梯级水库温室气体排放的累积效应及其机制研究

In the context of the growing concern about global climate change, the potential impact of the greenhouse gas emissions (GGE) from hydroelectric reservoirs is increasingly concerned. Due to the potential cumulative effect, the emission model and load of cascade reservoirs may be different with the single reservoir, which may affect the future research model of greenhouse gases. Although the cumulative effect of greenhouse gas emission of cascade reservoirs is reasonable in logic, it is lack of the judgment and support of basic experimental data. Combing the experiment method and the mathematical method, the current study intends to investigate the cumulative effect of GGE of cascaded reservoirs located in the Huoshaogou River of the Qinghai Tibet Plateau. Through monitoring three kinds of greenhouse gases in nine reservoirs at different temporal and spatial scales, we explore the basic rules of GGE of cascade reservoirs. By the establishment of the identification model, the existence of GGE cumulative effect of cascade reservoirs is experimentally judged. Besides, with the analysis of accumulation characteristics with different reservoir hydrological processes and water quality, such as soil, vegetation etc., and the main impact factors of cumulative effect are explored. Furthermore, by introducing the ecological network analysis and multiple regression method, the process model and forecast model of cumulative effect of GGE from cascaded reservoirs will be constructed to provide a new perspective of GGE mechanism of hydroelectric reservoirs.

对全球气候变化日益关注的背景下，水库温室气体排放成为研究热点之一。由于潜在的累积效应，梯级水库温室气体在排放模式和排放量上可能与单个水库存在巨大差异，进而影响到未来水库温室气体的研究模式和体系。虽然梯级水库温室气体排放的累积效应在逻辑上存在可能性，但缺乏基础实验数据的判断和支撑。本研究拟结合静态箱-气相色谱实验法和数学模型分析方法，对位于青藏高原的火烧沟梯级水坝开展水面温室气体排放的累积效应研究，通过同步监测9个库区、3种温室气体在不同时空尺度上的排放特征，探寻梯级水库温室气体排放的基本规律；建立识别模型，判断梯级水库温室气体排放时空累积效应；结合不同库区的水文过程以及水质、土壤、植被的累积特征分析，探究影响梯级水库温室气体排放累计效应主要因子；引入生态网络分析和多元回归方法，建立梯级水库温室气体排放的累积效应的过程模型和预测模型，从全新视角解读水库温室气体排放的过程和机制。

1.项目背景：水坝的建设会造成自然河流阻断，其物理水文因素发生改变，使得天然河道湖库化，河流有机质含量增加，有机质在微生物的作用下会产生CH4、CO2等温室气体。与单个水坝相比，与单一的筑坝河流相比，连续筑坝河流中的水量、物质等上下承接，水体呈现一系列更为复杂或连锁生态环境反应，导致温室气体排放过程与机制更为复杂。当前，针对梯级水坝对温室气体排放的影响机制研究还很匮乏。对其影响过程和机制也不甚清楚，相关研究亟待开展。.2.研究内容：本研究以青藏高原湟水支流火烧沟梯级水坝为研究区，基于3年野外的原位监测和实验分析，开展梯级水坝筑坝修建后水气界面温室气体排放通量研究，寻找温室气体在不同时空尺度上的变化规律，并结合水体环境特征，分析影响温室气体排放通量的相关因素，建立累积效应判别方法，判断温室气体排放的累积效应及其影响因素；构建温室气体排放生态过程模型，分析影响温室气体排放的关键过程，为高原水坝温室气体排放研究提供更多的依据为高原水坝温室气体排放研究提供更多的依据。.3.重要成果：分析了库区水体温室气体排放的时空变化规律，评价了影响高原水坝水气界面温室气体的影响因素，发现了梯级水坝对温室气体排放的累积效应，构建了温室排放的碳流动过程模型，解释了水坝温室气体排放累积效应的主要驱动过程。共发表中英文论文17篇，其中SCI9篇；申报专利5件，授权3项；获青海省首届科学成果奖、西宁市科技成果奖和中国林学会青年论文二等奖，培养硕士研究生3名，已毕业2名。.4.关键数据：积累了研究区气候、水文、水质、温室气体、生物等第一手的资料，获得了高原城市河流连续3年的监测数据近万个。.5.科学意义：从生态系过程角度分析了连续筑坝河流温室气体排放的过程、发现了筑坝河流温室气体排放的累积过程和主要影响因素，对丰富高原河流温室气体排放的理论研究、支撑高原河流的生态管理模式以应对气候变化实践，具有重要的意义。