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基于知识图谱的三峡库区水环境研究热点与展望

2022-06-17黄恒粤陈垚刘臻陈人瑜袁绍春

人民长江 2022年5期
关键词:三峡水库面源富营养化

黄恒粤 陈垚 刘臻 陈人瑜 袁绍春

摘要:自三峡工程论证以来,三峡库区水环境研究就已成为热点问题。为探究其多年的研究成果,基于2000~2020年WOS和CNKI数据库中三峡库区水环境相关研究的文献样本数据,利用文献可视化分析软件CiteSpace,对年度发文量、学科分布、关键词共现及突现词探测等进行文献计量与内容分析。结果表明:① 2000~2020年,关于三峡库区水环境研究的论文总体呈现逐年稳定上升的趋势,研究涉及多学科领域知识;② 香溪河、洞庭湖、时空变化、环境因子、沉积物、澎溪河是当前研究的前沿问题;③ 消落带、富营养化、香溪河库湾、澎溪河、水华、沉积物、浮游植物、重金属、洞庭湖、水質、生物群落、生物群落、动力学、氮、磷、生态系统、环境因子等是该领域的热点内容,主要体现在三峡库区水体富营养化研究、三峡库区消落带研究、三峡工程对长江中下游影响研究、三峡库区面源污染问题研究、三峡库区沉积物研究等5个方面。基于研究结果,指出了现有研究存在的一些不足,并提出了三峡库区水环境的研究展望。

关 键 词:水环境研究; CiteSpace软件; 文献图谱分析; 富营养化; 消落带; 面源污染; 三峡库区

中图法分类号: X321,G353

文献标志码: A

DOI:10.16232/j.cnki.1001-4179.2022.05.009

0 引 言

三峡水库是世界上规模最大的水利大坝工程,也是中国有史以来建设的最大型水利工程项目。大坝建成后形成的三峡水库面积达1 080 km2,坝高185 m,最高蓄水位可达175 m。2003年6月1日起,三峡大坝开始实行一期蓄水,到6月10日蓄水水位至135 m,实现首次成库;在2006年10月进行了二期蓄水;在2008年11月进行三期175 m实验性蓄水之后,于2010年10月26日水位首次达到了175 m的设计目标。在三峡大坝一期蓄水形成水库之后,三峡库区内支流河道便出现了水华暴发和富营养化现象,引起众多研究者的关注[1]。

随着三峡水库的正式运行,引发的富营养化、水华暴发及对下游江河湖泊水环境的影响等一系列水环境问题成为了研究者关注的焦点,众多研究学者对三峡库区水环境领域进行了大量研究,并取得了一系列显著的研究成果。例如,黄真理[2]通过总结三峡库区水污染控制进展,提出泥沙对水质的影响问题、支流富营养化问题、水质评价标准问题、下泄水体中气体过饱和问题、库首三维水温计算模型的改进问题、滚动验证问题为今后重点研究领域。卓海华[3]等研究发现,三峡水库蓄水前至175 m蓄水运行期,库区的悬浮物、高锰酸盐指数、总磷等主要污染因子之间存在一定的相关性。王晓青等[4]采用垂线平均的二维水流、水质数学模型对小江水域的水环境容量变化情况进行研究。曹承进等[5]对长江、嘉陵江、乌江3条主要入库河流的水文变化特征、磷营养盐的季节性分布规律、形态组成及富营养化状态进行了探究。Ma等[6]采用输出系数模型对非点源污染对三峡库区氮、磷负荷的影响了进行评估,发现氮磷负荷与水体富营养化之间存在相关性。Zheng等[7]使用相关分析法分析了水库不同放水作业方式对藻华的影响。

但目前还未有论文从图谱分析的角度对三峡库区水环境的研究情况进行评述。基于此,本文采用可视化图谱与文献计量学相结合的方法,对三峡库区水环境研究领域的热点、前沿进行系统梳理,分析当前研究中存在的问题与不足,对未来三峡库区水环境研究提出展望,希望能为后续更深入地开展三峡水库水环境研究提供参考。

1 文献来源与研究方法

1.1 文献来源

文献数据选自(CNKI)核心期刊和Web of Science(WOS)核心合集,检索时间为2020年8月1日,检索时段为2000年1月至2020年8月。CNKI检索式为“SU=三峡 AND FT=水环境”,WOS检索式为“TS=(′Three Gorge*′ OR′3 Gorge*′)AND TS=(′water environment* ′)”,文献类型为研究文章(article)和综述文章(review)。为确保分析结果的客观性和准确性,对检索文献进行除重与整理,剔除无关文献,最终筛选出1 034篇CNKI中文文献和636篇WOS英文文献,导出格式为download _ *.txt。

1.2 研究工具与方法

CiteSpace软件的基本原理是分析信息知识单位的相似性及测度,采用不同的方法和技术绘制不同类型的科学知识图谱,用来探测和可视化学科演化路径、发展前沿与研究热点[8]。传统的科学计量学研究为把握一学科领域的研究现状,需查阅该研究领域的几乎所有文献。但人的精力和时间是有限的,海量的研究文献使得这一工作难以进行。而知识图谱方法,只需要将检索出的文献数据导进CiteSpace软件,根据所需绘制出图谱,就能将一个研究领域的演进历程集中展现在一幅图谱上,直观地展现科学知识领域的信息全景,识别某一科学领域中的关键文献、热点研究和前沿方向、重要引文节点文献[8]。 本文以CNKI和WOS两大数据库的载文数据为数据源,利用CiteSpac 软件统计并绘制出学科、关键词共现和关键词突现可视化图谱,并对图谱进行分析。将学科、关键词共现和关键词突现可视化图谱的分析结果作为长江三峡库区水环境研究领域的研究热点、研究前沿、发展趋势分析的参考依据。结合文献计量学的分析方法,对相关度较高文献的内容和观点进行分析和梳理,揭示长江三峡库区水环境研究领域的研究热点与前沿,为探寻三峡库区水环境研究领域未来研究方向和趋势提供借鉴。

2 文献总体特征

发文总量一定程度上反映出该研究领域受到的重视程度,根据中文和英文文献的年度发文量统计图(见图1),可对三峡库区水环境研究领域形成初步认知。从整体上看:2000~2020年期间,三峡库区水环境研究领域的相关文献年度发文量呈现逐年稳定上升的势态;从年度发文量的增长率看:不同年份之间有一定波动,表明长江三峡库区水环境研究领域的文献规模和影响力得到了提升,相关研究受到的关注度显现增长的势态。D2C364C0-115D-496C-A8A4-2A5A980EDC20

研究学科分布可体现研究者来自的学科领域,并一定程度上体现研究者关注的问题。从相关研究学科分布看(见图2):中文文献相关研究学科来源主要集中在环境科学、水利水电工程、生物学、地球物理学、农业基础科学、水产和渔业、资源科学、经济与管理科学及地质学等学科领域;英文文献则以环境科学与生态学、工程学、地质学、农业学、生物学、湖沼学等学科领域为主。综合分析表明:长江三峡库区水环境研究是一个涉及众多学科的学术研究领域,主要包括环境科学、地质学、资源科学、水利学、农业学、生态学、生物科学、湖沼学、水资源科学和经济学与管理科学等诸多学科的特点。运用多学科理論知识对长江三峡库区水环境相关问题进行研究成为一种趋势,也是对该研究领域进行更深入、更全面研究发展的需要。

3 研究现状

3.1 研究前沿与发展趋势

运用CiteSpace软件对中文文献进行关键词的突现词探测算法分析,得出了三峡库区水环境研究领域的突现词图谱。其基本原理是根据标题、摘要、关键词等的词频增长率来确定哪些是热点词汇,进而识别研究前沿与发展趋势[8]。本文对中文文献共探测到18个重要的突现词,由文献突现图谱可知,香溪河、澎溪河、环境因子、沉积物是如今三峡库区水环境研究领域的前沿(见图3)。

同时,从关键词的突变过程可体现出三峡库区水环境研究的发展历程。结合三峡库区水环境研究的年度发文量(见图1)可知,年度发文量的增长规律与关键词的突变规律呈现一定的相关性。2003年之前,该时期介于三峡大坝初建与一期蓄水运行的阶段,在这个时期,研究者们更多关注于三峡库区的移民、库区的经济建设及可持续发展问题,关于三峡库区本身水环境的研究相对较少。2003~2010年,突现词包括富营养化、生态环境和三峡。自2003年和2006年三峡水库2次蓄水运行后,库区上游支流出现水华暴发和水体富营养化,引起研究者广泛关注。正是在2003年之后,“富营养化”这个关键词高频次出现,在这期间“富营养化”一词的突现强度高达8.1。也就是从这个时期开始,三峡库区水环境的相关研究迎来快速式的发展,年度发文量也呈暴发式增长。之后,关于三峡库区水环境研究内容涉及的面越来越广泛。2011~2016年出现的突现词包括次级河流、小江回水区、香溪河库湾、消落区、非点源源污染。研究地点主要分布在三峡库区上游的主要支流,研究内容则主要集中于三峡库区水环境与生态响应研究。这个时间段,关于三峡库区水环境相关研究年度发文量持续增长,并于2012年与2015年出现了2个高峰值。2015~2020年出现的突现词包括香溪河、洞庭湖、时空变化、环境因子、沉积物、澎溪河,这些最新出现的突现词表示该研究内容是当前的前沿问题。正是因为这些前沿问题的出现,关于三峡库区水环境研究依旧保持较高的发文量。

3.2 三峡库区水环境研究进展

一篇文献的关键词高度概括和体现了这篇文献的主要内容。本文利用CiteSpace软件绘制中英文文献的关键词共现图谱(见图4~5),关键词出现频次越高,在图谱中显示的节点越大,表明该关键词受到的关注度越高,不同关键词节点之间的连线,则反映它们之间的共现关系。同时,对重要关键节点文献进行研读分析,可进一步认识相关研究领域的研究现状与热点[8]。

关键词共现可视化图谱分析结表明:在三峡库区水环境研究领域,在中文文献中,三峡库区、消落带、富营养化、香溪河库湾、澎溪河、水华、沉积物、浮游植物、重金属、洞庭湖、水质等关键词出现的频次最高;在英文文献中,水质、生物群落、浮游植物、沉积物、生物多样性、香溪河库湾、富营养化、水华、动力学、氮、磷、生态系统、环境因子等关键词出现的频次相对较高,表明这些关键词得到更多的关注,是该领域的研究热点。由于大多数英文文献由中国研究者独立完成或与国外研究者相互合作完成,只有少部分研究论文是国外研究者独立完成,从而表现为英文文献的关注点与国内基本一致,出现大部分高频关键词一致的现象。

对关键词共现图谱中重要节点的文献研读发现,三峡库区水环境研究领域热点内容主要体现在:三峡库区水体富营养化研究、三峡库区消落带研究、三峡工程对长江中下游影响研究、三峡库区面源污染问题研究和三峡库区沉积物研究5个方面。本文将从上述5个方面对三峡库区水环境研究进展进行阐述。

3.2.1 库区水体富营养化研究

三峡水库蓄水以来,由于干流的回水作用,支流回水区由天然河流演变为库湾[9]。Zhao[10]对大坝建成后长江干流水质变化的研究表明,大坝建成后造成长江主干道水质恶化。自2003年和2006年三峡库区2次蓄水运行后,在三峡库区的上游多条支流出现大量的水体水华暴发和水体富营养化问题,引起了研究者的广泛关注[11-14]。关于三峡库区水华与富营养化问题,研究地点主要集中在香溪河库湾、大宁河、高阳平湖、小江回水区等;主要包括水华暴发、富营养化的状况、评估预测、机理及治理措施以及水华期间藻类的群落结构、营养盐状况与水华的相关性等研究内容。邱光胜等[15]研究表明,三峡水库蓄水后,库区支流富营养化程度由蓄水前的贫-中富营养转变为中-富营养状态,且呈现出春夏两季富营养化程度较高的季节变化特征。库区支流水华的频发,使得研究者致力于探寻库区水华的生消机理。水华暴发的认识机理从早期认为流速变缓是导致水华暴发的主因,到提出分层异重流驱动下的“混合层”与“临界层”关系是导致水华暴发的主要因素[16-17],对水华生消机理得到更加深入的认识。

针对库区水体富营养化,有研究者提出应在健全立法规范排污基础上,加强点源和面源污染管理、库产业结构调整,实施生态修复工程多管齐下的防治方案[9]。面对水华暴发,相关研究学者提出了水库生态调度的控藻措施[18-19]。水华优势藻种及优势种的分布区域会随季节、水温及水动力条件、浊度、水深、氧化还原电位、电导率、溶解氧和营养水平等环境条件的不同而存在差异[20-23]。蓝藻、绿藻、甲藻、硅藻、隐藻、拟多甲藻、微囊藻、冠盘藻、蛋白核小球藻等是三峡库区水华暴发期间常见的藻类。D2C364C0-115D-496C-A8A4-2A5A980EDC20

三峡库区水华暴发和富营养化导致水质问题的研究中,数值模拟、二维水质模型、BP神经网络、三维水力模型、WASP生态动力学模型、一维水动力模型等这些模型方法也是高频出现的关键词,研究者们既把这些模型方法作为研究三峡库区水质的方法和手段,又作为研究的内容。杜富芝等[24]通过建立BP网络模型,对三峡库区小流域——嘉陵江的次级支流流域进行了水质综合评价。张平等[25]采用模糊数学评价模型,对香溪河库湾2010年不同断面水质富营养化进行了评价,评价结果与实地观测结果相符。封丽等[26]利用模糊综合评价模型和修正的卡尔森营养状态指数法,对澎溪河的3个断面水质富营养化进行了评价,结果表明:模糊综合评价结果更接近实际观测结果,效果优于修正的卡尔森营养状态指数法。肖鸣等[27]采用基于多重优化灰色模型实现了对香溪河水华暴发的预测。总体而言,三峡大坝建设引起的库区水体水华暴发和富营养化问题是研究者们重要的关注点,库区许多水体水华暴发、富营养化现象和机理得到揭示,模型系统在库区水质的管理控制上也得到研发与实践应用。

3.2.2 三峡库区消落带研究

三峡水库冬季水位为175 m,夏季水位为145 m,库区两岸形成30 m的垂直水位落差和总面积达400 km2的消落带[28]。三峡库区消落带研究地点主要集中在澎溪河,其次是香溪河和大宁河,其中澎溪河消落带面积比例最大,以该区域为研究对象的论文最多[29]。

三峡库区消落带的研究内容主要涉及消落带土壤、植被、生态环境、生态环境修复与重建等方面[30]。在土壤方面,具体研究涉及土壤、沉积物的理化性质,氮、磷及其各种形态以及重金属的含量、迁移转化与时空分布特征。Cui等[31]通过采集重庆市忠县消落带和非消落带区的土壤样本,研究淹没时间对土壤物理质量的影响。Zhong等[32]研究发现,植物根系对三峡库区消落带土壤剖面中的土壤养分分布具有显着影响。在植被方面,主要集中于研究植被种类、植被群落结构、分布特征、种子库变化的植被演替问题以及植被的生理变化与消落带环境变化的响应2个方面[29-30]。Zhu等[33]使用地理信息系统(GIS)技术、现场调查、物种重要性值计算和文献数据,对三峡库区自然环境状况、植被演替状况和优势植物物种的生态效益进行了研究。孙荣等[34]通过对三峡库区澎溪河开县段植被进行样方调查,研究了该段流域消落带的植物群落物种多样性的梯度变化和空间分布特征。在生态环境方面,主要研究涉及水库消落带的地质灾害、滑坡、水土流失、土壤侵蚀、生物多样性等等。鲍玉海等[35]研究表明消落带土壤侵蚀会影响水库水质安全,加剧库岸的失稳,影响水库运行。在生态环境修复方面,主要集中在植物筛选与配置以及生态保护与修复模式的研究[30]。Jian等[36]选择峡谷地形区消落带中的4个永久样地来评估河岸植物对2008~2015年水位波动的长期响应,并筛选出候选植物进行生态恢复,研究结果表明,狗牙根或与其他物种的组合是消落带生态修复的良好选择。

总体而言,对有关三峡库区消落带研究论文进行总结和分析可知,三峡库区消落带的研究正从基础调查研究逐步向机制研究和应用层面推进。

3.2.3 三峡工程对长江中下游水环境的影响研究

长江下游江河湖泊的各种变化与上游水沙变化过程有着千丝万缕的联系,上游三峡水利工程建设势必会改变长江中下游的水沙情势,对下游水环境造成影响[37]。三峡大坝建成后,有学者从长江流域全局的角度出发,探究了三峡库区对长江中下游典型水体的影响。主要聚焦于三峡大坝建成后对下游江流湖泊的泥沙量变化、水位波动、水质变动等研究[38-43]。郭小虎[44]等研究发现三峡大坝蓄水后,三峡水库下泄沙量大幅度减少,坝下河道年排沙量变化大。Xu等[45]研究发现蓄水后,进入三峡大坝的泥沙中有60%被截留在汛期,输往长江口的泥沙量减少,同时下游发生了大量的河道侵蚀。三峡大坝的运行,引起坝下河段水位的变化,Guo等[46]研究发现,三峡大坝的运行对长江下游流量和水位的影响程度沿河流位置不同而有所差异,三峡大坝附近(宜昌站)的最大影响程度是下游(大同站)影响的5倍,同时长江流量的变化改变了河流与鄱阳湖之间的相互关系,干扰了鄱阳湖的水文过程。三峡水库不同调度运行期间,坝下江河湖泊的水情必然会出现相应的响应,使得坝下江河湖泊的水生态环境发生相应改变。为探究三峡工程对洞庭湖、鄱阳湖水环境的影响,帅红等[47]对三峡大坝蓄水前后典型年(1986,1991,1998,2004,2006,2010年)洞庭湖的水環境质量、营养化水平和水生生物状况进行评价研究,结果显示,三峡大坝蓄水运行之后,洞庭湖在典型年份表现出水质总体变差、营养化指数上升、生物多样性有所下降的趋势。

三峡大坝的建设不仅对库区河流水生态环境产生影响,同时也会与长江中下游江河湖泊产生关联作用。关于三峡大坝的建设与长江中下游江河湖泊的水生态响应,得到了研究者的关注,在输沙量变化、水质变化、下游江河湖泊的防洪抗旱、生物多样性状况等方面的研究得到发展。

3.2.4 面源污染研究

三峡库区水质受点源和面源污染共同影响。与点源污染相比,面源污染具有分散性、隐蔽性、随机性、潜伏性、范围广、总量大、难以防治的特点,是三峡库区水质污染的热点研究对象。三峡库区面源污染主要可以分为农业面源污染、工业面源污染、生活污水面源污染三大类[48-49]。对于工业排放产生的面源污染,在三峡水库建设运行初期,有关部门通过限制库区上游两岸的工业污染物排放进行了控制;城镇生活污水造成的面源污染,则通过在沿岸建设污水处理厂对其进行了限制[50]。但由于农业面源污染来源具有广泛性和复杂性;排放过程受地理、气候、土壤、土地利用方式、植被覆盖等因素影响,具有不确定性和不可计量性;同时监测、控制、处理和管理难度大[51]。由于农业面源污染问题没有很好的限制办法,三峡库区面源研究多集中于农业面源污染。D2C364C0-115D-496C-A8A4-2A5A980EDC20

三峡库区面源污染研究具体涉及面源污染的形成机理、影响因素、污染负荷与模型模拟、防治4个方面。张玉珍等[52]指出,面源污染的形成机理主要经过降雨径流、土壤侵蚀和污染物迁移转化 3 个过程。李乐等[53]认为,三峡库区非点源污染受到土地利用、自然地理特征、农业活动、社会经济等因素的影响。Shen等[54]使用SWAT模型和小规模流域扩展方法(SWEM)对三峡库区面源污染物负荷进行了模拟,结果表明,污染物负荷的时空分布与年降水量和人类活动呈正相关。Ma等[55]通过自然降雨条件下的田间样地实验,发现三峡库区农业坡地中氮的平均损失率为1.90%,磷的平均损失率为1.54%。而Zhang等[56]通过构建坡地、水田、水波动带生态系统(SPHES),在坡地上可拦截80%~90%的沉积物,20%~30%的氮和25%~35%的磷。

经过多年研究,三峡库区面源污染研究内容较为全面,涉及基础理论、流失规律、负荷量化、控制措施,研究尺度由微观到中观到宏观,研究方法包括传统方法、模型模拟和新技术,从初期的定性化转向定量化,由统计调查转向机理模型模拟及实用治理。

3.2.5 沉积物研究

沉积物是湖库水生态系统的重要组成部分,是营养盐及其他污染物在水体中的重要归宿和储存场所[57]。关于三峡库区沉积物的研究主要集中在沉积物中重金属和营养盐两个方面。在重金属方面,主要研究重金属污染物来源分析、含量水平、时空变化及潜在生态风险变化趋势。蓝巧娟等[58]研究指出库区重金属主要污染源是流域内机械制造业的废水、船舶排放的油污废水、大气沉降及农药化肥的施用。其中,以铜、铅、锰、砷、汞等为代表的重金属总体含量处于较低或者至中等富集水平,潜在生态风险为低至中等[59-61]。在空间分布上,Huang等[61]研究发现三峡库区表层沉积物中重金属的浓度沿干流方向略有增加,干流中的重金属浓度高于支流中的重金属浓度,同时,重金属浓度通常与水深呈正相关,而与溶解氧、浊度和中值沉积物大小呈负相关。在营养盐方面,主要是研究关于总氮、总磷以及氮磷不同赋存形态的总量和空间分布特征及二次释放的

生态污染风险。潘婷婷等[62]对三峡库区内的长江干流和香溪河、大宁河及小江3条主要支流断面的沉积物研究发现:库区内沉积物中总磷主要由无机磷组成,有机磷占的比重较低;无机磷中又以钙磷为主要赋存形态,铁/铝磷比例较低;在空间分布上,干流中总磷含量的空间差异不显著,含量高于支流,支流中各形态磷含量的空间差异显著,香溪河的磷含量大于大宁河、小江。沉积物是营养盐累积和再生的重要场所,沉积物内氮磷等营养盐的释放是引起水质富营养化的一个重要因素[63],其中主要的生态风险主要来自于总氮和总磷的释放[64]。刘心愿等[65]研究表明,三峡水库蓄水后,由于沉积环境的改变,如沉积物间隙水上覆水的pH升高,会增加沉积物磷的释放风险。

关于三峡库区沉积物的研究起步比较晚,该方面论文2010年之前比较少,2010年之后研究和发表的相关论文量急剧增长,说明关于三峡库区沉积物的研究近几年成为三峡库区水环境的一个研究热点。

4 研究存在不足

目前,关于长江三峡库区水环境问题,研究者开展了大量的研究工作,研究时空范围广,涉及的学科领域多。时间范围上,从三峡库区初建伊始便受到关注,到未来产生的影响的预测;空间范围上,从库区小流域扩展到整个库区。在这些时空范围内,涉及不同学科领域,成果丰硕,但仍有不足之处。本文作者根据所读文献,总结出以下不足之处,为相关研究者提供一些借鉴。

4.1 富营养化研究

目前主要对库区水体富营养化变化状况、藻类生长变化及水华暴发的机理进行了大量研究。对于水华暴发机理,早期认为流速变缓是导致水华暴发的主因,后来提出分层异重流驱动下的“混合层”与“临界层”关系是导致水华暴发的主要因素。但水华暴发预测研究相对较少,同时,利用生态动力学模型对三峡库区水华暴发进行模拟预测时,在受时间、气候、地域等不可控因素影响的情况下,如何提高模拟的精准度,实现水华预报是一个薄弱点。对于库区水体生态调度控藻技术的工程应用效果,也需要进行进一步的科学论证。

4.2 三峡库区消落带研究

目前关于三峡库区消落带植被、生态环境的演变等研究多采用常规的研究手段,利用电子信息技术进行的研究较少。随着电子信息技术的高速发展,应用3S技术、计算机模拟等数字化手段对库区消落带面积变化、植被演替、地形、水文特征、生物群落结构等进行实时监控,结合野外观察和采样,形成一套相应的技术方法,是值得重視的研究方向。

4.3 三峡工程对长江中下游江湖影响研究

目前,关于三峡工程对长江中下游泥沙量变化研究考虑的因素不全面,多为单一因素影响,而实际上长江中下游江水的含沙量还会受到生态变化的影响,比如水土流失、河岸冲刷、采砂工程等因素的综合影响;同时,三峡大坝的运行,对下游江水的流速会产生影响,对受流速变化影响下,下游河岸的冲刷和河床演变的研究不足。

4.4 三峡库区面源污染问题

关于库区农业面源污染治理措施多以工程技术措施为主,且多侧重于对农业污染过程中的部分或某一要素的控制,缺乏系统的综合治理体系。最佳管理措施(BMPs)源自于20世纪70年代的美国,在水环境防控治理中发挥重要作用,现已被多国采纳,但三峡库区在这方面研究较少。应加强构建适合三峡库区实地情况的面源污染防控BMPs框架体系,探寻不同BMPs的优化组合,实现从源头、迁移途径、末端三方面有效解决三峡库区面源污染。

4.5 三峡库区沉积物研究

关于库区沉积物中重金属的研究,主要集中于沉积物中重金属来源、含量水平、时空变化特征以及潜在生态风险变化趋势的评价分析,但在水温、气候、其他盐类等环境因子变化情况下,对于沉积物中重金属向江水中迁移造成的水体污染问题缺乏相应的研究,以及缺乏对大型底栖动物生物扰动导致的重金属释放方面的研究。在营养盐方面,鲜有针对库区环境因子的变化,比如水温、气候、微生物、其他盐类含量变化等对氮、磷的释放影响的研究。D2C364C0-115D-496C-A8A4-2A5A980EDC20

5 结论及展望

5.1 研究结论

(1) 2000~2020年期间,关于三峡库区水环境研究论文总体上呈现逐年稳定上升的趋势,研究涉及多学科领域知识,多学科交叉性研究明显。

(2) 突现图谱特征说明香溪河、洞庭湖、 时空变化、环境因子、沉积物、澎溪河是当前三峡库区水环境的前沿问题。

(3) 关键词共现图谱说明消落带、富营养化、香溪河库湾、澎溪河、水华、沉积物、浮游植物、重金属、洞庭湖、水质、生物群落、生物多样性、动力学、氮、磷、生态系统、环境因子等是该领域的研究热点。研究热点内容主要体现在:三峡库区水体富营养化研究、三峡库区消落带研究、三峡工程对长江中下游影响研究、三峡库区面源污染问题研究、三峡库区沉积物研究等5个方面。

5.2 研究展望

针对目前关于长江三峡库区水环境研究的概况,笔者对三峡库区水环境研究提出如下展望。

(1) 对于三峡库区水环境研究应把握整体性原则。三峡库区水环境是一个涉及人与自然、社会与自然的整体环境,库区水环境的变化不仅受内部自然因素的影响,而且也会受到外部人类与社会活动对其造成的影响。因此,今后对三峡库区水环境研究需要综合考虑人-社会-自然之间的整体相互作用,使科研成果更好地服务于实际决策。

(2) 加强多学科、多领域综合性研究。对三峡库区水环境方面的研究者众多,涉及学科面广。目前,三峡库区水环境研究面临着跨学科综合性研究不足的问题,研究者来自不同的学科领域,其关注点不同。为此,建议开展多学科融合、多领域交叉的三峡库区水环境研究,借用多学科的交叉理论来研究长江三峡库区水环境问题,实现对三峡库区水环境更全面和深入的认识。

(3) 建立三峡库区水环境长时间监测数据库。三峡库区水生环境还在不断发育形成发展过程中,目前所揭示出的规律,只是三峡库区生态环境在发展过程中的阶段性认知。因此,有必要对长江三峡库区的研究成果建立一个数据仓库,以便从更长时间尺度开展研究,也可为之后揭示可能有别于当前认知的新现象提供数据支撑。

参考文献:

[1] 孟春红,赵冰.三峡水库蓄水后的富营养化趋势分析[J].农业环境科学学报,2007,26(3):863-867.

[2] 黄真理.三峡水库水环境保护研究及其进展[J].四川大学学报(工程科学版)2006,38(5):7-15.

[3] 卓海华,吴云丽,刘旻璇,等.三峡水库水质变化趋势研究[J].长江流域资源与环境,2017,26(6):925-936.

[4] 王晓青,郭劲松.三峡水库蓄水后小江水环境容量的变化[J].环境科学研究,2012,25(1):36-42.

[5] 曹承进,秦延文,郑丙辉,等.三峡水库主要入库河流磷营养盐特征及其来源分析[J].环境科学,2008,29(2):310-315.

[6] MA X,LI Y,ZHANG M,et al.Assessment and analysis of non-point source nitrogen and phosphorus loads in the Three Gorges Reservoir Area of Hubei Province,China[J].Science of the Total Environment,2011,412:154-161.

[7] ZHENG T G,MAO J Q,DAI H C,et al.Impacts of water release operations on algal blooms in a tributary bay of Three Gorges Reservoir[J].Science China Technological Sciences,2011,54(6):1588-1598.

[8] 陈悦,陈超美,刘则渊,等.CiteSpac 知识图谱的方法论功能[J].科学学研究,2015,33(2):242-253.

[9] 陈昭明,王伟,赵迎,等.三峡水库支流水体富营养化现状及防治策略[J].环境工程,2019,37(4):32-37.

[10] ZHAO P,TANG X Y,TANG J L.Assessing water quality of Three Gorges Reservoir,China,over a five year period from 2006 to 2011[J].Water Resour.Manage.,2013,27:4545-4558

[11] ZOU X,PAN X J,ZHENG Z W,et al.Temporal spatial variation of chlorophyll a and environmental factors in theXiaojiang River Backwater of Three Gorges Reservoir[J].Journal of Hydroecology,2017,38(4):48-56.

[12] MA J H,HU M M,ZHU X.Present situation and control of outbreaks of algal blooms in the Three Gorges Reservoir[J].Meteorological and Environmental Research,2016,7(6):33-37.

[13] 王俊,程海云.三峽水库蓄水期长江中下游水文情势变化及对策[J].中国水利,2010(19):15-17.

[14] HUANG Y L,FAN D X,LIU D F,et al.Nutrient estimation by HJ-1 satellite imagery of Xiangxi Bay,Three Gorges Reservoir,China[J].Environmental Earth Sciences,2016,75(8):1-13.D2C364C0-115D-496C-A8A4-2A5A980EDC20

[15] 邱光勝,胡圣,叶丹,等.三峡库区支流富营养化及水华现状研究[J].长江流域资源与环境,2011,20(3):311-316.

[16] 曾辉,宋立荣,于志刚,等.三峡水库“水华”成因初探[J].长江流域资源与环境,2007,16(3):336-339.

[17] 刘德富,杨正健,纪道斌,等.三峡水库支流水华机理及其调控技术研究进展[J].水利学报,2016,47(3):443-454.

[18] 杨中华,杨水草,李丹,等.三峡水库支流小江富营养化模型构建及在水量调度控藻中的应用[J].湖泊科学,2016,28(4):755-764.

[19] 王玲玲,戴会超,蔡庆华.香溪河生态调度方案的数值模拟[J].华中科技大学学报(自然科学版).2009,37(4):111-114.

[20] 黄亚男,纪道斌,龙良红,等.三峡库区典型支流春季特征及其水华优势种差异分析[J].长江流域资源与环境,2017,26(3):461-470.

[21] 周川,蔚建军,付莉,等.三峡库区支流澎溪河水华高发期环境因子和浮游藻类的时空特征及其关系[J].环境科学,2017,37(3):873-883.

[22] 郭劲松,盛金萍,李哲,等.三峡水库运行初期小江回水区藻类群落季节变化特点[J].环境科学,2010,31(7):1492-1497.

[23] 许海,陈洁,朱广伟,等.水体氮、磷营养盐水平对蓝藻优势形成的影响[J].湖泊科学,2019,31(5):1239-1247

[24] 杜富芝,傅瓦利,杜小红,等.基于 BP 神经网络的三峡库区小流域水质评价[J].节水灌溉,2009(1):8-10.

[25] 张平,黄钰铃,陈媛媛,等.模糊数学在香溪河库湾富营养化评价中的应用[J].环境科学与技术,2012,35(6):178-184.

[26] 封丽,张学睿,封雷,等.基于粗糙集的三峡库区支流水质富营养化模糊综合评价模型研究[J].环境工程,2015,33(12):105-110.

[27] 肖鸣,李卫明,刘德富,等.基于多重优化灰色模型的三峡库区香溪河支流回水区水华变化趋势预测研究[J].环境科学学报,2017,37(3):1153-1161.

[28] 孙荣,袁兴中.三峡水库消落带湿地碳储量及空间格局特征[J].重庆师范大学学报(自然科学版),2012,29(3):75-78.

[29] 吕明权,吴胜军,陈春娣,等.三峡消落带生态系统研究文献计量分析[J].生态学报,2015,35(11):3504-3518.

[30] 沈振锋,张开金,夏雪,等.基于文献计量法分析三峡库区消落带的研究现状及热点[J].水生态学杂志,2020,42(1):26-34.

[31] CUI J F,TANG X Y,ZHANG W,et al.The Effects of Timing of Inundation on Soil Physical Quality in the Water-Level Fluctuation Zone of the Three Gorges Reservoir Region,China[J].Vadose Zone Journal,2018,17(1):1-12.

[32] ZHONG R H,HU J M,BAO Y H,et al.Soil nutrients in relation to vertical roots distribution in the riparian zone of Three Gorges Reservoir,China[J].Journal of Mountain Science,2018,15(7):1498-1509.

[33] ZHU K W,CHEN Y C,ZHANG S,et al.Vegetation of the water-level fluctuation zone in the Three Gorges Reservoir at the initial impoundment stage[J].Global Ecology and Conservation,2020,21:1-13.

[34] 孙荣,袁兴中,刘红,等.三峡水库消落带植物群落组成及物种多样性[J].生态学杂志.2011,30(2):208-214.

[35] 鲍玉海,贺秀斌.三峡水库消落带土壤侵蚀问题初步探讨[J].水土保持研究,2011,18(6):190-195.

[36] JIAN Z J,MA F Q,GUO Q S,et al.Long-term responses of riparian plants′ composition to water level fluctuation in China′s Three Gorges Reservoir[J].Global Ecology and Conservation,2018,13(11):1-13.

[37] 郭文献,李越,王鸿翔,等.三峡水库对下游河流水沙情势影响评估[J].中国农村水利水电,2018(11):87-97.

[38] GAO J H,JIA J J,KETTNER A J,et al.Changes in water and sediment exchange between the Changjiang River and Poyang Lake under natural and anthropogenic conditions,China[J].Science of the Total Environment,2014,481:542-553.D2C364C0-115D-496C-A8A4-2A5A980EDC20

[39] 张明,冯小香,刘哲,等.三峡蓄水后洞庭湖水沙环境变化对湖区航道的影响[J].水科学进展,2015,26(3):423-431.

[40] 赖锡军,姜加虎,黄群.三峡对长江中下游干流汛末水位影响:2006~2011年实例模拟[J].长江流域资源与环境,2014,23(4):475-481.

[41] 许继军,陈进.三峡水库运行对鄱阳湖影响及对策研究[J].水利学报,2013,44(87):757-763.

[42] 王婷,王坤,王丽婧,等.三峡工程运行对洞庭湖水环境及富营养化风险影响评述[J].环境科学研究,2018,31(1):15-24.

[43] 朱信华,董增川,赵杰,等.三峡工程对鄱阳湖水质的影响[J].人民黄河,2009,31(1):57-58.

[44] 郭小虎,渠庚,刘亚,等.三峡工程运用后坝下游河道泥沙输移变化规律[J].湖泊科学,2020,32(2):564-572.

[45] XU K H,MILLIMAN J D.Seasonal variations of sediment discharge from the Yangtze River before and after impoundment of the Three Gorges Dam[J].Geomorphology,2009,104:276-283.

[46] GUO H,HU Q,ZHANG Q,et al.Effects of the Three Gorges Dam on Yangtze River flow and river interaction with Poyang Lake,China:2003-2008[J].Journal of Hydrology,2011,416:19-27.

[47] 帅红,李辉艳,李赛,等.三峡工程对洞庭湖水环境质量的影响[J].长江流域资源与环境,2018,27(46):1315-1323.

[48] 刘光德,李其林,黄昀.三峡库区面源污染现状与对策研究[J].长江流域资源与环境,2003,12(5):462-466.

[49] 王丽婧,郑丙辉,李子成.三峡库区及上游流域面源污染特征与防治策略[J].长江流域资源与环境,2009,18(8):783-788.

[50] 王海云.三峡库区农业面源污染现状及控制对策研究[J].人民长江,2005,36(11):12-15.

[51] 杨林章,吴永红.农业面源污染防控与水环境保护[J].中国科学院院刊,2018,33(2):168-176.

[52] 张玉珍.九龙江上游五川流域农业非点源污染研究[D].厦门:厦门大学,2003.

[53] 李乐,刘常富.三峡库区面源污染研究进展[J].生态科学,2020,39(2):215-226.

[54] SHEN Z Y,QIU J L,HONG Q,et al.Simulation of spatial and temporal distributions of non-point source pollution load in the Three Gorges Reservoir Region[J].Science of the Total Environment,2014,493:138-146.

[55] MA X,LI Y,LI B L,et al.Nitrogen and phosphorus losses by runoff erosion:Field data monitored under natural rainfall in Three Gorges Reservoir Area,China[J].Catena,2016,147:797-808.

[56] ZHANG T,YANG Y H,NI J P,et al.Construction of an integrated technology system for control agricultural non-point source pollution in the Three Gorges Reservoir Areas[J].Agriculture,Ecosystems and Environment,2020,295:1-5.

[57] 張晓晶,李畅游,贾克力,等.乌梁素海表层沉积物重金属与营养元素含量的统计分析[J].环境工程学报,2011,5(9):1955-1960.

[58] 蓝巧娟,吴彦,闫彬,等.三峡库区(万州段)消落区沉积物重金属污染评价及来源分析[J].环境工程,2018,36(8):193-197.

[59] 卓海华,孙志伟,谭凌智,等.三峡库区表层沉积物重金属含量时空变化特征及潜在生态风险变化趋势研究[J].环境科学,2016,37(12):4633-4643.

[60] 王图锦,潘瑾,刘雪莲.三峡库区典型支流沉积物重金属污染特征及评价[J].环境与健康杂志,2016,33(10):891-894.

[61] HUANG L,FANG H W,NI K,et al.Distribution and potential risk of heavy metals in sediments of the Three Gorges Reservoir:the relationship to environmental variables[J].Water,2018,10(12):1-17.

[62] 潘婷婷,赵雪,袁轶君,等.三峡水库沉积物不同赋存形态磷的时空分布[J].环境科学学报,2016,36(8):2968-2973.D2C364C0-115D-496C-A8A4-2A5A980EDC20

[63] 牛鳳霞,肖尚斌,王雨春,等.三峡库区沉积物秋末冬初的磷释放通量估算[J].环境科学,2013,34(4):1308-1314.

[64] 卓海华,邱光胜,翟婉盈,等.三峡库区表层沉积物营养盐时空变化及评价[J].环境科学,2017,38(12):5020-5031.

[65] 刘心愿,宋林旭,纪道斌,等.蓄水前后三峡库区香溪河沉积物磷形态分布特征及释放通量估算[J].环境科学,2018,39(9):4169-4178.

(编辑:刘 媛)

Research hotspots and prospects of water environment in Three Gorges Reservoir area based on knowledge graph analysis

HUANG Hengyue1,CHEN Yao1,2,LIU Zhen1,2,CHEN Renyu1,YUAN Shaochun1,2

(1.School of River and Ocean Engineering,Chongqing Jiaotong University,Chongqing 400074,China; 2.Engineering Laboratory of Environmental Hydraulic Engineering of Chongqing Municipal Development and Reform Commission,Chongqing Jiaotong University,Chongqing 400074,China)

Abstract:

Since the demonstration of the Three Gorges Project,the research on its water environment has become hot issues.Sample data on water environment of the Three Gorges Reservoir Area in WOS and CNKI databases from 2000 to 2020 was visualized by using CiteSpace.In specific,the annual literature quantity,discipline distribution,keyword co-occurrence and emergent word detection were analyzed.The results indicate that from 2000 to 2020,the related researches involving multi-disciplinary knowledge have increased steadily year by year;Xiangxi River,Dongting Lake,temporal and spatial changes,environmental factors,sediments and Pengxi River are the frontier issues currently;water-level fluctuation zone,eutrophication,Xiangxi River reservoir bay,Pengxi River,water bloom,sediment,phytoplankton,heavy metals,Dongting Lake,water quality,biological community,biome,dynamics,nitrogen,phosphorus,ecosystem and environmental factors are the hot topics in this field,mainly are manifested in water eutrophication,the fluctuating zone,non-point source pollution and sediment in the Three Gorges Reservoir area,and the impact of the Three Gorges Project on the middle and lower reaches of the Yangtze River.Furthermore,some shortcomings of the existing research are pointed out,and the research prospect of the water environment of the Three Gorges Reservoir area is proposed.

Key words:

water environment research;Citespace software;literature atlas analysis;eutrophication;water-level fluctuation zone;non-point source pollution;Three Gorges Reservoir areaD2C364C0-115D-496C-A8A4-2A5A980EDC20

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