论南水北调东线洪泽湖蓝藻暴发的可能性

2014-10-23刘远书曹鹏飞

水利规划与设计 2014年1期

关键词：绿藻洪泽湖水华

刘远书曹鹏飞

（国务院南水北调办公室北京 100038)

引言

南水北调东线调水成败的关键在水质。作为东线工程重要调蓄湖泊的洪泽湖，其水质状况、富营养化状态以及是否会爆发类似太湖的蓝藻事件，日益成为人们关注的焦点。

1 蓝藻水华问题的提出

富营养化水体在水温、气温、光照、流速等适合的外界条件下，就可能形成并暴发蓝藻水华。2007年的太湖蓝藻事件给南水北调工程的水质安全敲响了警钟。洪泽湖作为东线工程的重要调蓄湖泊，近年来富营养化情况加剧，局部水域曾发生小范围蓝藻水华现象。南水北调东线一期工程将于 2013年底建成通水，届时洪泽湖的水质和藻类种群将发生改变。因此，在通水之前开展系统性、抢救性的藻类调查、监测，掌握洪泽湖的水质情况和蓝藻构成及演变规律，分析研究蓝藻暴发的可能性，有助于开展有针对性地治理和预防工作。

2 蓝藻水华的暴发机理及危害

2.1 蓝藻水华的发生机理

蓝藻是藻类的一种，又称蓝绿藻，是地球上最早出现的光合自养生物，其分布十分广泛。一般浮游于水面上，或者附着在水底的石块、木桩以及其他植物体上。

“水华”通常是指在淡水池塘、河流、湖泊、水库等水体受到污染后，氮、磷等营养物质大量增加，致使水体达到富营养化状态，在一定的温度、光照等条件下，水体中某些藻类发生暴发性的繁殖，引起明显的水色变化，并在水面形成或薄或厚的蓝绿色（即“蓝藻水华”)或者其他颜色的藻类漂浮物现象。

2.2 蓝藻水华的危害

蓝藻水华会使水中溶解氧来源减少，杀死多个水生物种，破坏水体生态系统。加之藻类死亡后腐烂分解，导致水质发黑发臭，鱼虾等水生物种死亡，原有的生物群落结构被破坏，最终使整个生态系统失衡。

蓝藻暴发还能产生大量藻毒素，威胁饮用水安全和人体生命健康。蓝藻水华进入水厂后往往难以消除。藻毒素会被释放到水中，人类皮肤接触、饮用、食用水生动物等过程中可能会引起中毒。此外，蓝藻水华还有破坏水体景观环境、影响旅游功能等危害。

3 洪泽湖水质现状及藻类构成监测

3.1 洪泽湖概况

洪泽湖是中国第四大淡水湖，也是淮河流域最大的湖泊型水库。它地处苏北平原中部的西侧，承泄淮河上中游15.8万km2的来水。入湖河流主要有淮河干流、怀洪新河、新汴河、徐洪河等 17条河流，其中淮干入湖水量占总量的 70%以上。

洪泽湖属浅水型湖泊，湖底呈浅碟形，正常蓄水位 13.0 m，相应水面积为 1780 km2，库容约 40亿 m3。多年平均水位为 12.37 m，水深一般在 4 m以内。湖区多年平均年降水量 927mm，年水面蒸发量1046mm；年入湖径流量约328亿m3，年出湖径流量约300亿m3。

3.2 洪泽湖水质总体处于轻～中度富营养状态

在洪泽湖共布设 11个采样监测站点，分别是：韩桥、西顺河、蒋坝、淮安北、淮安西、溧河洼、临淮、宿迁南、宿迁北、高湖、成子湖，详见图1。2011年3月～2012年10月每月采样一次，共采样 20次。依据《地表水环境质量标准》（GB3838-2002)，经实验分析，洪泽湖主要水质指标情况如下：

（1)水质综合评价类别为Ⅲ～Ⅳ类。主要超标物质为总磷、总氮等。11个监测点中，西顺河、韩桥、临淮、蒋坝等站点水质较差，为Ⅳ类，其余站点均为Ⅲ类。

（2)水温随季节变化非常明显，最高水温出现在8月，为30.4℃，最低气温出现在3月，为 7.4℃，平均水温为 22.0℃。5月～9月平均水温为24.1～30.4℃，适宜藻类的生长。

（3)水体透明度常年低于0.5 m，平均值为0.3 m。洪泽湖平均水深约1.5m，为典型的平原浅水型湖泊，水体透明度常年变化不大，主要与频繁的水体混合和悬浮物的上浮有关。

（4)pH值变化范围为8.10～8.29，波动不大，为碱性水质，最大值出现在3月，最小值出现在6月。

（5)高锰酸盐指数波动范围为 4.04～4.94 mg/L，各月份均达到地表水环境质量标准Ⅲ类标准。

（6)溶解氧含量较高，月均值为8.52 mg/L。夏秋季节水体溶解氧浓度明显低于春季，主要与水温密切相关。

（7)总磷浓度变化较大，最大值出现在 6月，可能与温度升高、底质消化快、释放磷的速度加快有关。夏秋季节洪泽湖水体中总磷浓度明显高于春季。

（8)总氮月均浓度为1.38 mg/L，最大值出现在7月，为1.80 mg/L，超过了地表水环境质量标准Ⅳ类标准的限值。

按照《地表水资源质量评价技术规程》（SL395-2007)，选取总磷、总氮、叶绿素a、高锰酸盐指数和透明度五个指标进行评价，洪泽湖各监测站点营养状态指数值在40.2～60.4之间，处于轻到中度富营养化状态。

图1 洪泽湖监测站点位置示意图

3.3 绿藻和蓝藻是构成洪泽湖水体藻类的主要种群

通过对洪泽湖11个监测点连续20个月的调查和监测，基本可得出其藻类种群的组成和分布情况：

（1)洪泽湖水体浮游藻类种群总体构成共8门86属165种（包括变种)，主要包括绿藻、硅藻、蓝藻、裸藻、隐藻等。上述藻类中，绿藻比例占绝对优势（49.7%)，其次为硅藻(20.6%)和蓝藻(14.5%)，其它种类较少。

（2)春季洪泽湖水体中绿藻、隐藻占有较大优势，夏秋季节绿藻和蓝藻是构成洪泽湖水体藻类的主要种群。这些种群结构具有明显的季节变化，依次为春季：绿藻-隐藻-硅藻，夏季：绿藻-蓝藻-硅藻，秋季：绿藻-蓝藻-隐藻。

（3)洪泽湖 11个监测点总藻细胞密度在142×104～3750×104 个/L之间，各监测点藻细胞密度变化趋势一致，夏秋季节高，春季低。

（4)洪泽湖水体绿藻不仅种类丰富，各监测点绿藻细胞密度占总藻细胞密度的比重也相相当高，为洪泽湖水体中的优势种类。

（5)洪泽湖的蓝藻门类共有15属24种，其中平裂藻属（16.7%)是洪泽湖水体蓝藻中的优势种群，所占比例最高，其次为色球藻属（12.5%)和颤藻属（12.5%)，详见图 2，其它种类较少。11个监测站点蓝藻细胞密度月变化情况见图3。

图2 洪泽湖主要蓝藻类型显微图

图3 洪泽湖11个监测站点蓝藻细胞密度月变化图

4 洪泽湖蓝藻水华暴发可能性分析

4.1 蓝藻水华暴发的一般条件

（1)营养物质。湖泊中氮、磷的含量是水华形成的最主要限制因素和必要条件。水体中氮、磷含量相对较高，水体富营养化，都会促进藻类的生长。有研究表明，湖水中的氮含量是磷含量的15至20倍时，是蓝藻大量繁殖的最佳条件。

（2)水体温度。大多数藻类最适宜的生长温度是 18～25℃，不同藻类有不同的最适宜温度。一般蓝、绿藻的适宜温度偏高，硅藻偏低。蓝、绿藻为水华常见种类，这也是夏秋季节易发生水华的原因之一。

（3)水流速度。藻类主要分布生长在水流静止或缓慢的湖泊、河口、浅岸水体。降雨和流速增加，不利于藻类生长；但降雨过后，水体营养物会增多，营养化水平提高，后期发生水华的可能性增大。

（4)风力风向。在藻类生长旺盛期，相对稳定的风向和一定的风力，会使漂浮的藻类向一定区域聚集、增厚，促使区域性水体出现水华。但一定的风力也易形成风浪，促进水体的混和流动，抑制藻类生长和水华的形成。

4.2 洪泽湖蓝藻暴发的可能性分析

根据洪泽湖水质和藻类环境监测情况，洪泽湖水体总体属于轻到中度富营养状态，氮含量是磷含量的 10.1倍，暂不具备水华大面积暴发的营养物质条件。另外，洪泽湖属于过水性湖泊，湖泊换水频率较高，交换系数为10.4。夏季时洪泽湖水量最为充沛，换水频率更高。预计到2013年南水北调东线一期工程建成通水后，洪泽湖水流速度、湖水交换系数将进一步提高，不容易出现蓝藻等藻类大量繁殖情况。

但是，监测中也发现，洪泽湖平均水温为22.0℃，5月～9月期间平均水温为24.1～30.4℃，适宜藻类的生长。在部分入湖河口的局部区域，受入湖河水营养物质影响，这些局部水域在出现不利气象条件时，诱发蓝藻可能性加大。

此外，洪泽湖总体水质较差，主要超标物质为总磷、总氮等营养物质，一旦上游集中排污，水体富营养化指数将有所增加，此时若遇到不利气象、水文条件时，也可能导致蓝藻水华集中暴发。