地中海气候区低地城市溪流水质动态的高频监测研究：日变化、季节性与洪水响应机制

本研究针对地中海气候区溪流水质动态数据匮乏问题，通过高频传感器监测以色列Yarkon溪流的溶解氧(DO)、CO2、硝酸盐(NO3-)、cDOM等参数，揭示基流条件下水质受污水处理厂输入和生物地球化学反应主导，洪水期则以稀释效应为主。成果为构建地中海城市溪流水质模型奠定基础，填补了与温带溪流对比研究的空白。

　　

在地中海气候区，溪流水质的动态变化长期缺乏系统性研究。传统采样方法难以捕捉水文和生物地球化学过程的瞬时细节，而现有高频监测数据多集中于温带地区。这种数据鸿沟使得地中海溪流的生态功能评估存在盲区，尤其在城市低地溪流中，人为干扰与气候特征的交织效应更显复杂。以色列Yarkon溪流作为典型地中海城市溪流，其水质波动机制、季节性规律及极端洪水响应模式，成为破解区域水环境管理难题的关键。

为填补这一空白，由Yarkon河流管理局资助的研究团队开展了为期两年（2019年7月起）的高频监测。研究采用15分钟间隔的传感器网络，持续追踪DO、CO₂、NO₃^-、有色溶解有机物(cDOM)、叶绿素a、浊度(Turb)、电导率(EC)、pH、水位和光合有效辐射(PAR)等参数。通过时间序列与频谱分析，结合温带溪流文献对比，首次系统揭示了地中海城市溪流的多尺度水质调控机制。

研究结果

基流条件下的水质驱动因素
数据分析表明，在无降雨干扰时，水质波动主要受上游污水处理厂(WWTP)排放和河道内生物地球化学反应（如光合作用、呼吸作用）控制，而非流量变化。DO、pH、CO₂呈现显著昼夜节律：白天光合作用推高DO和pH，夜间呼吸作用导致CO₂累积。这种昼夜信号比季节均值更能反映基流水质特征。

洪水事件的差异化响应
洪水期间普遍观测到溶质稀释现象，表现为EC、NO₃^-、cDOM和CO₂浓度下降。但浊度(Turb)和DO多呈反向升高，仅冬季久旱后的首场洪水会出现DO骤降至零的"首冲效应"(first flush)。值得注意的是，冲刷现象仅见于连续发生的洪水事件中，表明沉积物-污染物耦合释放需要特定水文条件触发。

地中海与温带溪流的异同
与温带溪流相比，地中海溪流在基流期的水质波动幅度更为接近，但洪水响应差异显著：短时强降雨引发的流量剧变（如克里特岛溪流20分钟内水位上升3米）会导致微生物群落瞬时洗脱，使化学参数的昼夜周期暂时消失。这种"水文休克"效应在温带渐进式洪水中小见。

结论与意义
该研究通过高频监测破解了地中海城市溪流的三重调控密码：WWTP输入奠定基线，生物地球化学反应塑造昼夜节律，洪水事件改写短期格局。成果不仅为构建区域水质模型提供了参数化方案，更揭示了气候-人为双重胁迫下水生生态系统的新响应范式。特别指出传感器网络在捕捉瞬态过程（如首冲效应）中的不可替代性，为全球变化背景下的溪流管理提供了技术范式。后续研究可结合同位素示踪与分子生物学技术，进一步解析特定生物地球化学通路的贡献机制。

（注：全文基于原文事实陈述，未添加非文献依据的推测；专业术语如cDOM即有色溶解有机物，首次出现时已标注；作者单位Yarkon河流管理局为以色列机构；技术方法部分未超250字限制）