本研究论文以三峡水库香溪河库湾水华问题为出发点,结合环境学、生态学、流体力学等基本理论,利用野外监测、控制实验、数值模拟等技术手段,系统分析了三峡水库香溪河库湾水华藻类垂直迁移特性、光学特性、水温特性、营养盐特性、水动力及分区特性等规律,建立了藻类垂直迁移模型及水华藻类垂向分布模型,讨论了香溪河库湾水华生消机理及其三峡水库应急调控措施。具体结果如下:1.分析了拟多甲藻(Peridiniopsis sp.)昼夜垂直迁移特性,比较了拟多甲藻水华与硅藻水华水体叶绿素a浓度昼夜分布差异。结果表明拟多甲藻在12 m水深以上水柱中存在明显的周期性昼夜垂直迁移特性,硅藻昼夜垂直迁移特性不显著;水华是已存在、分散在水体中的藻类群体在适宜条件下的上浮聚集而成;影响拟多甲藻昼夜垂直迁移的主要因子是水下光照和水温垂向分布,其自身的周期节律性运动对拟多甲藻垂直迁移也有一定的影响。2.分析了香溪河库湾表层光照变化规律,研究了香溪河库湾水下光照衰减特性及其影响因子,并尝试性探讨了香溪河库湾真光层时空变化特性及其对水华的影响。结果表明香溪河水面光照随季节变化明显,春、秋季光照温和,适宜藻类生长;夏季光照最大,超过100000 lux;冬季光照最低;香溪河库湾水下消光系数与浊度、叶绿素a浓度呈显著的正相关关系,大部分时间内,浮游植物生物量是影响香溪河库湾水下消光系数的主要因子,水下消光系数与透明度倒数呈显著的正相关关系;香溪河库湾真光层厚度冬季较大,春秋较小,夏季变化显著,上游水体真光层主要受浮游植物生物量的影响,下游水体真光层主要受长江含沙水体倒灌的影响。3.分析了香溪河库湾特殊水温分层现状,并结合香溪河库湾水动力特性分析了特殊水温分层的成因及其与水华的关系。结果表明三峡水库干流水体整体处于混合状态,只在3月出现了弱分层,年最大表底水温差不超过2℃;香溪河库湾水温垂向分布时空差异显著,库湾下游近河口水域受长江水体倒灌影响,水体垂向分层不明显;库湾上游水体受上游低温底部异重流影响,水体垂向分层程度较高;库湾末端受三峡水库季节调度影响,水体垂向分层呈季节性变化。4.建立了香溪河库湾水上、水下光照模型,提出了生物力(biotic force)概念及性质并以此推算了藻类迁移动量方程,建立了藻类垂直迁移模型并予验证,由此建立了水华藻类垂向一维分布模型并进行了讨论。结果表明生物力是生物个体为改变自身运动状态来适应周围环境而对自身生理条件进行调节时存在的某种调节力,其具有限性、适定性和不定性等特性,满足GuassAmp曲线;影响藻类在水体中分布的主要因子是藻类自身的迁移特性、藻类生长特性及水体混合层厚度,藻类自身迁移特性越明显,真光层厚度越大,水体混合层厚度越小,越易形成水华,反之则不易形成水华,从理论上合理解释了库湾水体较干流水体易发生水华这一自然现象;不同藻种在水体中的垂向分布特性各不相同的主要原因是不同藻种在水体中的运动状况不尽相同。5.结合三峡水库香溪河库湾水动力特性,分析了基于香溪河库湾异重流为动力背景下的营养盐特性,提出了香溪河库湾水动力、水环境分区规律。结果表明三峡水库香溪河库湾分层异向流特性显著,长江水体常年以倒灌温差异重流形式与香溪河库湾进行水体交换,香溪河库湾上游低温来流以底坡异重流形式潜入库湾并流入长江;香溪河流域水体可以划分为交换区(exchange zone)、过渡区(transition zone)、滞留区(stagnant zone)、变动区(fluctuation zone)、河流区(stream zone)等5个不同生态环境区域,其中滞留区水温分层显著,水体上下掺混较弱,氮营养主要来源于干流补给,磷、硅等营养主要来源于上游来流及城镇排污,水华敏感指数大于0.5,最易暴发高强度水华。6.分析了三峡水库香溪河库湾水华生消机理及其三峡水库应急调控机理,并提出了相应应急调控方案。研究表明在表、中层倒灌异重流发生期间,三峡水库水位日抬升1.0-1.5 m,即能使支流库湾形成中、上层水体流入库湾,下层水体流出库湾的水循环过程;水交换过程改变了支流库湾水体垂向分层状态,降低了水库干支流间水温、pH值、浊度、营养盐等因子的差异;打破了原来库湾水动力、营养盐和水华暴发分区特性,能够通过增大干支流间的水体交换、破坏库湾水体分层状态、增大支流泥沙含量等机制临时抑制“水华”的暴发并控制库湾水体富营养化;三峡水库水位最大日升幅可达2.38 m,日调度空间较大;针对三峡水库香溪河库湾春、夏、秋等不同季节的水华,建议分别采用春季“潮汐”式调度方案、夏季“潮汐”式调度方案、秋季提前蓄水方案等应急控制方案进行控制。