xué)土木建筑與環(huán)境學(xué)院

2.河湖生態(tài)修復(fù)與藻類利用湖北省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室

三峽水庫成庫后支流流速減緩，水體滯留時(shí)間增加，營養(yǎng)鹽滯留，庫灣水華頻發(fā)[1-2]，引起人們的廣泛關(guān)注和重視[3-4]。近年來，研究人員對(duì)水華形成過程和機(jī)理開展了一系列研究。從生態(tài)學(xué)角度來說，水華形成過程包括水華優(yōu)勢(shì)生長、增殖、上浮聚積為肉眼所見的3個(gè)過程[5]，研究人員綜合運(yùn)用現(xiàn)場觀測、室內(nèi)外控制試驗(yàn)和數(shù)值模擬等方法，在三峽水庫藻類生物量變化和群落結(jié)構(gòu)演替等方面取得了一定的研究進(jìn)展。水體的滯留時(shí)間、層化模式和光熱條件是影響三峽水庫支流庫灣藻類生物量的關(guān)鍵因素[5-10]；生境擾動(dòng)強(qiáng)度、水體層化模式、水體穩(wěn)定系數(shù)和營養(yǎng)鹽濃度是影響群落組成的關(guān)鍵因素[11-16]?？傮w上，目前關(guān)于三峽水庫水華形成過程的研究多集中在藻類的生長和演替上，而對(duì)藻類的遷移關(guān)注相對(duì)較少。

在海洋和湖泊中浮游藻類生物群落具有明顯的空間異質(zhì)性，其空間分布特征和風(fēng)力作用、水體環(huán)流以及藻類自身的運(yùn)動(dòng)能力等有關(guān)[17-18]。Webster[19]構(gòu)建了一個(gè)在穩(wěn)定風(fēng)力作用下藻類運(yùn)動(dòng)遷移模型來解釋這一現(xiàn)象，在此基礎(chǔ)上，Hutchinson[20]通過室內(nèi)水槽試驗(yàn)對(duì)該理論進(jìn)行完善。在對(duì)太湖等淺水湖泊的藻類運(yùn)動(dòng)輸移過程及其機(jī)制的研究中發(fā)現(xiàn)，風(fēng)和風(fēng)場是影響藻類時(shí)空分布的主要因素[20-25]：1）當(dāng)平均風(fēng)速小于臨界速度(3 m/s)或波高小于6.2 cm時(shí)，藻類在水面水平遷移并在下風(fēng)向堆積[20]。2）當(dāng)湖區(qū)風(fēng)速小于4.5 m/s時(shí)，藻類漂移速度隨著風(fēng)速的增大而增大。3）有效波高為0.02～0.10 m時(shí)，藻類水平漂移速度與有效波高呈負(fù)相關(guān)；當(dāng)有效波高大于0.1 m時(shí)，振幅的增大導(dǎo)致藻類在水體表層的聚積形態(tài)被破壞，使其在水體中呈現(xiàn)均勻分布。4）當(dāng)風(fēng)速為0 m/s時(shí)，藻類遷移主要受到藻細(xì)胞擴(kuò)散作用影響。同時(shí)湖流是風(fēng)場和水流流速共同作用的結(jié)果，導(dǎo)致湖流流速與藻類漂移速度并不存在線性關(guān)系[24-27]，在3～4 m/s風(fēng)速的作用下，水庫表層水體形成環(huán)流，裹挾著大量藻類進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，影響藻類的分布，不同類型的藻類對(duì)水體環(huán)流的響應(yīng)模式有顯著差異。紀(jì)道斌等[27]通過現(xiàn)場觀測以及流體力學(xué)理論推導(dǎo)表明，三峽水庫支流庫灣存在分層異重流特性是影響藻類運(yùn)動(dòng)遷移的關(guān)鍵因素，即在沒有風(fēng)力作用下，香溪河水面聚積形成的藻類斑塊會(huì)隨著水流逐漸輸移到下游。分層異重流對(duì)藻類的輸移作用主要體現(xiàn)在水平輸運(yùn)和垂向摻混2個(gè)方面，其中水平輸運(yùn)作用主要反映在對(duì)水體表層水流流速的影響上，垂向摻混強(qiáng)度主要以雷諾數(shù)（Re）來表征[28]。根據(jù)香溪河氣象監(jiān)測數(shù)據(jù)，風(fēng)速為2.47～2.92 m/s，遠(yuǎn)大于水流流速（0～0.32 m/s），依據(jù)孔繁翔等[29]對(duì)太湖的研究結(jié)論，推測風(fēng)速可能也是影響三峽水庫支流庫灣藻類運(yùn)動(dòng)遷移的因素。鑒于藻類不具備固定生態(tài)位，會(huì)受到水流作用力的影響，分層異重流所產(chǎn)生的水平和垂向2個(gè)方向的作用力[6,28-30]，推測區(qū)別于太湖這一淺水湖泊，三峽水庫支流庫灣藻類的運(yùn)動(dòng)輸移受到分層異重流所導(dǎo)致的水流流場和風(fēng)場的影響。

筆者基于三峽水庫支流庫灣的水文、氣象和藻類的現(xiàn)場跟蹤監(jiān)測結(jié)果，從三峽水庫支流庫灣水動(dòng)力特性入手，結(jié)合藻類時(shí)空分布特性，分析分層異重流背景下香溪河庫灣藻類時(shí)空分布特征及其影響因素，以期為三峽水庫水華防控和預(yù)測預(yù)報(bào)提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 監(jiān)測點(diǎn)設(shè)置及試驗(yàn)裝置

香溪河支流位于三峽大壩上游約38 km，庫灣以南北風(fēng)為主，風(fēng)速為1～3.4 m/s，流速為0～0.32 m/s，受到干支流溫度差所導(dǎo)致的密度差的影響，常年存在著分層異重流現(xiàn)象。野外觀測平臺(tái)（110°56′E，30°07′N）位于興山縣峽口鎮(zhèn)，觀測平臺(tái)距離河岸約20 m，遠(yuǎn)離航道，距長江干流16.9 km。依據(jù)2004—2015年水華事件統(tǒng)計(jì)結(jié)果[22-23]和水庫營養(yǎng)狀態(tài)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，劃定葉綠素濃度32 mg/m3為水華暴發(fā)閾值，夏季為香溪河回水區(qū)水華易發(fā)期，藍(lán)藻為優(yōu)勢(shì)藻種，因此在水華易發(fā)期的易發(fā)區(qū)每隔1.5 km左右布設(shè)1個(gè)斷面進(jìn)行風(fēng)速、水動(dòng)力和藻類時(shí)空分布特征的監(jiān)測，具體斷面布置如下（圖1）：A（110°46′45.22″E，31°06′13.54″N）、B（110°46′44.192″E，31°06′43.24″N）、C（110°46′49.42″E，31°07′04.43″N）、D（110°46′53.53″E，31°07′24.10″N）和 E（110°46′50.94″E，31°07′38.94″N）。三峽庫區(qū)水位及入庫流量變化過程見圖2。

圖2 三峽庫區(qū)水位及入庫流量變化過程Fig.2 Variation of water level and inflow in the Three Gorges Reservoir area

1.2 觀測指標(biāo)和方法

根據(jù)三峽水庫調(diào)度方案，2017年5月17日—6月9日為泄水期，6月9日—8月23日為汛期，8月23日—10月21日為蓄水期，10月21日—12月31日為高水位運(yùn)行期，本研究以2017年8月4—10日代表香溪河汛期(圖2)。基于香溪河野外觀測平臺(tái)，于汛期開展水動(dòng)力及藻類時(shí)空分布特征研究，監(jiān)測指標(biāo)包括藻類漂移速度、風(fēng)速、風(fēng)向、流速、葉綠素a（Chla）濃度。水華漂移速度野外觀測參考白曉華等[31]的研究，以表層聚集形態(tài)藻類為研究對(duì)象，在觀測平臺(tái)上選取與河岸平行的一段10 m長水面并安裝刻度尺，人工目測水華藻類漂移距離，同時(shí)用秒表記錄時(shí)間，計(jì)算水華漂移速度；風(fēng)速風(fēng)向數(shù)據(jù)通過手持式風(fēng)速測定儀現(xiàn)場測定，以高出水面1 m為數(shù)據(jù)采集高度；流速和Chla濃度分別用三維點(diǎn)式流速儀（Vector 6MHz，挪威）和多參數(shù)水質(zhì)監(jiān)測儀（YSI 6600 V2，美國）測定。在每日06:00—12:00測定藻類漂移速度、風(fēng)速、風(fēng)向、流速和Chla濃度，每小時(shí)測定3次，間隔20 min，取均值。

1.3 數(shù)據(jù)處理及分析方法

（1）雷諾數(shù)（Re）

當(dāng)Re>2 000時(shí)，水體為層流狀態(tài)；2 0004 000時(shí)，為紊流狀態(tài)。Re計(jì)算公式為：

式中：V為相同流向水層的平均流速，m/s；h為相同流向水層的厚度，m；v為運(yùn)動(dòng)黏性系數(shù)，取1.007 4×10-6m2/s。

（2)漂移面積

試驗(yàn)期間藻類的漂移面積是表征香溪河藻類輸移量的重要指標(biāo)，其可表示為：

式中：S為藻漂移面積，km2；V藻為藻類沿平臺(tái)方向的漂移速率，m/s；L為試驗(yàn)地點(diǎn)河流橫斷面長度，m。

（3)漂移生物量

表層藻類漂移生物量計(jì)算方法參照文獻(xiàn)[29]，可表示為：

式中：T為藻類漂移生物量，g/s；C為Chla濃度，μg/L；i為采樣次數(shù)；d為水深，m。

試驗(yàn)期間觀測所得風(fēng)速、流速、藻類漂移速度數(shù)據(jù)的顯著性差異分析（ANOVA）、相關(guān)分析和多元線線性回歸均采用R語言(3.4.1)進(jìn)行處理。

2 結(jié)果與分析

2.1 汛期香溪河庫灣水動(dòng)力特性及水動(dòng)力模式

根據(jù)觀測期間（2017年8月4—10日）香溪河庫灣的縱剖面流速分布（圖3），香溪河庫灣具有明顯的分層異向流特性。由圖3可見，4日、6日、8日、9日和10日的水體環(huán)流模式相似：上游來水從下層流向干流，干流水體從中上層倒灌進(jìn)入庫灣與庫灣原水相遇后一分為二，靠上層部分抬升后調(diào)轉(zhuǎn)方向從表層回流干流，靠下層則調(diào)轉(zhuǎn)方向后與上游來水一起輸出庫灣；5日的水體環(huán)流模式顯示，干流倒灌水體從中上層倒灌進(jìn)庫灣后一分為二，分別從表層和底層回流長江，此時(shí)上游來水可大致分為三部分，一部分從底部直接流向河口，另一部分抬升至中表層后流出庫灣，還有一部分與倒灌水體相遇形成環(huán)流；7日水體環(huán)流模式為上游來水從下層流入庫灣，干流來水一分為二分別從表層和底層回流長江。

圖3 2017年8月4—10日香溪河庫灣縱坡面流速分布Fig.3 Vertical profile of flow velocity of Xiangxi River Bay on August 4-10, 2017

根據(jù)汛期香溪河分層異重流模式[32]（圖4），上游來水從底部進(jìn)入、下游干流水體從中上層倒灌，形成底部順坡異重流和中上層倒異重流。

圖4 汛期香溪河水體混合模式Fig.4 Water mixing model of Xiangxi River Bay in flood season

根據(jù)雷諾試驗(yàn)[33]，隨著水流流速的增大，水體流態(tài)會(huì)從規(guī)則層流轉(zhuǎn)變?yōu)椴灰?guī)則湍流，水流流態(tài)對(duì)水華藻類的運(yùn)動(dòng)遷移造成影響。期間觀測點(diǎn)Re為1.07×104～4.41×105（表1），均大于 4 000，根據(jù)層流與紊流的判定標(biāo)準(zhǔn)，此時(shí)水流存在著縱向與橫向的脈動(dòng)速度，攜帶藻類出現(xiàn)水平和垂向的遷移。

表1 2017年8月4—10日觀測點(diǎn)雷諾數(shù)變化Table 1 Reynolds numbers of observation points on August 4-10, 2017

2.2 風(fēng)場與水流流場協(xié)同作用下對(duì)藻類水平分布特征的影響

2.2.1 藻類水平分布特征

汛期（2017年8月4—10日）現(xiàn)場跟蹤監(jiān)測結(jié)果表明（圖5）：藻類漂移速度(V藻)、風(fēng)速(V風(fēng))和水流速度（V水）的矢量方向基本維持一致，僅5日的11:00為西南方向，其余均為東北方向；V藻、V風(fēng)和V水矢量值在時(shí)間尺度上變化趨勢(shì)維持一致，風(fēng)速矢量值顯著大于水流速度和藻速(P<0.05)，按照三者的平均值，監(jiān)測期間V風(fēng)分別是V水和V藻的28.7倍和7.7倍，V風(fēng)、V水和V藻分別為 0～2.50、0.02～0.191和0.002～0.142 m/s，平均值分別為 (0.43±0.66)、(0.015±0.044)和 (0.056±0.033) m/s。值得注意的是，5 日的12:00、7日的10:00—12:00和9日的12:00風(fēng)速為0 m/s，水流流向?yàn)槲髂戏较?，流速分別為0.041、0.04、0.041、0.031 和 0.036 m/s，而水華藻類漂移方向?yàn)闁|北，與水流方向相反，漂移速度分別為0.009、0.009、0.009、0.013 和 0.011 m/s，同時(shí)，表層 Chla濃度從左岸到到中部再到右岸依次降低，這表明在風(fēng)速為0 m/s且水流速度較小條件下，藻類水平漂移主要受到擴(kuò)散作用的影響，藻類從高濃度向低濃度遷移；藻類漂移面積和漂移通過量的變化趨勢(shì)與藻類漂移速度、風(fēng)速和流速基本一致，除5日的11:00藻類漂移方向?yàn)槲髂希藭r(shí)藻類漂移生物量表現(xiàn)為自西南向東北漂移，其余時(shí)間均為東北向西南順流而下，在7日的08:00藻類漂移面積和漂移生物量最大，分別為0.177 km2和0.69 g，Chla濃度存在差異，藻類漂移面積與漂移生物量的最小值在時(shí)間尺度上并不同步，分別出現(xiàn)在5日的11:00（0.008 km2）和10 日的 12:00（0.003 2 g）。

圖5 2017年8月4—10日香溪河庫灣庫灣風(fēng)場、流場、藻類漂移速度、漂移面積和漂移生物量分布Fig.5 Wind field, flow field, algae drift velocity, drift area and drift mass of Xiangxi River Bay on August 4-10, 2017

2.2.2 對(duì)藻類水平漂移速度的影響

相關(guān)統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果表明（圖6）：藻類漂移速度隨風(fēng)速增大逐漸增大，藻類漂移速度與風(fēng)速呈極顯著正相關(guān)（R2=0.526，P<0.01）；藻類水平漂移隨流速增大而增，與流速呈極顯著正相關(guān)（R2=0.400，P<0.01）。線性回歸結(jié)果如下：

圖6 藻類水平漂移速度與風(fēng)速和流速的關(guān)系Fig.6 Relationship between horizontal drift velocity of algae and wind speed and velocity

利用R語言，對(duì)水體表層藻類水平漂移速度、風(fēng)速、流速數(shù)據(jù)進(jìn)行多元線性回歸分析，獲得藻類漂移速度與風(fēng)速、水流流速的響應(yīng)關(guān)系式：

藻類漂移速度與風(fēng)速和流速之間的多元線性回歸的擬合度良好（表2），表明藻類的漂移速度受到風(fēng)速和流速的影響。

表2 藻類漂移速度與風(fēng)速、流速影響因素的多元線性回歸參數(shù)Table 2 Multiple linear regression parameters among algae drift velocity and influencing factors of wind speed and flow velocity

2.3 香溪河庫灣藻類分布特征及其影響因素

受到倒灌水體對(duì)庫灣高濃度Chla的稀釋作用和環(huán)流對(duì)庫灣內(nèi)高濃度Chla攜帶作用的雙重影響，研究期間水柱內(nèi)Chla濃度呈直線下降趨勢(shì)，Chla濃度從76.2 mg/L快速降至16.9 mg/L，水體表層可觀測藻斑數(shù)量也急劇減少。

庫灣縱坡面Chla濃度分布顯示（圖7），其沿河道垂向分布特征與香溪河異重流模式基本吻合。2017年8月4日，隨著干流底來水從中部侵入庫灣，水柱內(nèi)表層Chla濃度最高，靠近上游的底層次之，中層最低；5日，庫灣原水受到倒灌水體的阻塞而形成環(huán)流，攜帶表層藻細(xì)胞至中層水體，導(dǎo)致中層Chla濃度略有上升，表層Chla濃度直線下降；6日，受到干流倒灌水體與庫灣原水形成環(huán)流，攜帶中層藻細(xì)胞至表層，導(dǎo)致表層Chla濃度略有升高，7—10日，隨著倒灌作用增強(qiáng)，稀釋作用加強(qiáng)，導(dǎo)致庫灣內(nèi)Chla濃度持續(xù)下降，同時(shí)，由于庫灣上游原水受到阻塞作用影響，導(dǎo)致Chla濃度高值均出現(xiàn)在靠近上游的表層水體。

圖7 2017年8月4—10日香溪河庫灣縱坡面Chla濃度垂向分布特征Fig.7 Vertical profile of distribution characteristics of Chl-a concentrations in Xiangxi River Bay on August 4-10, 2017

3 分層異重流背景下風(fēng)場和水流場對(duì)藻類空間分布的影響機(jī)制

三峽水庫香溪河庫灣常年存在分層異重流[32,34]。冬季香溪河上游來水從表層流入庫灣，干流倒灌水體以底層倒灌形式進(jìn)入庫灣；春夏時(shí)期，上游來水分別從表層和底層流入庫灣，干流水體從中層倒灌形式進(jìn)入庫灣；秋季上游來水則以底部順坡異重流形式輸出庫灣，干流來水從表層倒灌進(jìn)入庫灣[14]。3種不同倒灌模式，導(dǎo)致三峽水庫支流庫灣水流循環(huán)模式有以下3種：1）上游來水直接從表層流入庫灣，干流水體從中下層倒灌進(jìn)入庫灣，逐漸抬升至中上層并輸出庫灣；2）上游來水潛入底部并輸出庫灣，干流水體從中層倒灌進(jìn)入庫灣后分為兩部分，分別從表層和底部回流干流；3）上游來水從底部流向長江，干流水體從表層倒灌進(jìn)入庫灣并在中上游形成環(huán)流，從底層輸出庫灣[6]。分層異重流是影響水體藻細(xì)胞向河口輸移的關(guān)鍵因素，水流對(duì)藻類的輸移能力有影響，隨著水體表層流速和持續(xù)時(shí)間的增加而增強(qiáng)，隨著藻團(tuán)半徑的減小而增加[27]；分層異重流對(duì)水體混合深度和剪切力有影響，分層異重流所造成的流速梯度越大，水體摻混強(qiáng)度也越大，垂向分布越趨向于均勻，水體穩(wěn)定分層的出現(xiàn)制約藻類的垂向遷移，使藻類在垂向分布上出現(xiàn)濃度梯度，當(dāng)垂向摻混打破水體穩(wěn)定分層時(shí)垂向分布趨向于均一化[9,35]。

以太湖為例的淺水湖泊研究表明，藻類的運(yùn)動(dòng)遷移受到風(fēng)速、波高以及藻類細(xì)胞擴(kuò)散作用的影響，但與湖流并無顯著的關(guān)系[21]；Vidal等[36]對(duì)深水湖庫的研究結(jié)果指出，風(fēng)和風(fēng)場驅(qū)動(dòng)下的水體環(huán)流是影響藻類運(yùn)動(dòng)遷移的主要因素。本研究結(jié)果表明，藻類運(yùn)動(dòng)速度與風(fēng)速和流速均呈極顯著正相關(guān)，但是流速與風(fēng)速并無相關(guān)關(guān)系（P>0.05），這是由于香溪河庫灣分層異重流受到長江干流與庫灣水體之間的溫度差異和濁度差帶來的密度差異的影響[34]，與庫灣的風(fēng)速無關(guān)。這表明，對(duì)于香溪河庫灣藻類運(yùn)動(dòng)遷移，風(fēng)速和流速是2個(gè)獨(dú)立的影響因素。

（1）存在分層異重流而無風(fēng)速影響

楊正健[6]將香溪河庫灣不同時(shí)期水流狀態(tài)劃分為表層倒灌異重流、中層倒灌異重流、底部倒灌異重流、底部楔型倒灌異重流和底部順坡異重流。不同類型的異重流對(duì)藻類的分布和運(yùn)動(dòng)遷移具有不同的影響。在表層倒灌異重流模式下，藻類聚集在表層水體，水華最易暴發(fā)；中層倒灌異重流模式下，藻類主要集中在表中層的交界面，在一定程度上可致水華發(fā)生[37]。根據(jù)前期研究結(jié)果，香溪河水華易發(fā)期優(yōu)勢(shì)藻種為藍(lán)藻，多聚積于水體表面[5]，而衣藻等利用自身表毛運(yùn)動(dòng)的藻類運(yùn)動(dòng)速度為0.1～0.17 mm/s[37]，遠(yuǎn)小于水流流速。因此，在無風(fēng)情況下，藻類運(yùn)動(dòng)依靠水流流動(dòng)，隨著水流輸出庫灣[27]。

（2）無分層異重流存在風(fēng)速影響

由于密度差的存在，深水湖庫中通常具有水體分層現(xiàn)象[19]。當(dāng)香溪河庫灣不存在分層異重流，則可將庫灣水體視為存在穩(wěn)定分層的水體。風(fēng)場和風(fēng)場作用下的風(fēng)生環(huán)流對(duì)藻類分布的影響集中在水體表層，而對(duì)于深層水體幾乎沒有影響[20]。當(dāng)風(fēng)速小于閾值（2～3 m/s）時(shí)，風(fēng)和風(fēng)生環(huán)流裹挾藻類在下風(fēng)向堆積；當(dāng)風(fēng)速大于閾值時(shí)，藻類在表層水體均勻分布[5]。

（3）分層異重流和風(fēng)速共同影響

根據(jù)本研究結(jié)果，在分層異重流和風(fēng)的協(xié)同作用下，分層異重流所形成的水體環(huán)流在攜帶庫灣高濃度Chla輸出河口的同時(shí)，表層水體所聚積的藻類在風(fēng)的作用下進(jìn)行運(yùn)動(dòng)遷移，期間風(fēng)速為0～2.5 m/s，符合Webster[19]和太湖[5]風(fēng)速閾值的研究結(jié)果，藻斑在表層水體隨水流和風(fēng)速運(yùn)動(dòng)。根據(jù)數(shù)理統(tǒng)計(jì)結(jié)果，香溪河庫灣風(fēng)速和流速對(duì)藻類運(yùn)動(dòng)遷移的影響占比分別為0.432和0.568（根據(jù)R2求得）。

根據(jù)本團(tuán)隊(duì)前期（2008—2011年）在香溪河的野外跟蹤監(jiān)測結(jié)果[38]，香溪河庫灣的年平均風(fēng)速為2.57～2.92 m/s，水流流速為 0～0.32 m/s，風(fēng)速遠(yuǎn)大于水流速度[26]。淺水湖泊的相關(guān)研究結(jié)果表明，風(fēng)力所驅(qū)動(dòng)下的風(fēng)場是影響藻類水平漂移的關(guān)鍵因素，孔繁翔等[29]在太湖流域的研究結(jié)果表明，當(dāng)平均風(fēng)速小于3.0 m/s時(shí)（或波高小于6.2 cm）時(shí)，水面可近似看做水動(dòng)力光滑，水體表層藻類在風(fēng)力作用下在下風(fēng)向堆積；當(dāng)風(fēng)速超過3.0 m/s（或波高小于6.2 cm）時(shí)，水體產(chǎn)生劇烈的摻混，藻類在水體中趨向均勻分布[17]。本研究結(jié)果表明，香溪河庫灣存在分層異重流現(xiàn)象，對(duì)藻類輸移產(chǎn)生水體表層流速所驅(qū)動(dòng)的水平輸運(yùn)和垂向摻混2種機(jī)制?，F(xiàn)場監(jiān)測結(jié)果表明，藻細(xì)胞的水平輸運(yùn)受到風(fēng)力和水體表層流速協(xié)同作用的影響；當(dāng)風(fēng)速為0 m/s且表層水體流速較小時(shí)，藻類漂移速度受到藻細(xì)胞擴(kuò)散作用的影響；藻類的垂向分布受到分層異重流中倒灌水體所產(chǎn)生的對(duì)水體藻細(xì)胞的稀釋作用和環(huán)流的雙重影響。

綜合前期相關(guān)研究進(jìn)展和本研究結(jié)果，三峽水庫香溪河庫灣常年存在分層異重流現(xiàn)象，同時(shí)平均風(fēng)速均小于閾值（3.0 m/s），按照淺水湖泊風(fēng)浪對(duì)藻類水平垂向運(yùn)動(dòng)的判定標(biāo)準(zhǔn)[39]，香溪河庫灣風(fēng)場對(duì)表層藻類的遷移作用主要在水平方向。因此藻類水平遷移受到分層異重流下水體表層流速和風(fēng)場導(dǎo)致的輸移作用的雙重影響；藻類垂向遷移受到分層異重流所產(chǎn)生的環(huán)流影響。

4 結(jié)論

（1）汛期香溪河庫灣具有明顯的分層異重流特性。長江干流水體以中上層分層異重流形式倒灌進(jìn)庫灣，上游來水以底部順坡異重流形式流向河口，倒灌水體與庫灣原水在中上游相遇，一分為二，分別從底層和表層回流至干流。監(jiān)測期間Re為1.07×104～4.41×105，表明此時(shí)水體為紊流，對(duì)藻類產(chǎn)生水平輸運(yùn)和垂向摻混作用。

（2）汛期香溪河庫灣藻類水平漂移速度與風(fēng)速、流速的矢量方向基本一致，其矢量值變化趨勢(shì)在時(shí)間尺度上趨勢(shì)一致；當(dāng)風(fēng)速為0 m/s，且流速較小時(shí)，藻類水平漂移主要受到擴(kuò)散作用的影響；藻類漂移速度受風(fēng)速和流速的影響，擬合公式為V藻=0.035V風(fēng)+0.461V水+0.034(R2=0.917，P<0.01)。

（3）倒灌水體對(duì)庫灣原水高濃度Chla的稀釋和環(huán)流對(duì)高濃度Chla攜帶的雙重作用，水柱Chla總濃度呈直線下降趨勢(shì)，期間環(huán)流模式可概化為：干流倒灌水體在庫灣中部與上游來水相遇后一分為二，一部分與上游來水交匯后從底部輸出庫灣，一部分從表層輸出庫灣，在這種環(huán)流模式下，Chla濃度的垂向分布表現(xiàn)為表層>底層>中層；干流倒灌水體與上游來水相遇后形成環(huán)流，與上游來水一同從下層輸出庫灣，在這種環(huán)流模式下Chla濃度會(huì)出現(xiàn)表層>中層>底層或者中層>底層>表層2種分布特征。