宜昌市黄柏河水华成因及防治

周红英，向 坤，阚红涛,柳先进

(1.宜昌市水文水资源勘测局，湖北 宜昌 443003;2.恩施州水利技术推广站，湖北 恩施 445000)

宜昌市黄柏河水华成因及防治

周红英1，向 坤1，阚红涛1,柳先进2

(1.宜昌市水文水资源勘测局，湖北 宜昌 443003;2.恩施州水利技术推广站，湖北 恩施 445000)

对2013年5月20日于黄柏河流域天福庙水库和玄庙观水库发生的水华现象进行了调查.结果表明，此次水华为隐藻水华，无毒，发生水库呈富营养化.并从营养因子、环境因子、水文因子三方面分析了此次水华的成因，从控制污染物入河量、水动力控制、水生态修复、加强规划与管理等方面探讨了水华与水污染防治措施.

黄柏河；水华；富营养；防治措施

在一自然水体中，水生浮游植物的种类组成和数量变化受生物因子和环境因子的影响[1].在富营养的水体中一旦条件成熟，藻类就能在短期内大量繁殖，生物量剧增，引发水华.大面积的水华具有很大的危害性.研究水华的成因，探讨特定水体的水华及水污染防治措施，具有重要意义.

黄柏河流域位于湖北省宜昌市中部，有东西两大支流，长度分别为130 km和78 km，两支流在两河口汇入干流，于葛洲坝水库大坝上游注入长江，流域总面积1 931.5 km2，占宜昌总面积的9.2%.东支从上至下有四座大中型水库，玄庙观水库距河口110 km，坝址以上集水面积380 km2，总库容4 054万m3； 天福庙水库距河口80 km，坝址以上集水面积553.6 km2，总库容6 180万m3；西北口水库距河口54 km，坝址以上集水面积862 km2，总库容2.1亿m3；尚家河水库距河口45 km，坝址以上集水面积937 km2，总库容1 692万m3.黄柏河东支四个水库为宜昌市城区200万人的供水水源，通过东风渠引入官庄水库，经四水厂处理后向市区供水.近10年以来，宜昌的社会经济发展较快，年均GDP增幅在10%以上，随着国民经济的不断发展和城市化进程的逐步加快，生活污水和工业废水排放量增大，面源污染控制在短期内难以奏效，致使被誉为“夷陵明珠”的黄柏河水体水质逐渐恶化，2013年5月20日、21日天福庙水库和玄庙观水库首次发生水华，水体呈红褐色—褐色,并有一层水膜，有藻腥味.

1 水质监测及评价

1.1 采样时间及断面

湖北省水环境监测中心宜昌分中心对水华进行了连续监测及调查.2013年5月20日至26日每天上午采样一次，连续监测7天.监测断面共9处，本文中选择玄庙观库尾、库中、天福庙库首、西北口水库库首、官庄水库库首5处进行评价.

1.2 监测项目及分析方法

监测项目为水温(GB/T 13195-1991)、pH(GB/T 6920-1986)、溶解氧(GB/T 7489-1987)、透明度(SL87-1994)、高锰酸盐指数GB/T11892-1989)、总磷(GB/T11893-1989)、总氮(GB/T11894-1989)、叶绿素(SL88-2012)、藻密度共9项，前面8个项目依据相应国家标准或行业标准方法监测，藻密度参照《中国淡水藻类》[7]中方法监测.水温、透明度、pH、溶解氧现场检测，高锰酸盐指数、总氮、总磷、叶绿素a等指标将样品带回实验室后立即测定.藻密度现场采样后加入鲁哥氏液固定，带回实验室经沉淀、浓缩、定容后镜检分类计数.

1.3 评价标准

依据《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)对各采样点水质进行评价.依据《地表水资源质量评价技术规程》(SL325-2007)中湖库富营养化评价标准对水库营养状况进行评价.

1.4 监测结果评价

从2013年5月20日监测结果看,5个采样点溶解氧、pH、高锰酸盐指数均在地表水Ⅲ类范围内，玄庙观水库和天福庙水库总磷均超标，玄庙观库尾为超Ⅴ类，玄庙观库中和天福庙库首为Ⅴ类，5个采样点总氮均超标，为Ⅳ～Ⅴ类，5个采样点所检测的几个项目水质综合类别均达到Ⅳ类以上.玄庙观水库营养评分为63～67分，达到了富营养化，天福庙水库营养评分为54分，趋于富营养，西北口水库和官庄水库营养评分分别为42分、40分，均为中营养.从藻细胞密度监测结果看，玄庙观库尾最大，为35 000万个/L，玄庙观库中为18 000万个/L，天福庙库首为1 800万个/L，达到水华临近或发生状态，西北口为400万个/L，初具水华条件，官庄水库藻密度较小，为5万个/L，尚不具发生水华条件.所有监测点优势藻类均为隐藻，其次是针杆藻，其它藻类数量较少.2013年5月20日水质监测成果表见表1.5月21～24日水质变化缓慢，25日后好转，水华现象逐渐消退.

表1 黄柏河水质监测成果表

从上述监测结果可知，本次水华为隐藻水华，隐藻水华是肥水养鱼经常发生的一种水华，没有毒性，但因总氮、总磷等污染物浓度超标，对水源地水质会造成较大影响.

2 污染调查

宜昌市水文局高度重视此次水华事件，与市水利水电局一起组织了两次调查，2013年5月27～28日组织人员对玄庙观、天福庙、西北口水库库区支流进行了调查及采样监测，6月6～9日，又组织专班分8个小组对黄柏河东支西北口水库以上14条支流采取徒步走访、沿河查勘、重点座谈等方式，对流域内工矿企业、集中生活污水、规模化养殖、面源污染等情况进行调查，并对河源、河中、河口和排污口水体取样分析，共采集水样106个，对水温、氨氮、总氮、总磷、高锰酸盐指数、铁、锰、硫化物等项目进行了检测.

工业污染情况：调查范围内拥有各类工矿企业53家，其中磷矿开采类企业47家，磷矿选矿企业4家,生产废水未经处理或处理未达标而直接排入河道, 矿渣淋溶水对水质影响也较大.通过对其中25个排污口污水取样分析，监测结果表明，所有排污口水样均不达标，主要超标项目为悬浮物、总磷.

生活垃圾及污水处理情况：被调查区域内拥有居民25 870人，企业工人及管理人员近5 000人，生活污水未经处理直接排入河沟.尤其以樟村坪镇栗林河段以及荷花镇黑沟段为甚.樟村坪集镇2 189多人生活，未建污水处理站，垃圾填埋场无处理措施，生活污水直接排入栗林河.

规模化养殖情况：调查区域内共有规模化养猪场8家，年出栏生猪4 000头；规模化养鸡场5家，年出栏鸡60 000只.少部分养猪场修建了沼气池，猪粪、猪尿收集入池，用作农家肥；养鸡场的鸡粪经混合粉干后用作肥料.根据第一次全国污染源普查经验数据计算，流域内规模化养殖造成总氮排放量为22.54 t/年，总磷排放量为2.15 t/年.

面源污染情况：调查区域内共有0.375万公顷耕地，主要种植水稻、玉米、小麦、马铃薯、蔬菜及经济作物核桃、茶叶.常用的化肥为尿素、碳铵和复合肥，使用化肥约3 400 t/年.使用农药量约12 t/年.

根据14条支流水质监测结果，按P=90%流量计算，西北口水库以上河流总磷年输入量为24.68 t，其中栗林河、西汊河、盐池河、董家河、晒旗河、神龙河、管家河(黄柏河源头)等7条支流占14条支流总磷年输入量占79%；总氮年输入量为404 t，其中栗林河、神龙河、淹伞溪、干沟河、玉林溪和黑沟等6条支流占14条支流总氮年输入量的58%.根据《湖北省水功能区划》黄柏河东支为保护区，水质管理目标为Ⅱ类，对14条支流按照Ⅱ类水质要求分析计算，玄庙观库区6条支流污染物年入库量总磷为17.425 5 t，超过纳污能力15.780 2 t；总氮为184.994 1 t，超过纳污能力152.089 2 t.天福庙水库4条支流污染物年入库量总磷为2.589 5 t，超过纳污能力1.715 3 t；总氮为98.924 8 t，超过纳污能力79.109 1 t.西北口水库4条支流污染物年入库量总磷为4.670 6 t，超过纳污能力3.490 3 t；总氮为120.733 1 t，超过纳污能力97.127 4 t.

3 水华成因分析

水华的暴发是一种复杂的生态异常现象，水华涉及物理、化学、生物因素.发生的原因也比较复杂,关于水华发生的机理至今尚无定论，学者们普遍认为，富营养化是水体发生水华的基本原因，主要与营养因子、环境因子、水文因子密切相关[2].

3.1 营养因子

水体中营养因子主要是氮和磷，实验证明若只提供充足的氮或者磷，浮游植物均不能很好生长繁殖，浮游植物的生长需要合适的氮磷比例[3]，且氮、磷浓度通常都比较高, 总氮一般都超过1.0 mg/L,总磷一般都超过0.1 mg/L,根据藻体内的氮磷的原子个数比为16∶1,折合成质量比约为7∶1, 推论水中氮磷浓度比为7∶1时最有利于藻类的吸收利用,即理论上这是水体中藻类生长的最佳氮磷比值,对水华藻类而言可能具有独特的生物学效应,最容易引起水华.Lagus et al[4]报道浮游植物对营养盐添加和氮磷比的响应因种类而异.此次玄庙观水库、天福庙水库、西北口水库、官庄水库总氮浓度值均较大，超过了1.0 mg/L,但西北口水库和官庄水库总磷均为0.01 mg/L，浓度很低，N/P大于100，故未引发水华，而玄庙观水库、天福庙水库总磷浓度均超过Ⅳ类标准，N/P分别为3.2∶1、6∶1、7.7∶1，氮磷浓度达到了较合适的比例，致使隐藻快速生长引发水华.调查和监测资料证明，黄柏河东支流域集镇生活污水直排，农村化肥、农药流失及养殖等面源污染较为严重，致使总氮维持在1.5～4.0 mg/L的较高浓度，而该流域是全国五大磷矿基地之一，磷矿开采业磷的排放浓度虽较小，但矿坑废水及下雨矿渣淋溶水总磷浓度可以达到0.6 mg/L左右,而选矿及磷肥生产企业磷的排放浓度则较大，可达10 mg/L,污染较严重，黄柏河东支4家磷矿选矿企业主要在黄柏河源头玄庙观库区范围内，因此当其它条件具备时，含磷废水排放使水库中磷达到一定浓度必然导致发生水华.

3.2 环境因子

从国内一些水库富营养化调查资料来看，水库发生富营养化与气候变化关系很大，气候条件能促成藻类水华的发生[5].藻类为中温性微生物.在环境因子中，水温、气温和光照是藻类进行光合作用的必要条件.已有研究表明，气候偏暖致使水温升高，充足的光照、温暖的水环境是引起水华发生的必要条件.有实验研究[6-8]发现，当光强从1 000 lx增加到4 000 lx时，藻类数量增加较快，光强太弱(500 lx以下)或太强(10000 lx以上)都不适于藻类的生长.根据宜昌市水文及气象资料,2013年5月19～24日为晴天或多云天气,白天光强大于1 000 lx，比较适宜于藻类快速生长.而5月14～15日突降大雨，之后3天小雨不断，水土流失、地表径流等携带大量面源污染物进入水体，为藻类生长提供充足的营养物质.一般认为25～30℃是水华藻类的最适宜生长温度.5月19日～24日，气温由24℃徒然上升到31～35℃，水温为25～27℃，达到了水华藻类生长的最佳温度范围.

3.3 水文因子

水体流速缓慢，流量小，不利于水体中有机物、氮、磷等营养物质的稀释，有利于藻类生长.黄柏河东支2013年1月～5月13日降水日数只有35天，均为小雨,降水量不到200 mm,上游来水量很小,玄庙观电站发电日数少,水库大多数时间处于蓄水状态，受上游水流扰动少, 水的流速缓慢，库区内水力滞留时间长，基本处于平稳状态，给藻类生长提供了有利条件.

4 防治措施探讨

黄柏河是宜昌市人民的母亲河，其保护管理关系全市经济社会发展、社会稳定和人民群众身体健康，加强黄柏河流域水资源保护和水污染防治十分必要，针对黄柏河此次水华及水污染状况提出以下防治措施供探讨.

4.1 严格控制污染物入河量

1)控制点源污染排放量.流域内工矿企业增加污水处理设施，提高污水处理能力，严格做到污染物达标排放；流域内厂房占用河道、矿渣堵塞河道的现象比较多，不仅改变了河道径流，降低了水体自净能力，而且严重阻碍了河道行洪，存在极大的安全隐患，应即时疏通.

2)削减农业面源污染，为保护流域生态和水源涵养提供保证.

4.2 加强规划及管理

1)进一步落实水源地保护管理责任制，建立水源保护地联动工作机制.

2) 对流域进行综合规划，统筹水环境、水生态、矿产开发与地方发展的关系，对矿产资源开发、地方经济以及产业结构调整提出明确要求，从源头上控制污染总量，减少环境污染和生态破坏发生机会，确保饮用水源地保护落到实处.

3)加强流域的环保政策与法规的制定、实施和监管力度，提高民众的环保意识.

4.3 水动力学控制

1) 当水文、气象、水质预报条件符合水华发生的条件时，通过水利调度改变水体流速流量，限制藻类的生长，从而防止水华的发生.

2) 研究表明，水库的面积、容积、水深、岸线系数、入库径流补给系数、换水周期和水位变幅、出库径流、流速等与富营养化关系密切.因此有必要进一步加强水文、气象等过程对藻类及其他生物时空格局影响的研究，针对该流域梯级水库在不同时段的水文、水生态特点，结合防洪、发电、水库水环境保护，合理进行基于生态系统管理的水库生态调度.

4.4 生态修复

1) 在外源污染得到有效控制的前下，利用生态浮床技术，采用浮床陆生植物作为先锋种植载于水面，利用它们对氮、磷营养物质的大量吸收，最终通过收割植物彻底去除水中过量的营养物质，使水体透明度增加，为水生高等植物的生长、繁殖提供条件，最终使水体系统得到全面修复.

2) 加强内源污染治理及防护堤工程建设.削减内源污染量，疏通河道，清除污染底泥，禁止居民在岸边随意丢弃垃圾、排放废水、提升河岸带景观.

3)从生态系统结构和功能进行调整，从营养环节来控制富营养化，使营养物质改变为人类需要的终产品而不是“水华”.放养滤食性鱼类直接吞食藻类植物，是一条有效的生物防治途径.

[1] 吕艳春，徐镜波. 新立城水库藻类水华环境因子分析及其预警监测[J].环境科学导刊,2010，29(3)：39-41.

[2] 陈琼. 氮、磷对水华发生的影响[J].生物学通报,2006，41(5)：12-14.

[3] 王小冬,秦伯强. 氮磷的不同供应比例和频度对藻类水华形成的影响[J]. 农业环境科学学报,2011,30(12)：2533-2541.

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[6] 胡鸿均,魏心印.中国淡水藻类—系统、分类及生态[M].北京:科学出版社,2006：1-995.

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[8] 姚爱玲,赵学敏.广东省高州水库春季蓝藻水华成因初步探讨[J].湖泊科学，2011，23(4):534-540..

ToInvestigatetheCausesandPreventionMeasuresofHuangbaiRiverBloom

ZHOU Hong-ying1,XIANG Kun1, KAN Hong-tao1,LIU Xian-jin2

(1.Yichang hydrology and Water Resources Survey Bureau,Yichang 443003,China;2.Enshi state technology extension water station,Enshi 445000,China)

Based on the investigation on May 20, 2013 of water bloom at Tianfumiao reservoir and Xuanmiaoguan reservoir of Huangbai River basin，it is found that the two reservoir are eutrophic composed of Cryptomonas, these are no toxicity. With analysis of the contributing factors including nutritional environment,hydrological three aspects, possible precautions against water bloom and water pollution have been proposed in this paper to control pollutants into rivers, enhance water power, restore water ecological as well as strengthening the planning and management.

Huangbai river; water bloom; eutrophication; preventive measures

2013-09-28.

周红英(1971-)，女(土家族)，正高级工程师，主要从事水环境监测与水资源评价研究.

X52

A

1008-8423(2013)03-0357-04