河流拦截蓄水与温室气体产生机制及其通量研究

Recently, the emission of green house gases (GHG) from reservoirs in tropical area has aroused up great concerns about the green credentials of hydropower. However, as a big country with great installed capacity of hydropower, the research about the impacts on environment by river damming, is still weak in China, and is obviously lagged by hydraulic engineering. Consequently, to understand the scenes of GHG emission from reservoirs in China, is of important scientific significance. In this research, two types of large reservoirs in subtropical area in China will be investigated (one is river-type Wan'an reservoir, another is big lake-type Xin'anjiang reservoir). We plan to understand the carbon budget in the river-reservoir system, and to clarify the major carbon conversions in these reservoirs. Together with the hydrological data, this research will focus on answering the production processes, emission ways and fluxes of green house gases. In addition, this research will evaluate the total flux and net flux of GHG emission, based on the carbon budget in reservoir- river system. Results of this research can provide timely data and case study for the reservoir effect research, and give the evaluation methods of GHG emission from subtropical reservoirs.

近年来在热带地区水库温室气体释放的观测引起了人们对水电是否是清洁能源的争议。我国是水电大国，而对建坝后效的基础研究仍然薄弱，且明显滞后于水利工程实践。对我国水库温室气体释放状况展开研究因此具有重要的科学意义和现实需求。本研究选择我国亚热带地区两座不同类型的大型水库（河道型水库-万安水库和高坝大湖型水库-新安江水库）作为研究对象，系统开展河流－水库体系碳收支观测、阐明水库碳的主要转化过程，综合水文及历史资料的研究，重点揭示温室气体的产生过程、释放途径及其通量特征；并从水库碳收支角度评估温室气体释放的"总通量"和"净通量"；研究成果将为"水库环境效应"分析提供实时数据及研究范例，也将为认识水库温室效应提供可借鉴的评估方法。

人工水库碳排放是目前全球变化领域的热点问题。现有的研究案例并不完全具备全球外推意义。开展不同类型水库的相关研究是进一步全球推广的基础。因此，本项目选择了我国赣江、钱塘江流域不同时期建成蓄水的两座不同类型的大型水库及相关河段作为研究对象，详细调查了河流拦截筑坝后温室气体的产生机制、释放途径与通量关系。通过对比两座水库，本项目发现，水库水体滞留时间长短是影响水库碳循环的主要因素，进而影响到水库的温室气体排放通量。具体来说，新安江水库具有很长的水体滞留时间（>1年），水库因此发育了明显的分层现象，水气界面既存在碳排放、也存在碳吸收的季节性显著差异。新安江水库水面每年向大气释放88.9 kton CO2。其中，35.1 kton a- (约占39%) 又在热季节被水库重新吸收。因此，该水库水面年净通量为53.8 kton。由于水库下泄水具有很高的pCO2，因此尽管其水面面积较小，但释放了52.3 kton a-1 CO2。显然，下泄水是该水库CO2 释放的重要通道。因水轮机压力变化造成的CO2释放量估算为9.2 kton CO2 a-1。研究表明：整个新安江水库体系（包括水库水面、下泄水、水轮机部分）的净释放量为115.3 kton. CO2 a-1。. 相比较而言，万安水库具有较短的水体滞留时间（<15天）。受此影响，万安水库库区河流基本呈现一维流态，剖面水体保持了较好的混合状态。因此，万安水库总体上没有出现明显的热分层、化学分层现象。水库水体参数的季节性差异比空间差异更为显著，水气界面的CO2交换通量也更接近自然河流状态。根据万安水库水面面积，以及各时期的CO2通量的平均值，估算得到库区水面向大气释放CO2的量为：春季16.08 kton；夏季18.92 kton；秋季26.57 kton；冬季8.42 kton。四个季节均为净释放通量，全年净释放量为69.99 kton。.此外，本项研究综合了相关报道，以水体滞留时间为梯度，提出水库CO2释放的水体滞留时间模式，并进一步推广到亚热带及温带地区水库（具体公式见报告正文）。