摘要：本文通过研究东张水库藻类数量与富营养指标的相关性，确定东张水库水华爆发水质指标阈值，形成水华预警方案，提出了预防水华事件的相关应急技术措施和建议。

关键词：水库;水华;预警;应急调度和处置措施

中图分类号：X830.7 文献标识码：A 文章编号：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 东张水库概况

东张水库建于1957年，坝址以上集水面积200km2，多年平均径流量1.992亿m3。水库正常蓄水位54.54m，汛限水位54.04m，校核洪水位55.92m（P=0.05%），死水位40.54m，总库容2.06亿m3，兴利库容1.55亿m3，属于大（二）型水库，库容系数80.3%，具有多年调节性能。水库功能以供水为主，结合灌溉、防洪、发电。东张水库现有灌区渠系由高低二条干渠和43条支渠组成，高干渠底板高程37.8m，设计流量20.7m3/s;低干渠底板高程31.0m，设计流量5m3/s。目前水库通过高干渠向福清自来水厂、东张水库第一供水厂（宏路）、第三供水厂（龙田）供应原水的任务，设计供水量为15万t/d。

东张水库为福清市饮用水源一级保护区，水质要求达到地表水GB3838-2002Ⅱ類标准。本研究将为预警水华的爆发并有效降低其危害提供可靠的理论依据， 为城乡居民用水的安全供给提供技术支撑。

2 水库藻类与水质指标的关系

2.1 东张水库藻类分布情况

利用定量PCR技术检测东张水库库尾及坝前藻类数量，如图表1和图1，坝前断面蓝藻数量范围1.14×107个/L～3.83×108个/L，绿藻数量范围0.431×107个/L～3.77×107个/L。东张水库藻类以蓝藻为主，并且在春夏4-7月季形成主要优势种，蓝藻数量为7.27～38.3×107个/L。当蓝藻数量超过108个/L时，能明显看到藻类团聚现象，表明已发生轻微水华。因此基本可以判定，运用定量PCR技术检测藻类时，蓝藻数量为108个/L可作为水华发生的阈值。如图1所示，东张水库2016年8月-2017年3月各断面蓝藻数量差别不大，4月坝前断面蓝藻数量突然升高。5月坝前断面蓝藻数量迅速下降，6-7月逐渐升高，7月再一次达到峰值，说明7月库内蓝藻可能受到外源输入的影响。

2.2 东张水库蓝藻与水质指标相关性

将监测时段内东张水库表层蓝藻总数与环境因子水温（WT）、透明度（SD）、pH、溶解氧、总氮、总磷、硝酸盐氮、氨氮、亚硝酸盐氮、高锰酸盐指数（IMn）以及氮磷比（N/P）进行Pearson相关性分析，分析软件使用IBM SPSS Statistics19（SPSS 19），结果如表2所示。

根据统计分析结果，蓝藻总数与水温、pH、高锰酸盐指数、浊度呈极显著正相关，与氮磷比呈显著负相关，与溶解氧、总磷呈显著正相关。其中pH的相关性最高，其次是浊度、水温、高锰酸盐指数、溶解氧、氮磷比和总磷。

2.3 蓝藻与环境因子生长响应范围

2.3.1 水温

水温升高能促进藻类的呼吸代谢和光。

合作用，但是超过适宜藻类生存的温度后，水温升高反而对藻类生长有抑制作用。以蓝藻总数108个/L为水华爆发的阈值，对应的水温在23.7～32.4℃，与4-7月库区水温范围一致，表明在此温度范围较适宜蓝藻生长。

2.3.2pH

藻类密度较高时，强烈的光合作用消耗水中的CO2会引起pH上升，同时碱性环境有助于藻类捕获大气中的CO2，光合作用明显大于呼吸作用，因此pH升高是藻类增殖的结果而不是主动影响因子。对于东张水库而言，水华发生时，pH升高至8.48～9.35，而水华未发生（藻数量<108个/L）时，pH基本处于6.5～8.0之间。因此基本可以判定，当pH>8时，有可能已发生轻微蓝藻水华。

2.3.3 溶解氧

一般情况下，在藻类繁殖的初期，光合作用产生大量溶解氧，水中溶解氧表现出升高的趋势。当藻类过量繁殖，藻细胞相互遮蔽导致光合作用效率降低，同时死亡的藻类或其他受影响而死亡的水生生物也需要氧气分解，导致水中溶解氧下降。由于东张水库水华程度比较轻微，因此蓝藻数量与溶解氧成显著正相关，当蓝藻总数超过108个/L时，其水中溶解氧的浓度升高至8.5～12.0mg/L。溶解氧浓度最高发生在4月，也是蓝藻数量最多的时候，之后随水温升高，部分溶解氧从水中溢出，溶解氧呈现下降的趋势。一般情况下，溶解氧与水温应呈负相关，这一规律在2016年8月-2017年3月蓝藻数量较少时（低于107个/L）得到比较明显的体现，也说明4月溶解氧突然升高是由于蓝藻大量繁殖引起的。因此，当溶解氧随水温升高而发生突然增加至>10mg/L时，预示着已出现轻微水华现象。

2.3.4 高锰酸盐指数

根据图5，4月当高锰酸盐指数骤升至2.5mg/L时，发生轻微蓝藻水华，当水华过后藻数量下降时，高锰酸盐指数仍持续升高，待到7月蓝藻水华再一次发生时，高锰酸盐指数下降至2.5mg/L左右。蓝藻细胞壁外侧具有胶质鞘，是由糖类多聚体等有机物组成组成，是藻类代谢的副产物。这也解释和高锰酸盐指数与蓝藻数量呈极显著正相关的原因。同时蓝藻在死亡后藻细胞破裂，藻细胞中的有机物随之释放，说明高锰酸盐指数升高基本上是藻类繁殖的结果。但有机物的持续输入污染也是蓝藻水华的诱因之一。说明高锰酸盐指数在2.5mg/L左右时可能已发生轻微水华。

2.3.5 营养盐

蓝藻数量与总氮、硝酸盐氮、亚硝酸盐氮、氨氮相关性不显著，说明氮源对蓝藻的单独影响作用并不明显。蓝藻数量与总磷呈显著正相关，与氮磷比呈显著负相关，说明磷是东张水库内蓝藻的限制性生长因子。如图6所示，蓝藻数量较高时，N/P主要集中在20～40之间，说明N/P在此范围内适宜蓝藻生长。

图7表示了各站点TP、TN逐月变化与蓝藻数量之间的关系。2017年4月坝前总磷浓度达到峰值（0.06mg/L），此时蓝藻数量超过108个/L，但入库断面蓝藻数量为9.52×107个/L仍处于较低水平，说明4月份水华蓝藻可能来自库内。5-7月库内断面总磷浓度持续下降，7月总磷浓度为0.026mg/L，但库内蓝藻数量仍表现出上升的趋势，与入库断面蓝藻数量的变化趋势一致，说明5-7月水华蓝藻可能是来自外源输入。总氮与蓝藻数量而关系并未表现出明显的趋势，此现象进一步说明总磷是影响蓝藻生长的重要环境因子。当总磷浓度大于0.025mg/L 时，预示着可能已发生轻微水华。

2.4 东张水库水华预警

根据全年及水华爆发期间的水质监测成果东张水库水华爆发水质全因子指标阈值分别为：水温在23.5～32.5℃条件下，pH=8，溶解氧10mg/L，高錳酸盐指数2.5mg/L，总磷0.025mg/L。当水库水质参数超过水华爆发阈值时，发出预警。

3 水库水华应急调度和处置措施

（1）加强东张水库水质实时监测，当水库水质参数达到水华爆发阈值时，发出预警，在保障供水的前提下，高干渠发电机组满负荷发电，最大水量泄流，提高水库流动性，降低水库藻类爆发的可能性。（2）除高干渠发电放水外，还应利用低干渠放水，把水库底层水泄放出去，减少库区营养负荷。（3）水华爆发期间，水库加设小气泡的曝气设备，采用机械除藻、过滤除藻、气浮除藻和活性炭吸附等;使用物理手段直接或间接杀死水体中的藻，主要方法有遮光处理、电解除藻、紫外线照射、超声波处理等。（4）在取水口处增设滤网或围隔，将大部分藻细胞隔离在取水口外，使局部水域藻浓度下降。（5）水厂要加大投放消毒剂，如投放液氯、次氯酸钠可用于控制地表水源的高浓度藻。目前普遍使用的是铝和铁的化合物凝聚剂。

4 结语

目前，国内外对水华藻类的检测技术主要分是显微镜检测法，即利用显微镜对特定体积的样品进行直接计数定量这种方法对采样的要求较高，而且方法的误差也较大。而常规指标监测法，这些指标包括pH，溶解氧（DO），总氮，总磷，高锰酸盐指数，透明度，叶绿素a等。藻类的数量剧增时，其代谢活动将导致水体的常规指标发生明显变化，因此定期监测以上的指标因子，能够在一定程度上监测水华的发生。由于常规指标的检测技术已经相对较为成熟，因此该方法可操作性较强。

根据分析东张水库蓝藻总数与水温、pH、高锰酸盐指数、与氮磷比、溶解氧、总磷相关性较好，日常可以通过这几个指标的监测结果对水库水华进行预警，及时采取应急措施，减少水华对水厂供水水质影响。

参考文献

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收稿日期：2019-07-02

作者简介：陈辉（1965-），女，本科学历，高级工程师，研究方向为环境影响评价、水资源论证、环境监测、环境监理、环境保护设计。