大型深水饮用水水库降雨径流对光热环境的调控机制及生态效应

针对气候变化下极端降雨事件频发对水库光热环境的影响机制不明的问题，研究人员以千岛湖为对象，通过高频监测揭示了不同强度降雨径流通过改变垂向温度分布(Zmix)和光活性物质(TSS/Chl-a)调控水下光热环境(Zeu/RWCS)的时空异质性规律，为饮用水安全管理和水库生态调控提供科学依据。

　　

随着全球气候变化加剧，极端降雨事件频发已成为威胁饮用水水库生态安全的重要挑战。在大型深水水库中，光热环境（由光照和温度梯度构成的物理场）直接调控着藻类生长、物质循环等关键生态过程。然而，降雨径流如何通过脉冲式扰动改变水库垂向热结构（RWCS）和光辐射传输（Z_eu），这一机制始终是水生态研究的"黑箱"。特别是在千岛湖这类兼具饮用水源与生态敏感性的深水水库中，厘清这一机制对应对气候变化下的水质管理至关重要。

针对这一科学问题，中国科学院南京地理与湖泊研究所的研究团队创新性地采用"高频传感器监测+人工采样"双轨模式，在2018-2019年对千岛湖河源区、过渡区和湖心区三个典型水域展开追踪。通过分析17场不同强度降雨事件（含3场极端降雨）前后水温剖面、光学活性物质等参数的变化，首次系统揭示了降雨径流影响水库光热环境的三维机制。

研究团队运用了四项关键技术：1）高频浮标传感器网络（4小时/次）获取水温垂向分布数据；2）每3天人工采样测定真光层深度（Z_eu=2.7×透明度）和光学活性物质（TSS/Chl-a/fDOM）；3）相对水柱稳定性指数（RWCS）和混合层深度（Z_mix）计算模型；4）气象水文数据耦合分析技术。这些方法为捕捉降雨事件的瞬时生态效应提供了独特视角。

【热分层响应机制】
研究发现当入库流量超过500 m³/s时，河源区水体会发生完全混合（RWCS降低68-83%）。极端降雨形成的间层流会使过渡区8-25米中层水温升高1.38±0.45℃，形成独特的"双温跃层"结构。这种热扰动呈现明显的空间衰减特征，湖心区基本不受影响。

【光环境调控规律】
河源区真光层深度（Z_eu）在暴雨后最大降幅达58%，主要受总悬浮物（TSS）输入驱动（R2=0.71）；而过渡区Z_eu变化则与叶绿素a（Chl-a）稀释更相关（R2=0.45）。Z_mix/Z_eu比值在暴雨事件中激增30倍，表明光热耦合环境发生剧烈重构。

这项发表在《Journal of Hydrology: Regional Studies》的研究，首次量化了不同强度降雨径流对深水水库光热环境的三维影响阈值。其创新性在于揭示了"水文脉冲-热结构扰动-光辐射衰减"的级联效应，为预测气候变化下水库藻类水华风险提供了物理机制框架。实践层面，研究建议在暴雨频发季节加强河源区TSS控制，并建立基于入库流量的分层取水预警系统。这些发现不仅适用于千岛湖，也为全球亚热带深水水库的适应性管理提供了普适性范式。