三峡水库支流回水段藻类暴发治理思路

(1.无锡水利局，江苏 无锡 214031；2.中国水利学会，北京 100053)

三峡水库175m高程蓄水393亿m3，经多年运行，库区干流无藻类暴发，但有些支流回水区段发生了藻类暴发[1]。

1 三峡水库支流回水区藻类暴发情况

库区支流回水区存在一定密度的蓝藻和其他藻类(以下简称藻类)种源，在合适的生境和缺乏强有力的种间竞争的情况下快速生长繁殖，藻类增殖聚集至一定密度而暴发。

1.1 支流回水区藻类暴发总体情况

库区多条支流曾发生多次藻类暴发。如2003—2009年，有香溪河、神农溪、大宁河、梅溪河、汤溪河、小江、长滩河、磨刀溪8条河流发生多起藻类暴发[1-3]。

1.2 支流回水区藻类暴发的条件

1.2.1 有基础条件藻类种源存在

a.金沙江等支流及相关的次级支流、水库的藻类种源流入干流库区，经生长繁殖、增殖后汇聚至支流回水区。

b.支流回水区及其上游的藻类种源，增殖后增加回水区藻类密度。

1.2.2 合适的生长环境

a.水体营养程度。三峡库区发生藻类暴发的支流回水区段水质一般为Ⅳ～Ⅴ类，个别劣于Ⅴ类，其中TP超标较多[3-4]，基本呈轻—中度富营养，是适宜藻类生长繁殖和暴发的生长环境。支流回水区藻类暴发后死亡又加重营养程度。

b.水温。库区支流位于高山峡谷，阻挡了冬季寒冷的北风，故支流冬季的水温高于同纬度的平原湖库，每年2月的水温就可能达到藻类复苏萌发的水温9～12℃[5]；直至8月、9月的水温均适合于藻类生长繁殖。

c.水体流速和换水频率。支流回水区段的流速、换水频率相对于干流库区均较低，比较适合藻类生长繁殖。而干流库区因为流速、换水频率较高而不易发生藻类暴发。

d.透明度。由于回水区段流速缓慢，泥沙和其他悬浮物沉降，透明度提高，水体中藻类能得到更多光照，光合作用增强，加快生长繁殖。

e.其他生境。包括干流库区及支流的蓄水量、蓄水高程、流量、风浪、来水和泄水时间早晚等水文水动力条件及相适应的风力、气压等对支流的藻类暴发均有影响。如干流库区蓄水高程越大，则支流的回水量越大，进入回水区的藻类数量越多。

1.2.3 缺乏种间竞争

支流回水河段因为水流相对一般河湖的流速较快、水较深，所以缺乏相当密度的对藻类有高强度竞争能力、抑制藻类生长繁殖的生物种群、群落等。

1.3 支流回水区藻类暴发特点

a.库区支流回水区段的藻类暴发程度总体上不是十分严重，暴发程度差异较大。三峡库区从大坝至重庆的24条支流中，有8条发生藻类暴发；支流藻类暴发程度不等,暴发支流叶绿素年均值均大于10μg/L[2]，而神农溪叶绿素a曾达到2700μg/L[3]，香溪河、神农溪在藻类暴发时的藻密度曾达到1.5亿～16.8亿个细胞/L[2-3]；支流一般不会每年都发生藻类暴发，2003—2009年支流暴发次数在1～5次不等，每次暴发的时间长短也不等。

b.靠近三峡大坝处支流易暴发且暴发程度较重。如香溪河、神农溪、大宁河等，其原因是水深、回水量大，随回水进入的藻类多。而库尾支流一般不发生藻类暴发。

c.主要发生在三峡库区北部支流，自东向西有香溪河、神农溪、大宁河、梅溪河、汤溪河、小江6条河流，库区南部仅有长滩河、磨刀溪2条河流[1-3]。原因是春夏季主吹东风、东南风，北部支流的回水水流和同方向风生流重叠，加大藻类的聚集密度。

d.藻类暴发支流长度，一般为支流与库区干流相交断面上溯数公里至数十公里。如香溪河藻类暴发河段曾达20～25km[2]。

e.藻类暴发时间主要在3—7月[3]。与支流回水区的水温相关，其他月份如2月、8月、9月也可能有小规模暴发。即大部分暴发时间在春天，少部分在夏天，藻类暴发时间段要较太湖、巢湖等近似纬度的平原湖泊早1～2个月。

f.支流藻类暴发的种类不尽相同[1-3]。藻类包括甲藻、蓝藻、硅藻、绿藻、小环藻、衣藻等。其中香溪河、神农溪、大宁河等支流主要为蓝藻暴发或个别时段为蓝藻暴发。

2 对解决支流藻类暴发的认识

2.1 控P是消除蓝藻暴发的关键因子[6]

国内外专家一般认为已发生以蓝藻为主的藻类暴发的湖库，当营养程度只有改善至TN 0.1mg/L、TP 0.01mg/L时才能消除蓝藻暴发[7]。但中国大部分大中型湖库包括三峡水库及其支流均不可能达到此标准，而且藻类暴发的湖库大部分为非固N的蓝藻和其他藻类，所以也不可能在发生蓝藻暴发后仅通过控P消除蓝藻暴发。应同时削减N、P才可能消除蓝藻暴发。

2.2 建立治理消除蓝藻藻类暴发信心和决心

有相当一部分人认为蓝藻藻类暴发无法或难以消除，认为是世界性难题。所以目前治理“三湖”(太湖、巢湖、滇池)仅满足于改善水质，在治理“三湖”方案中均没有消除蓝藻暴发的目标，致使十余年治理改善富营养化的效果非常明显，如：太湖、巢湖均已经从劣Ⅴ类改善为Ⅳ～Ⅴ类，但减轻蓝藻暴发效果不明显，如：太湖2017年的蓝藻最大暴发面积达到1403km2[8],大于2007年供水危机时的蓝藻暴发面积。消除大中型湖库蓝藻藻类暴发的任务是艰巨的、长期的，但是是有可能实现的。应认真总结国内外消除蓝藻暴发正反两面的经验教训，如：富营养化的杭州西湖、武汉东湖、玄武湖、太湖五里湖(蠡湖)等中小型湖泊以前发生过多次蓝藻藻类暴发，现已基本消除或完全消除[7]。全国的大中型湖泊大部分已富营养化，但除了“三湖”年年发生蓝藻暴发外，其他湖泊则不然。如：洞庭湖水质达到劣Ⅴ类而未发生藻类暴发；鄱阳湖曾发生几次藻类暴发，但不严重；洪泽湖曾发生几次藻类暴发，但在治理后基本无蓝藻暴发；三峡干流库区及相当一部分支流未发生藻类暴发，即使是发生过藻类暴发的支流大部分也不是年年暴发。所以应在认真总结经验教训的基础上建立治理消除蓝藻藻类暴发的信心和决心，共同努力完成这艰巨而长期的任务。

2.3 降低富营养和削减藻类数量相结合

“湖泊水库水污染，根子在岸上，治湖库先治岸。”此话对保护湖库水资源，治理水污染、富营养化而言，完全正确；但对于已发生较严重的和规模较大的蓝藻藻类暴发的“三湖”、三峡水库支流而言，则是不全面或是片面的。因为“三湖”、三峡水库支流蓝藻藻类暴发后，已延伸到湖库，不仅要治理富营养化，还需大量削减蓝藻藻类种源数量。

同理“治理蓝藻藻类暴发即是防治水污染、治理富营养化”这一传统观点不妥，因其未考虑到必须同时削减蓝藻数量的必要性。如“三湖”流域入湖N、P多，难以达到消除蓝藻暴发的TN、TP 营养程度。同样，三峡水库水质也难以达到TN 0.1mg/L、TP 0.01mg/L。

具有良好水质Ⅱ类水的富春江在2016年杭州G20峰会(9月3—5日)期间也发生过规模蓝藻暴发，说明仅依靠治理富营养化必须达到Ⅰ类水才能消除蓝藻暴发[9]。

许多经验证明，N、P不一定要达到Ⅰ类水，而达到Ⅲ～Ⅴ类水就有可能消除蓝藻藻类暴发。上述提及的中小湖或大型湖库，虽发生过数次或多次蓝藻藻类暴发，但在水质达到Ⅲ～Ⅴ类时就基本消除蓝藻暴发或不再发生暴发[7]，应认真总结此类经验教训。

中国绝大多数大中型湖库仅依靠治理富营养化不能消除蓝藻藻类暴发，但治理富营养化可在一定程度范围内减轻暴发程度。所以对已发生蓝藻藻类暴发的湖库，须将治理富营养化与削减蓝藻藻类数量密切结合，并创造不适合蓝藻藻类生长繁殖的生境和增加生物种间抑藻除藻，使藻密度持续降低至其不暴发水平，才能最终消除其暴发。

3 治理消除藻类暴发思路

藻类暴发原因包括自然地理不可控因素和可控的人为因素两类。其中前者一般不能人为控制，如温度、压力等仅可能小范围内控制；后者如N、P营养物质等生境及生物种间竞争等一般可通过人为控制在相当大范围内治理藻类暴发。须采用包括物理、理化、生物、生化等技术集成的综合措施才能消除藻类暴发。应根据实际情况，试验、确定治理、消除藻类暴发的技术集成。

3.1 制定消除藻类暴发目标及实行河(湖)长制

三峡水库支流出现藻类暴发已有10年,现在应该乘2018年掀起的长江大保护的东风，进一步保护长江，改善水环境。建立、推进河(湖)长制，制定支流消除藻类暴发和水质达到Ⅲ类(湖库标准)的目标。消除藻类暴发和全面改善水质应是河(湖)长制的主要内容，同时只有制定了此目标才能提高河(湖库)长消除藻类暴发的积极性和责任心，才能提高科研人员和管理人员研究治理藻类暴发技术及其集成的积极性，才能加强百姓监督。流域统一制定治理水环境、消除藻类暴发的“一河(湖库)一策”实施方案，确保各支流尽快消除藻类暴发。

3.2 大量减少外来种源输入

3.2.1 大量减少上游输入种源

减少金沙江等支流及其上游水库和次级支流向三峡库区输入种源，首先应禁止滇池向下游金沙江输入蓝藻藻类种源。以往滇池每年打捞数十万方的藻水，有相当部分未经无害化处置而直接输往下游[7]，虽在输送过程中，绝大部分蓝藻藻类会死亡或不能增殖，但仍会给三峡水库增加一些种源。今后，滇池打捞的藻水应自行处置，不输往下游。同时三峡库区的其他上游支流湖库也须削减藻类，尽可能减少输入三峡库区的藻类种源[10]。

3.2.2 减慢干流库区藻类生长繁殖速度

采用控源截污等综合措施减少干流库区污染负荷输入量，降低N、P等营养程度，减慢藻类生长繁殖速度。

3.2.3 阻挡藻类种源进入支流回水区

在长江干流库区与支流交汇处的一定位置设置一定形状的不透水的围隔(通航河道需留适当的航行口子)，围隔深度根据实际情况确定，一般可为水深的1/2～2/3左右。这样可大幅度减少水面和上层水体漂入或流入支流回水段的藻类[10]。

3.3 采用技术集成综合措施分片深度彻底打捞消除藻类

3.3.1 常规打捞藻类方法

目前全国主要采用“德林海”式常规打捞藻类方法，打捞清除水面上积聚的藻类，是目前有效降低水面藻密度和减轻藻类暴发程度的一个有效办法[7]。即在藻类暴发水域配置数套“德林海”式藻水打捞和分离系统，设备规模大小根据实际要求确定。如在恩施的大清江水库和“三湖”等处配置了20套“德林海”藻水打捞和分离系统。

3.3.2 深度彻底打捞消除藻类技术

根据三峡水库的具体情况，不仅要打捞水面蓝藻，而且需要深度彻底打捞消除水面和水体的蓝藻。主要技术如下：

a.气浮法打捞消除藻类。气浮法使藻类浮于水面。采用微气泡发生器，使水体中藻类通过气浮技术而浮于水面。气浮过程中若加入适量添加剂如PAC(聚合氯化铝)、PAM(聚丙烯酰铵)等，则成为混凝气浮法，可提高气浮效率。

打捞方法。即把浮于水面的藻类基本打捞干净并运走。打捞藻类主要有机械打捞、泵吸法等方法。打捞后的藻水送至藻水分离站脱水、无害化处置或资源化利用。

气浮技术的研究。现“三湖”广泛使用“德林海”固定式气浮设备进行藻水分离，可对其进行改造，减小体积、提高效率，并移至船上，成为移动式气浮设备。也可研究其他设备。

b.改性黏土除藻[5]。在藻类暴发的水面使用机械喷洒改性黏土水溶液，使藻类沉入水温较低的水底，可有效抑制藻类增殖或致其死亡。

c.高压除藻。使蓝藻短暂处于高压设备之中，有效抑制其生长繁殖或致其死亡，也可降低水温减慢其生长繁殖速度。高压除藻设备有固定式和移动式两类。其中移动式，可采用无人或少人驾驶高压除藻船群运作。

d.曝气推流抑制藻类生长繁殖。采用曝气推流设备促使水体上下流动，把水温相对较高的含藻密度较高的水面及上层水体推入水温较低的下层深水处，达到降低水温有效抑制藻类生长繁殖的效果。可采用无人驾驶曝气推流船群运作，特别是在藻类将要暴发前或暴发前期进行曝气推流，抑制藻类生长繁殖的效果最佳。

e.其他物理或理化除藻技术。包括超声波和电催化除藻等。

f.采用种间竞争技术除藻。网箱养鱼除藻，在蓝藻藻类暴发的支流回水区采用有底网箱放养高密度鲢、鳙鱼[11]或其他能够滤食藻类的鱼类、动物。通过这些生物对藻类的有力种间竞争抑制藻类生长繁殖甚至消除藻类暴发。养鱼网箱大小和网格的大小则根据实际需要和养殖的鱼类或动物的大小确定。

放养紫根水葫芦除藻。在蓝藻藻类暴发河段放养紫根水葫芦[7]，利用其发达的根系及其所特有的化感作用和附着的微生物，大量削减蓝藻藻类数量，则可消除其暴发，同时其具有净化水体、降低富营养化作用。但若冬季水温较低则需要适时打捞收获其植枝、残体，并进行无害化处置和资源化利用。

植物化感物质制剂除藻。喷洒化感物质制剂除藻，化感物质制剂在部分植物、草药中提取。

微生物除藻。微生物及其制剂抑藻除藻、治理蓝藻藻类暴发很有潜力。根据蓝藻藻类种属不同，要采用不同的微生物治理。但应进行微生物安全性监测、监定。

g.采用综合技术集成模式治理直至消除藻类暴发。根据支流的水功能区性质、目标及其重要程度、藻类暴发程度及频率等情况，采用上述若干类技术的综合集成模式打捞消除藻类，逐步减轻藻类暴发程度，直至消除藻类暴发。上述技术集成措施中的相当部分技术可一年四季实施，有效拓宽除藻时间，利于加快消除藻类暴发速度。

3.3.3 分片(水域)打捞消除藻类

把大水域分隔成若干片小水域实施打捞清除藻类，每片面积根据水面大小和采用设备的功能等具体情况确定，分片所用的隔断可用软围隔、硬围隔、伸缩围隔、移动围隔等。把大水域分成小片水域后，原来不适宜在大水域打捞消除藻类的技术就有了用武之地，比较容易消除小片水域的藻类暴发。最后把消除了藻类暴发的各片小水域连接成为一大片无藻类暴发水域，直至消除整个支流回水区段的藻类暴发。

3.4 减轻营养程度，减慢藻类生长繁殖速度

3.4.1 控源截污减少污染负荷入水

控源截污是消除富营养化和治理藻类的基本措施[7]，在长江大保护的行动中，切实减少陆域的生活、工业、规模集中养殖和污水厂的点源，以及种植业、分散畜禽养殖、水产养殖、航行和地面径流等面源的污染负荷进入水体。

其中密集的人口区和生产区的生活、工业污水应全部进入污水处理厂(设施)处理；三峡水库管理机构应会同有关部门制定提高污水处理排放标准的规定，使排放标准大幅度高于一级A，如TN达到2～3mg/L、TP达到地表水Ⅲ类；调整产业结构、关停并转重污染企业、严格执法，发展无污染或少污染产业；治理P矿企业的污染及其相关地面径流污染；减少农药化肥用量；控制减少城镇和山岭的地面径流污染。使满足干流库区和支流Ⅲ类(湖库标准)水时的水环境容量要求，以降低干流水库和支流的营养程度，有效降低藻类增殖速度。

3.4.2 采用锁磷剂降低磷浓度

在支流适宜藻类暴发的重要水域，采用机械喷洒锁磷剂水溶液，降低磷浓度至Ⅰ、Ⅱ类水，大幅度减慢藻类生长繁殖速度。

3.4.3 采用其他方法降低支流富营养程度

采用碳素纤维生态草、生态浮床及水葫芦等水面植物[7]降低富营养程度，其中生态浮床及水葫芦等植物要加强管理。

3.5 科学调度蓄水泄水

支流回水段有无藻类暴发及暴发的程度、时间与回水的时间、强度有关。三峡水库管理机构应加强水库蓄水和泄水的科学调度，降低藻密度，进一步改善河道和水库生境，使其不利于藻类生长繁殖，同时配合其他措施，治理藻类暴发。

3.6 加强科研

投入资金，建立课题，有关科研机构、大专院校应加强三峡水库蓄水泄水的科学调度，以及支流回水区段消除藻类暴发的集成技术的研究，逐渐减轻直至消除藻类暴发。

4 结 语

三峡水库是我国最大水库，是长江大保护中极重要的一部分。只要政府有关各部门、机构同心协力，制定最终消除藻类暴发的目标和建立治理消除蓝藻藻类暴发信心，实行河(湖)长制，制定一个科学合理的控源截污、除藻和蓄泄水调度的方案，认真实施，降低富营养和削减藻类数量相结合，分片深度彻底打捞消除藻类，必然能达到最佳效果、尽快消除水库支流回水段的藻类暴发，保护好水库的生态环境,为我国大中型水库消除藻类暴发树立典型。