東張水庫水華預警及應急調度和處置措施

摘要：本文通過研究東張水庫藻類數量與富營養指標的相關性，確定東張水庫水華爆發水質指標閾值，形成水華預警方案，提出了預防水華事件的相關應急技術措施和建議。

關鍵詞：水庫;水華;預警;應急調度和處置措施

中圖分類號：X830.7 文獻標識碼：A 文章編號：2095-672X（2019）10-0-03

DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2019.10.089

Abstract：This paper studies the correlation between the number of algae and the eutrophication index in Dongzhang Reservoir， determines the water quality threshold of the water bloom in Dongzhang Reservoir， forms a water bloom warning scheme， and puts forward relevant emergency technical measures and suggestions for preventing water bloom events.

Keywords：Reservoir; Water bloom; Early warning; Emergency dispatch and disposal measures

1 東張水庫概況

東張水庫建于1957年，壩址以上集水面積200km2，多年平均徑流量1.992億m3。水庫正常蓄水位54.54m，汛限水位54.04m，校核洪水位55.92m（P=0.05%），死水位40.54m，總庫容2.06億m3，興利庫容1.55億m3，屬于大（二）型水庫，庫容系數80.3%，具有多年調節性能。水庫功能以供水為主，結合灌溉、防洪、發電。東張水庫現有灌區渠系由高低二條干渠和43條支渠組成，高干渠底板高程37.8m，設計流量20.7m3/s;低干渠底板高程31.0m，設計流量5m3/s。目前水庫通過高干渠向福清自來水廠、東張水庫第一供水廠（宏路）、第三供水廠（龍田）供應原水的任務，設計供水量為15萬t/d。

東張水庫為福清市飲用水源一級保護區，水質要求達到地表水GB3838-2002Ⅱ類標準。本研究將為預警水華的爆發并有效降低其危害提供可靠的理論依據， 為城鄉居民用水的安全供給提供技術支撐。

2 水庫藻類與水質指標的關系

2.1 東張水庫藻類分布情況

利用定量PCR技術檢測東張水庫庫尾及壩前藻類數量，如圖表1和圖1，壩前斷面藍藻數量范圍1.14×107個/L～3.83×108個/L，綠藻數量范圍0.431×107個/L～3.77×107個/L。東張水庫藻類以藍藻為主，并且在春夏4-7月季形成主要優勢種，藍藻數量為7.27～38.3×107個/L。當藍藻數量超過108個/L時，能明顯看到藻類團聚現象，表明已發生輕微水華。因此基本可以判定，運用定量PCR技術檢測藻類時，藍藻數量為108個/L可作為水華發生的閾值。如圖1所示，東張水庫2016年8月-2017年3月各斷面藍藻數量差別不大，4月壩前斷面藍藻數量突然升高。5月壩前斷面藍藻數量迅速下降，6-7月逐漸升高，7月再一次達到峰值，說明7月庫內藍藻可能受到外源輸入的影響。

2.2 東張水庫藍藻與水質指標相關性

將監測時段內東張水庫表層藍藻總數與環境因子水溫（WT）、透明度（SD）、pH、溶解氧、總氮、總磷、硝酸鹽氮、氨氮、亞硝酸鹽氮、高錳酸鹽指數（IMn）以及氮磷比（N/P）進行Pearson相關性分析，分析軟件使用IBM SPSS Statistics19（SPSS 19），結果如表2所示。

根據統計分析結果，藍藻總數與水溫、pH、高錳酸鹽指數、濁度呈極顯著正相關，與氮磷比呈顯著負相關，與溶解氧、總磷呈顯著正相關。其中pH的相關性最高，其次是濁度、水溫、高錳酸鹽指數、溶解氧、氮磷比和總磷。

2.3 藍藻與環境因子生長響應范圍

2.3.1 水溫

水溫升高能促進藻類的呼吸代謝和光。

合作用，但是超過適宜藻類生存的溫度后，水溫升高反而對藻類生長有抑制作用。以藍藻總數108個/L為水華爆發的閾值，對應的水溫在23.7～32.4℃，與4-7月庫區水溫范圍一致，表明在此溫度范圍較適宜藍藻生長。

2.3.2pH

藻類密度較高時，強烈的光合作用消耗水中的CO2會引起pH上升，同時堿性環境有助于藻類捕獲大氣中的CO2，光合作用明顯大于呼吸作用，因此pH升高是藻類增殖的結果而不是主動影響因子。對于東張水庫而言，水華發生時，pH升高至8.48～9.35，而水華未發生（藻數量<108個/L）時，pH基本處于6.5～8.0之間。因此基本可以判定，當pH>8時，有可能已發生輕微藍藻水華。

2.3.3 溶解氧

一般情況下，在藻類繁殖的初期，光合作用產生大量溶解氧，水中溶解氧表現出升高的趨勢。當藻類過量繁殖，藻細胞相互遮蔽導致光合作用效率降低，同時死亡的藻類或其他受影響而死亡的水生生物也需要氧氣分解，導致水中溶解氧下降。由于東張水庫水華程度比較輕微，因此藍藻數量與溶解氧成顯著正相關，當藍藻總數超過108個/L時，其水中溶解氧的濃度升高至8.5～12.0mg/L。溶解氧濃度最高發生在4月，也是藍藻數量最多的時候，之后隨水溫升高，部分溶解氧從水中溢出，溶解氧呈現下降的趨勢。一般情況下，溶解氧與水溫應呈負相關，這一規律在2016年8月-2017年3月藍藻數量較少時（低于107個/L）得到比較明顯的體現，也說明4月溶解氧突然升高是由于藍藻大量繁殖引起的。因此，當溶解氧隨水溫升高而發生突然增加至>10mg/L時，預示著已出現輕微水華現象。

2.3.4 高錳酸鹽指數

根據圖5，4月當高錳酸鹽指數驟升至2.5mg/L時，發生輕微藍藻水華，當水華過后藻數量下降時，高錳酸鹽指數仍持續升高，待到7月藍藻水華再一次發生時，高錳酸鹽指數下降至2.5mg/L左右。藍藻細胞壁外側具有膠質鞘，是由糖類多聚體等有機物組成組成，是藻類代謝的副產物。這也解釋和高錳酸鹽指數與藍藻數量呈極顯著正相關的原因。同時藍藻在死亡后藻細胞破裂，藻細胞中的有機物隨之釋放，說明高錳酸鹽指數升高基本上是藻類繁殖的結果。但有機物的持續輸入污染也是藍藻水華的誘因之一。說明高錳酸鹽指數在2.5mg/L左右時可能已發生輕微水華。

2.3.5 營養鹽

藍藻數量與總氮、硝酸鹽氮、亞硝酸鹽氮、氨氮相關性不顯著，說明氮源對藍藻的單獨影響作用并不明顯。藍藻數量與總磷呈顯著正相關，與氮磷比呈顯著負相關，說明磷是東張水庫內藍藻的限制性生長因子。如圖6所示，藍藻數量較高時，N/P主要集中在20～40之間，說明N/P在此范圍內適宜藍藻生長。

圖7表示了各站點TP、TN逐月變化與藍藻數量之間的關系。2017年4月壩前總磷濃度達到峰值（0.06mg/L），此時藍藻數量超過108個/L，但入庫斷面藍藻數量為9.52×107個/L仍處于較低水平，說明4月份水華藍藻可能來自庫內。5-7月庫內斷面總磷濃度持續下降，7月總磷濃度為0.026mg/L，但庫內藍藻數量仍表現出上升的趨勢，與入庫斷面藍藻數量的變化趨勢一致，說明5-7月水華藍藻可能是來自外源輸入。總氮與藍藻數量而關系并未表現出明顯的趨勢，此現象進一步說明總磷是影響藍藻生長的重要環境因子。當總磷濃度大于0.025mg/L 時，預示著可能已發生輕微水華。

2.4 東張水庫水華預警

根據全年及水華爆發期間的水質監測成果東張水庫水華爆發水質全因子指標閾值分別為：水溫在23.5～32.5℃條件下，pH=8，溶解氧10mg/L，高錳酸鹽指數2.5mg/L，總磷0.025mg/L。當水庫水質參數超過水華爆發閾值時，發出預警。

3 水庫水華應急調度和處置措施

（1）加強東張水庫水質實時監測，當水庫水質參數達到水華爆發閾值時，發出預警，在保障供水的前提下，高干渠發電機組滿負荷發電，最大水量泄流，提高水庫流動性，降低水庫藻類爆發的可能性。（2）除高干渠發電放水外，還應利用低干渠放水，把水庫底層水泄放出去，減少庫區營養負荷。（3）水華爆發期間，水庫加設小氣泡的曝氣設備，采用機械除藻、過濾除藻、氣浮除藻和活性炭吸附等;使用物理手段直接或間接殺死水體中的藻，主要方法有遮光處理、電解除藻、紫外線照射、超聲波處理等。（4）在取水口處增設濾網或圍隔，將大部分藻細胞隔離在取水口外，使局部水域藻濃度下降。（5）水廠要加大投放消毒劑，如投放液氯、次氯酸鈉可用于控制地表水源的高濃度藻。目前普遍使用的是鋁和鐵的化合物凝聚劑。

4 結語

目前，國內外對水華藻類的檢測技術主要分是顯微鏡檢測法，即利用顯微鏡對特定體積的樣品進行直接計數定量這種方法對采樣的要求較高，而且方法的誤差也較大。而常規指標監測法，這些指標包括pH，溶解氧（DO），總氮，總磷，高錳酸鹽指數，透明度，葉綠素a等。藻類的數量劇增時，其代謝活動將導致水體的常規指標發生明顯變化，因此定期監測以上的指標因子，能夠在一定程度上監測水華的發生。由于常規指標的檢測技術已經相對較為成熟，因此該方法可操作性較強。

根據分析東張水庫藍藻總數與水溫、pH、高錳酸鹽指數、與氮磷比、溶解氧、總磷相關性較好，日常可以通過這幾個指標的監測結果對水庫水華進行預警，及時采取應急措施，減少水華對水廠供水水質影響。

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收稿日期：2019-07-02

作者簡介：陳輝（1965-），女，本科學歷，高級工程師，研究方向為環境影響評價、水資源論證、環境監測、環境監理、環境保護設計。