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水庫的修建是人類開發利用和管理水資源的重要方式。水庫在防洪、灌溉、供水、發電和航運等方面發揮著重要的作用。全球范圍內，水庫的蓄水量約占淡水湖泊的10%，卻直接貢獻了全球糧食產量的12~16%。隨著全球人口增長對食品和電力的需求不斷增加，全球范圍內水庫建設仍處于快速發展時期。然而由于水文情勢的變化，水庫修建往往會帶來諸如富營養化和浮游植物水華等不利影響，從而降低其生態系統服務價值。
水位調控對藻類水華動態影響因果分析與建模
流水不腐，戶樞不蠹。長期以來，直觀的認知認為只要水流動起來，就能夠改善水質。然而關于如何開展精準定量的水動力調控控制藻類水華改善水質的研究仍十分有限。中國科學院水生生物研究所蔡慶華研究員團隊基于三峽水庫香溪河生態系統實驗站在三峽水庫香溪河庫灣近9年日觀測數據，利用經驗動態模型（Empirical dynamics modeling）系統研究了三峽水庫水位波動與香溪河庫灣藻類水華動態關系，探索水庫藻類水華控制新方法。
三峽水庫香溪河生態系統實驗站（長期監測樣點）
三峽水庫支流庫灣藻類水華
研究發現，三峽水庫水位波動與浮游植物葉綠素a日動態之間是非線性關系。在所有度量水位波動的候選因子中，過去24小時的水位變化（ΔWL）對浮游植物葉綠素a日動態具有最強的因果作用，且作用時滯為2天。進一步建立了ΔWL與浮游植物葉綠素a日動態的非線性模型。分析發現，當發生浮游植物水華時，水位的上升和下降都會顯著降低葉綠素a濃度；但總體而言，水位上升對浮游植物水華的影響比水位下降更為顯著。而在非水華暴發期，研究發現不當的水位調節措施會一定程度上促進藻類生長、增加浮游植物水華風險。
該研究首次報道了ΔWL對浮游植物葉綠素a動態的非線性因果效應，并提供了一種基于定量水位調控控制水庫藻類水華的新方法，可應用于水庫及類似水體的浮游植物水華快速控制。
該工作近期以“Nonlinear causal analysis reveals an effective water level regulation approach for phytoplankton blooms controlling in reservoirs”為題在Science of The Total Environment上在線發表（https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2021.150948）。本論文由水生所、三峽集團、加州大學河濱分校相關研究人員合作完成。論文第一作者為水生所葉麟博士，通訊作者為蔡慶華研究員。本研究得到國家自然科學基金和中科院野外站聯盟項目的資助。