清江流域水布埡水庫溫室氣體交換通量監(jiān)測與分析研究

趙登忠，譚德寶，汪朝輝，郝超英

（1.長江科學(xué)院空間信息技術(shù)應(yīng)用研究所，武漢 430010；2.中國長江三峽集團公司，湖北宜昌 443002）

清江流域水布埡水庫溫室氣體交換通量監(jiān)測與分析研究

趙登忠1，2，譚德寶1，汪朝輝1，郝超英1

（1.長江科學(xué)院空間信息技術(shù)應(yīng)用研究所，武漢 430010；2.中國長江三峽集團公司，湖北宜昌 443002）

為了研究水庫溫室氣體源匯變化，選擇清江流域水布埡水庫作為研究案例，在2010年5月和10月開展了2次原位觀測試驗，獲取了水布埡水庫水氣界面二氧化碳和甲烷交換通量、水體上空大氣溫室氣體濃度垂直變化規(guī)律及水環(huán)境因子。結(jié)果表明：水布埡水庫2010年5月份水體上空大氣二氧化碳濃度在0.5 m高度以下最高，其中表層水溫對水庫水體二氧化碳源匯地位具有重要的影響；2010年10月份水布埡水庫水氣界面二氧化碳和甲烷交換通量呈排放狀態(tài)，平均通量分別為3 740.92±1 872.56 mg·m-2·d-1和1.22±0.57 mg·m-2·d-1，但比世界溫帶和熱帶主要水庫要低得多，接近于中國太湖和東湖等自然水體排放水平；二氧化碳通量的空間分布從上游到壩前呈現(xiàn)升高的趨勢，而甲烷的空間分布趨勢則呈現(xiàn)相反的趨勢。研究將為我國水庫溫室氣體科學(xué)研究提供了寶貴的示范案例，為開展水電清潔能源開發(fā)提供科學(xué)支撐。

水布埡水庫；水庫溫室氣體；交換通量；水氣界面

1 概 述

溫室氣體（Greenhouse Gas，GHG）主要包括二氧化碳（CO2）、甲烷（CH4）和一氧化二氮（N2O）等痕量氣體，主要來源于水體、陸地和人類活動等，是全球氣候變化的重要驅(qū)動因素。隨著以煤炭和石油為主的化石能源大量利用，常常伴隨著大量溫室氣體排放，對全球或局部氣候產(chǎn)生溫室效應(yīng)，導(dǎo)致全球或局部范圍自然災(zāi)害發(fā)生的頻率和深度大幅增加［1］。為了減少溫室氣體的排放，近年來以風(fēng)電、核電為代表的新型能源以及水電清潔能源得到蓬勃發(fā)展，其中水電生產(chǎn)不消耗任何化石燃料能夠提供大量清潔能源，從而在促進經(jīng)濟發(fā)展的同時大幅度減少溫室氣體排放，是唯一可大規(guī)模開發(fā)并具有明顯溫室氣體減排效益的綠色能源，已成為世界多數(shù)國家能源發(fā)展戰(zhàn)略的主流認識［2-4］。然而，近年來水電作為一種可持續(xù)發(fā)展利用的清潔能源在溫室氣體排放方面受到關(guān)注，與科學(xué)技術(shù)發(fā)展歷程中遭受許多非議一樣，水壩工程并未因為其給人類帶來巨大益處而免受指責(zé)［5，6］。

發(fā)電水庫的溫室氣體排放是復(fù)雜的科學(xué)問題，有關(guān)研究成果表明不同氣候帶、不同地理區(qū)域、不同水庫以及水庫不同運用階段的溫室氣體源匯變化均表現(xiàn)出很強的個案特征［7］。國際學(xué)術(shù)界主要在巴西、巴拿馬、法屬圭亞那、北美其它地區(qū)以及斯堪的納維亞地區(qū)開展了水庫淹沒區(qū)溫室氣體源匯變化長期原位監(jiān)測及不同類型水生生態(tài)系統(tǒng)對比研究［8-14］。我國科學(xué)家主要在濕地、湖泊等水體溫室氣體做了監(jiān)測及分析研究［15-20］，陳永根等采用靜態(tài)箱-氣相色譜法對中國不同地區(qū)的8個湖泊冬季水體水-氣界面甲烷通量進行了24 h連續(xù)觀測，對中國湖泊冬季甲烷的總釋放量進行了估算［21］。但是我國尤其是長江上游流域大型水庫大部分屬于河道型水庫，庫區(qū)多位于高山峻嶺地區(qū)，石質(zhì)庫岸較多，與世界其它地區(qū)水庫存在較大的差異，還未有系統(tǒng)全面的原始觀測數(shù)據(jù)積累，國外研究結(jié)果也不能說明其源匯地位［22］。鑒于我國水庫的特點及系統(tǒng)觀測數(shù)據(jù)的缺乏，非常需要在水庫溫室氣體觀測數(shù)據(jù)積累、觀測方法與分析標(biāo)準(zhǔn)以及內(nèi)在產(chǎn)生機制等方面開展研究。

水庫溫室氣體源匯變化可以從重要界面交換通量和水庫上空大氣溫室氣體濃度2個方面進行測定，重要界面交換通量是大氣溫室氣體濃度變化的根源，而大氣溫室氣體濃度變化是交換通量的直接表現(xiàn)。因此，本文選擇清江流域水布埡水庫做為典型研究區(qū)，分別在2010年5月8日和10月26日開展了水庫上空大氣二氧化碳濃度垂直變化、水氣界面交換通量進行了原位觀測，試圖了解水庫近水面大氣二氧化碳的濃度時空變化特征及其與水環(huán)境之間的相互關(guān)系，對中國水電可持續(xù)發(fā)展和節(jié)能減排戰(zhàn)略的順利實施具有重要意義。

2 研究區(qū)與實驗方案

2.1 研究區(qū)介紹

清江水布埡水電站壩址位于巴東縣境內(nèi)（如圖1所示）。2006年下半年蓄水，2007年7月首臺機組發(fā)電，2009年工程全部竣工。水庫兩岸及庫底多為石質(zhì)本底，水庫淹沒的植被及土壤較少，在水庫建設(shè)以前開展了大規(guī)模的清庫工作。由于水庫為典型河道型水庫，兩岸大部分區(qū)域非常陡峭，庫區(qū)內(nèi)人類活動較少，沒有污染型的大型工礦企業(yè)，水質(zhì)較好。水庫正常蓄水位400 m，最低和最高水位分別是372.21 m和396.62 m（近期水位變化見圖2）。庫容43.12億m3，總庫容45.8億m3，裝機容量1 600 MW，是以發(fā)電、防洪、航運為主，并兼顧其它的水利樞紐工程。

圖1 清江流域水布埡水庫溫室氣體觀測點位置示意圖Fig.1 The location of greenhouse gas em ission measurement points at Shuibuya reservoir in Qingjiang River Basin

圖2 清江流域水布埡水庫壩前水位時間變化示意圖Fig.2 Change of water level in front of the dam of Shuibuya Reservoir

2.2 觀測實驗方案

為了獲取水布埡水庫上空大氣二氧化碳垂直剖面變化特征，試驗方案在2010年5月8日采用探空氣球方法在水庫典型特征觀測點的不同高度大氣層中抽取大氣，直接利用觀測儀器進行測試，得到距離水面0.2，0.5，1.5，3，12，25，40 m大氣層二氧化碳的濃度信息；試驗方案在2010年10月26日采用國際上流行的靜態(tài)浮箱法對水氣界面二氧化碳和甲烷交換通量進行原位觀測。大氣二氧化碳濃度觀測儀器采用了國際上公認的Picarra G1101 i二氧化碳觀測儀和LGR便攜式溫室氣體通量儀，原位觀測點如圖1所示，圖中紅色點為水氣界面通量觀測點，黑色為水庫上空大氣溫室氣體濃度垂直廓線觀測點，紅線為水庫水體范圍。

3 材料與方法

3.1 觀測方法

水庫溫室氣體源匯變化原位觀測在每個典型觀測點主要涉及二氧化碳大氣濃度變化、水氣界面交換通量及影響因素3個部分，其中大氣濃度垂直廓線觀測主要采用探空氣球抽取氣體進行現(xiàn)場測定的方法，將硅膠管固定在連接氣球軟繩的不同高度節(jié)點上，在探空氣球放置一定高度時將硅膠管另一端連接到溫室氣體濃度測定儀器上，然后抽取不同高度大氣到溫室氣體濃度測定儀器內(nèi)部腔室進行測定，得到痕量氣體濃度變化曲線，待曲線穩(wěn)定后取其平均值作為具體高度上的二氧化碳濃度值，同時取得濃度數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)差等指標(biāo)。

水氣界面交換通量則采用靜態(tài)箱法進行，此種方法在水體表面覆蓋一個頂部密封箱體，箱體底部中空，收集表層水體以擴散方式交換的二氧化碳和甲烷氣體，根據(jù)箱體內(nèi)待測氣體濃度隨時間的變化率來計算被覆蓋水體待測氣體的排放通量。本研究中采用的不銹鋼浮箱箱體高度為50 cm，直徑為40 cm，采用不透光不散熱的硒膜將箱體覆蓋，減少光線和熱量對甲烷的影響，采樣箱內(nèi)部裝有小型風(fēng)扇，用以充分混合箱內(nèi)氣體，采樣箱上部密封，開有2個小孔，分別連接風(fēng)扇電源線和采樣用氣體導(dǎo)管。然后將浮箱放置在水面，通過連接箱體和溫室氣體測定儀器的硅膠管連續(xù)抽取浮箱內(nèi)氣體，輸入溫室氣體測定儀器的內(nèi)部腔室進行分析，得到浮箱內(nèi)二氧化碳和甲烷濃度的時間變化曲線，最后根據(jù)曲線變化斜率和箱體規(guī)格計算水面交換通量。本研究在每個觀測點利用一個浮箱只能觀測到一條典型曲線，計算得到一個通量值，沒有開展數(shù)據(jù)質(zhì)量控制方面的計算，但由于溫室氣體測定儀器可以得到連續(xù)的曲線，其精度完全可以保證。

水環(huán)境和氣象影響因素均采用便攜式觀測設(shè)備進行測定，其中氣象參數(shù)觀測儀器為Kestrel便攜式氣象觀測儀、水體電導(dǎo)率觀測儀器為YSIEC300觀測儀、水質(zhì)觀測儀器為YSI6600多參數(shù)水質(zhì)監(jiān)測儀和Hach水質(zhì)探測儀。本研究在每個觀測點可以得到一系列水環(huán)境和氣象因子，通過計算平均值和標(biāo)準(zhǔn)誤差進行數(shù)據(jù)質(zhì)量控制。

3.2 水氣界面交換通量計算方法

水氣界面二氧化碳和甲烷交換通量是指單位時間內(nèi)單位面積上溫室氣體濃度變化量，正值表示氣體從水體向大氣排放，負值表示水體吸收大氣該氣體，本文采用通量計算公式為

式中：F為氣體交換通量（mg·m-2·d-1）；F1為ppm與μg·m-3的單位轉(zhuǎn)換系數(shù)（二氧化碳為1 798.45；甲烷為655.47）；F2為min與d的轉(zhuǎn)換系數(shù)（1 440）；V為進入浮箱的空氣量體積（m3）；A為水上部分浮箱的表面積（m2）；F3為μg與mg的單位轉(zhuǎn)換系數(shù)（1 000）ΔC是溫室氣體在觀測時間內(nèi)濃度隨時間變化的直線斜率（10-6／min）。

4 結(jié)果討論與分析

4.1 水布埡水庫上空二氧化碳濃度垂直變化

水庫上空大氣二氧化碳濃度是研究水庫溫室氣體源匯變化重要指標(biāo)，其時空變化是水庫水體、水庫附近陸地植被及土壤二氧化碳循環(huán)共同作用的結(jié)果，可以間接地表明水庫在二氧化碳區(qū)域循環(huán)過程中的作用與地位。

水布埡水庫二氧化碳濃度大氣垂直剖面7個觀測點基本情況如圖3所示，圖中橫坐標(biāo)為觀測高度，縱坐標(biāo)為二氧化碳濃度。從圖中可以看出，除觀測點6和7外，其它觀測點大氣二氧化碳濃度變化趨勢相似，均在距離水面0.2 m處的濃度最高，越向上越低，但總體上講所有觀測點均是近水面二氧化碳濃度較高。觀測點6和7處二氧化碳濃度也是在0.5～3 m范圍內(nèi)達到最高點，在25 m和40 m的高空條件下，二氧化碳濃度顯著降低，說明水庫水面附近二氧化碳濃度較高，而在高空由于二氧化碳的消散作用而降低。同時還可以發(fā)現(xiàn)不同位置的觀測點大氣二氧化碳濃度變化的幅度也不相同，其中以壩前觀測點1和觀測點2的觀測濃度變化最為劇烈，二者的總體濃度也比其它觀測點高出近20×10-6，在390×10-6和405×10-6之間變化。其原因是由于水庫上游淹沒土壤和植被以及地表徑流輸入有機質(zhì)均積聚在壩前，導(dǎo)致壩前水體溶解有機質(zhì)增多，二氧化碳向大氣擴散的速度加快，但是壩前水面相對于干流并不寬闊，大氣不容易擴散，增大了壩前大氣二氧化碳變化速度和幅度。在觀測點1和觀測點2水體葉綠素比其它區(qū)域高，而其溫度較低，僅為17.3℃，觀測時當(dāng)?shù)貧鉁貎H為18.1℃，兩者在12 m高度濃度變化表現(xiàn)出較大的差異是因為觀測位置地區(qū)的差異，觀測點1庫岸非常陡峭，受地形的阻礙作用二氧化碳濃度在垂直尺度上的變化并不是很顯著，而觀測點2地形則較為平緩，二氧化碳濃度在12 m高度以上更容易受到風(fēng)的影響，其濃度顯著降低。另外，觀測點5，6，7均位于水庫干流，其濃度變化范圍非常一致，均在380～386×10-6之間變化，在0.2～3 m高度上的濃度最高，在0.2 m高度以上較為相似，說明水庫干流的二氧化碳交換水平非常相似，這種現(xiàn)象與水庫干流具有一致的水環(huán)境特征、水速以及消落帶土壤植被特征有關(guān)，3個觀測點的葉綠素指標(biāo)非常相近。觀測點3和4均處于水庫支流與干流的交叉處，但兩者二氧化碳濃度具有顯著的差異，觀測點3二氧化碳濃度水平與位于干流的觀測點5，6和7非常相似，而觀測點4的二氧化碳濃度水平介于壩前與干流位置二氧化碳水平之間。詳細分析表明，觀測點3所處支流較為短小，導(dǎo)致外部輸入有機質(zhì)還未充分溶解，表現(xiàn)為葉綠素僅為0.92 μg／L；而觀測點4所處支流側(cè)較為細長，外部輸入有機質(zhì)經(jīng)過長時間輸送過程而充分溶解，其葉綠素側(cè)高達1.25μg／L。雖然葉綠素濃度水平并不能代表水體有機質(zhì)，但可以間接表明兩者之間的關(guān)系。

圖3 清江流域水布埡水庫上空二氧化碳濃度垂直變化特征觀測示意圖Fig.3 The vertical profile of carbon dioxide concentration above Shuibuya Reservoir

4.2 水布埡水庫水氣界面溫室氣體濃度變化

為了獲取水布埡水庫二氧化碳和甲烷交換通量，需要觀測水庫水體水氣界面溫室氣體濃度變化特征，本文采用靜態(tài)浮箱法在水庫壩前、支流及干流上游等典型區(qū)域設(shè)置觀測點開展試驗工作。圖4至圖6為2010年10月26日在水布埡水庫1號、6號和10號觀測點水氣界面溫室氣體濃度變化規(guī)律，原位觀測儀器為LGR便攜式溫室氣體通量儀。從圖中可以看出，水體水氣界面二氧化碳濃度均是從大氣本底值380×10-6左右開始隨時間而升高，曲線呈線性關(guān)系，其擬合曲線相關(guān)系數(shù)均在0.95以上，說明浮箱內(nèi)二氧化碳濃度在均勻升高，6號觀測點濃度變化曲線呈現(xiàn)拋物線形狀是因為浮箱內(nèi)氣體濃度

圖4 清江流域水布埡水庫2010年10月觀測點1水氣界面溫室氣體濃度變化Fig.4 Changes of greenhouse gas concentration from water-atmosphere interface at No.1 measurement point of Shuibuya Reservoir in October，2010

圖5 清江流域水布埡水庫2010年10月觀測點6水氣界面溫室氣體濃度變化Fig.5 Changes of greenhouse gas concentration from water-atmosphere interface at No.6 measurement point on Shuibuya Reservoir in October，2010

圖6 清江流域水布埡水庫2010年10月觀測點10水氣界面溫室氣體濃度變化Fig.6 Changes of greenhouse gas concentration from water-atmosphere interface at No.10 measurement point on Shuibuya Reservoir in October，2010

受到氣壓和二氧化碳甲烷的積累影響，從而影響了水體二氧化碳的排放速度和通量。甲烷濃度同樣從1.82×10-6的大氣本底值開始呈線性升高，與二氧化碳濃度變化具有相同的變化特征，其擬合曲線相關(guān)系數(shù)也在0.95以上，但變化幅度僅在0.1×10-6以內(nèi)，說明水體的甲烷排放量相對于二氧化碳非常低。

4.3 水布埡水庫水氣界面溫室氣體交換通量

圖7為2010年5月8日觀測結(jié)果，從圖中可看出所有觀測點二氧化碳通量均在400 mg·m-2·d-1以下，觀測點4和7由于波浪較大，可能有外部氣體進入箱體導(dǎo)致觀測數(shù)據(jù)無效，實際上只有5個觀測點數(shù)據(jù)。其中，觀測點1和2在水布埡大壩前位置，其通量均在100 mg·m-2·d-1以下；觀測點3在水庫庫灣，其二氧化碳交換通量為341.85 mg·m-2·d-1，在所有有效觀測點中是最高的，也可以從0.2 m高度大氣二氧化碳濃度空間分布可以看出，在此點其濃度也是最高的。觀測點5和6距離較近，均在水庫中游，其觀測時間分別為5月8日11：28和5月9日12：48，因此2個采樣點水氣界面二氧化碳通量分別為169.37 mg·m-2·d-1和152.28 mg·m-2·d-1，非常接近。

圖7 2010年5月08日水布埡水庫水體水氣界面二氧化碳交換通量變化Fig.7 Changes of carbon dioxide flux from the wateratmosphere interface on Shuibuya Reservoir on M ay 08，2010

圖8 為2010年10月份水布埡水庫水氣界面二氧化碳10個觀測點交換通量變化示意圖，從圖中可以看出，二氧化碳交換通量在2 000 mg·m-2·d-1和7 000 mg·m-2·d-1的范圍內(nèi)變化，均為正值，說明在本次觀測試驗中水庫水體是排放的，并且相對于其它月份整體通量較高，總體變化趨勢是壩前排放通量較高，而在上游排放通量較低，在4號和6號觀測點其交換通量最小，這2個點分別位于水庫干流和支流上，氣象指標(biāo)分析表明4號觀測點觀測時氣溫僅為9.8℃，是所有觀測點中最低的；同時4號觀測點水體葉綠素含量僅為1.92μg／L，也是所有觀測點中最低的。總體上看，觀測點1，2和3處交換通量分別為5 384.13，5 454.05，7 341.99mg·m-2·d-1，三者的觀測氣溫分別為10.9，11.2，11.2℃，相對于其他觀測點較低，其中觀測點1和觀測點2觀測時水面非常平靜，天氣為陰天，可能是導(dǎo)致2個測點出現(xiàn)高排放量的原因，3號觀測點為最大交換通量，位于靠近大壩位置，但是比更接近大壩的1號和2號觀測點交換通量更高，表明水氣界面二氧化碳交換通量不僅與大壩位置有關(guān)系，還與水庫庫岸周圍地形和水質(zhì)存在顯著的關(guān)系，因為地形的變化將極大地影響風(fēng)速，而風(fēng)速則直接影響到水氣界面溫室氣體擴散速度，水質(zhì)條件將極大地影響水體溫室氣體產(chǎn)生機制。另外，觀測點6，7和8均處于水庫支流庫灣，其二氧化碳交換通量分別為1 328.55，2 447.33，2 377.41mg·m-2·d-1，相對于其它觀測點較低；3個觀測點觀測時間氣溫為11.7，13.1，13.3℃，比其他位置觀測點高約1～2℃。

圖8 2010年10月26日清江水布埡水庫水體水氣界面二氧化碳交換通量變化Fig.8 Changes of carbon dioxide flux from the wateratmosphere interface on Shuibuya Reservoir on October 26，2010

圖9 為2010年10月26日水布埡水庫水氣界面甲烷交換通量空間變化情況，從圖中可以看出本次觀測總體上呈現(xiàn)排放的狀態(tài)，但排放量值非常小，在0.56 mg·m-2·d-1到1.86 mg·m-2·d-1的范圍內(nèi)變化，總體變化趨勢壩前到上游是逐漸升高的，與同時期二氧化碳通量的變化趨勢相反。其中，觀測點1，2，3，4，5，9，10依次位于從壩前到上游的干流上，觀測點6-8位于支流庫灣上。由于觀測點1，2均位于壩前位置，兩者甲烷通量非常相似；但觀測點3和觀測點4的甲烷通量差別較大，其原因可能是因為兩者觀測時氣溫差別比較大，分別為11.2℃和9.8℃，另外兩者的水體葉綠素含量分別為3.15μg／L和1.92μg／L，觀測點4的葉綠素低很多，兩者的其它觀測指標(biāo)相差無幾，說明氣溫和水體葉綠素含量2個指標(biāo)對此次觀測甲烷通量的影響較大。另外，觀測點6，7和8均處于水庫支流庫灣，其交換通量分別為0.56，1.35，1.78 mg·m-2·d-1，相對于其它觀測點較高；3個觀測點觀測時間氣溫為11.7，13.1，13.3℃，比其它位置觀測點高約1～2℃。并且觀測點6位于水庫庫灣內(nèi)，其甲烷通量明顯比位于支流上的觀測點7和8低得多，同時還可以發(fā)現(xiàn)觀測點7甲烷通量相對于觀測點8要低，表明在支流上也表現(xiàn)出干流上同樣的空間分布趨勢。

為了能夠與世界其它水庫和自然水體進行比較，本文統(tǒng)計了世界溫帶與熱帶典型水庫及中國典型湖泊水體二氧化碳排放通量基本情況（如表1和表2所示）。從表1中可以看出，加拿大和巴西等國家主要水庫二氧化碳交換通量大部分在1 000 mg·m-2·d-1以上，甚至達到9 617 mg·m-2·d-1的交換通量。雖然表中的統(tǒng)計數(shù)據(jù)是水庫全年的二氧化碳總排放量，但與水布埡水庫二氧化碳交換通量存在數(shù)量級上的差別，從側(cè)面說明我國清江流域水布埡水庫二氧化碳交換通量并不高。還可以從表2中看出，與我國典型湖泊及小型水庫相比其排放量更低，尤其是比太湖和武漢東湖自然水體的排放量低，說明水布埡水庫二氧化碳交換通量已經(jīng)達到自然水體的水平。

4.4 水布埡水庫上空大氣二氧化碳濃度與水環(huán)境指標(biāo)的相互關(guān)系

一般情況下，水庫水體二氧化碳的吸收、排放以及存儲與相關(guān)水環(huán)境指標(biāo)具有密切關(guān)系。本文觀測試驗方案同時觀測了表層水溫、水體葉綠素以及濁素等重要指標(biāo)。因此，本文研究了水布埡水庫上空大氣二氧化碳濃度與水環(huán)境指標(biāo)之間的相互關(guān)系，探索兩者的相互影響機制。

水布埡水庫水體上空0.2 m和0.5 m高度上空大氣二氧化碳濃度與水體表層溫度、水體葉綠素和濁度之間的關(guān)系如圖10至圖12所示。從圖10中可以看出，水庫水面0.2 m和0.5 m上空大氣二氧化碳濃度與水體表層水溫具有強烈的正相關(guān)關(guān)系，其相關(guān)系數(shù)均在0.7以上，在水面其它高度層上也發(fā)現(xiàn)了同樣的趨勢。從圖11中可以看出，水庫水面0.2 m和0.5 m高度層大氣二氧化碳濃度與葉綠素濃度具有弱相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)僅在0.4左右。從圖12可以看出0.2 m和0.5 m高度層大氣二氧化碳濃度與水體濁度則完全沒有相關(guān)關(guān)系。因此可以判定在表層水溫、葉綠素濃度和濁度3個水環(huán)境指標(biāo)中，表層水溫對水庫水體二氧化碳源匯地位具有決定性的作用，葉綠素次之，而濁度則完全沒有關(guān)系。

圖9 2010年10月26日清江水布埡水庫水體水氣界面甲烷交換通量變化Fig.9 Changes ofmethane flux from the wateratmosphere interface on Shuibuya Reservoir on October 26，2010

表1 溫帶與熱帶主要水庫溫室氣體CO2交換通量Table 1 CO2fluxes from main reservoirs in tem perate and tropic zones

表2 中國部分自然湖泊與水庫溫室氣體（CO2）交換通量數(shù)據(jù)Table 2 CO2fluxes from natural lakes and reservoirs in China

圖10 水布埡水庫上空0.2和0.5 m高度大氣二氧化碳濃度與水體表層溫度之間的關(guān)系Fig.10 Relationships between CO2concentration and water surface temperature at 0.2 m and 0.5 m above Shuibuya Reservoir

圖11 水布埡水庫上空0.2和0.5 m高度大氣二氧化碳濃度與水體葉綠素濃度之間的關(guān)系Fig.11 Relationship between CO2concentration and water chlorophyll concentration at 0.2 m and 0.5 m above Shuibuya Reservoir

圖12 水布埡水庫上空0.2和0.5 m高度大氣二氧化碳濃度與水體濁度之間的關(guān)系Fig.12 Relationship between CO2concentration and water turbidity at 0.2 m and 0.5 m above Shuibuya Reservoir

5 結(jié) 論

本文選擇清江流域水布埡水庫作為研究案例，分別在2010年5月和10月開展了水庫溫室氣體原位觀測試驗，獲取水庫上空大氣溫室氣體濃度變化、水氣界面交換通量及其與水環(huán)境因子之間的關(guān)系。根據(jù)原位觀測數(shù)據(jù)分析，可得到以下重要結(jié)論：

（1）水布埡水庫上空大氣二氧化碳濃度在0.5 m高度以下最高，然后向上依次降低；

（2）在表層水溫、葉綠素濃度和濁度三個水環(huán)境影響指標(biāo)中，表層水溫對水庫水體二氧化碳源匯地位具有決定性的作用，葉綠素次之，而濁度則完全沒有關(guān)系。

（3）2010年10月份水布埡水庫二氧化碳和甲烷交換通量呈現(xiàn)排放狀態(tài)，但比世界溫帶和熱帶主要水庫要低得多，接近于中國太湖和東湖自然水體的排放標(biāo)準(zhǔn)。

當(dāng)然，本文的研究結(jié)論是根據(jù)有限的原位觀測數(shù)據(jù)得出的，僅能說明具體觀測時間的溫室氣體交換情況，還需要積累更多的原位觀測數(shù)據(jù)，進行更加系統(tǒng)全面的科學(xué)研究，才能確定水布埡水庫溫室氣體源匯地位。

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（編輯：王 慰）

M easurement and Analysis of Greenhouse Gas Fluxes from Shuibuya Reservoir in Qingjiang River Basin

ZHAO Deng-zhong1，2，TAN De-bao1，WANG Zhao-hui1，HAO Chao-ying1
（1.Yangtze River Scientific Research Institute，Wuhan 430010，China；2.China Three Gorge Corporation，Yichang 443002，China）

The Shuibuya Reservoir on Qingjiang River was selected to illustrate the source and sink of greenhouse gas from the cascade hydroelectric power stations.In-situmeasurementswere carried out in May and October，2010 to obtain carbon dioxide and methane exchange fluxes from water-atmosphere interface of the reservoir，the vertical profile of greenhouse gas concentration above water-body and the aquatic environmental factors respectively.It is revealed that the highest carbon dioxide concentration measured in May，2010 was below 0.5 meter in the vertical profile，and thewater surface temperature has the largest effecton the concentration change and fluxes of carbon dioxide from the reservoir’s water-body.Overall，carbon dioxide and methane was emitting from the water-atmosphere interface of Shuibuya Reservoir’swater-body in October，2010，with themean fluxes amounting 3 740.92± 1 872.56 mg·m-2·d-1and 1.22±0.57 mg·m-2·d-1respectively，close to those from Taihu Lake and East Lake and other naturalwater bodies in China，much lower than those from the reservoirs in the tropic or temperate zones.The carbon dioxide fluxes increased from the upstream to the dam；whilemethane fluxes presented to be the opposite.This study provided in-situ measured data for understanding the sink and source of greenhouse gas emission from reservoirs and scientific support for the development of hydroelectric clean energy of the upstream Yangtze River.

the Shuibuya reservoir；greenhouse gas emission from reservoir；exchange fluxes；water-atmosphere interface

X16

A

1001-5485（2011）10-0197-08

2011-01-27

水利部公益性科研院所基本科研業(yè)務(wù)費項目（CKSF2010008）

趙登忠（1978-），男，山東莘縣人，高級工程師，主要從事陸面數(shù)據(jù)同化、水庫溫室氣體、遙感地表參數(shù)反演等方面的研究，（電話）027-82826895（電子信箱）njuzhaodz＠163.com。