东张水库藻类问题影响及消减建议*
2020-07-23陈辉
陈 辉
(福建省水利水电勘测设计研究院,福建 福州 350001)
1 东张水库概况
东张水库位于福建省福清市,是一座以供水为主,结合灌溉、防洪、发电的水库,东张水库是福清市水源地一级保护区,水质执行地表水Ⅱ类标准。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54.54 m,死水位40.54 m,汛限水位54.04 m,校核洪水位55.92 m(P=0.05%),总库容2.06亿m3,调节库容1.55亿m3,属于大型水库,具有多年调节性能,设计供水量为15万t/d。
水库一般在3月、4月开始蓄水,至8月接近50m,7~9月保持高水位运行,水位一般在49~50m,水深一般在25~30m;10月以后水位逐渐降低,水深在20~25m;1~4月,水位多保持在45m高程,水深在20m左右。
东张水库高干渠底板高程37.8m,设计流量20.7m3/s,低干渠底板高程31.0m,设计流量5m3/s,非常泄洪洞底板高程42m。
2 藻类的危害
近年来,随着全球变暖以及各类污水排放量增加,水华现象频繁发生,蓝藻是导致我国湖泊和水库发生水华的主要藻类之一,蓝藻水华是指引起水华的主要优势种群藻类是蓝藻。引起水华的蓝藻细胞具有气囊,有较强的浮力,易受温度、光强、风力等外界环境条件影响而上浮或下沉。许多水华蓝藻,如产毒微囊藻等,能分泌微囊藻毒素,具有致癌、致畸等毒副作用,还有些蓝藻会产生嗅味物质如GSM、2-MIB等,会严重影响水源水质。
3 东张水库藻类时空分布规律
东张水库运行中发现,取水会受藻类爆发影响,因此必须研究水库的藻类垂直分布规律,找到最佳取水位,通过水库运行调度,取水避开藻类密集区,保证供水安全。
3.1 东张水库藻类年内逐月分布规律
为了解东张水库藻类分布规律,在东张水库入库、库湾、库中、坝前布设采样断面,坝前垂直方向每5m进行取样,监测周期1年,为2016年8月至2017年7月的每个月份。藻类数量检测利用定量PCR技术,如图1所示。对水华期间(2017年4月~7月)藻类同时进行显微镜观察分析。
坝前绿藻数量在3.77×107~0.43×107个/L,蓝藻数量在38.3×107~1.14×107个/L,东张水库藻类以蓝藻为主,同时在4~7月形成优势种,蓝藻数量为38.3×107~7.27×107个/L。
如图1所示,东张水库2016年8月~2017年3月入库、库湾、库中、坝前断面蓝藻数量差别不大,4月各断面蓝藻数量急剧升高,5月各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。当蓝藻数量超过108个/L时,能明显看到藻类团聚现象,表明水库已发生轻微水华。
图1 蓝藻数量逐月分布情况
为研究东张水库内水华蓝藻的危害程度,本次同步对产毒微囊藻数量进行定量分析,结果表明,东张水库内产毒微囊藻数量占蓝藻总数的6%~58%,4~7月产毒微囊藻的占比分别为17%、58%、15%和6%,表明产毒微囊藻比例较高,存在产毒微囊藻毒素污染的威胁。
3.2 东张水库蓝藻垂直分布规律
东张水库坝前断面蓝藻数量分层情况见图2。
图2 坝前蓝藻数量垂直分布情况
8月~次年3月蓝藻分层不明显,4~7月蓝藻分层现象比较明显。4月蓝藻数量表现出表层>20m>15m>10m>5m的规律,5月蓝藻数量5m>表层>10m>20m>15m,6月蓝藻数量表层>5m>10m>20m>15m,7月蓝藻数量表层>5m>10m>15m>20m。4~7月蓝藻主要生活在0~8m水层,即水库上层是蓝藻的密集区,蓝藻数量达到108个/L以上。值得关注的是,4月20m水深处的蓝藻数量高于中上层,这一现象在2016年12月也出现过,说明可能有一部分蓝藻来自底泥。
对水华期间(2017年4月~7月)藻类进行显微镜观察分析,发现水华蓝藻以微囊藻为主。有研究表明,微囊藻之所以在春末到晚秋季节在富营养化水体漂浮聚集形成水华,是因为细胞内气囊浮力的作用,在冬季气囊坍塌失去浮力沉入水体越冬,待到第二年春天温度适宜时重新形成气囊浮上水面。也有学者认为,冬季水华消失主要是因为低温使蓝藻合成蛋白质的能力弱化,合成碳水化合物的能力增强,使碳水化合物占细胞干重的比例迅速增加使细胞下沉,待到第二年春天温度适宜(>14℃)藻细胞复苏,在微弱光照刺激下进行光合作用,藻细胞不断增多,形成群体胶质,增加了浮力,藻细胞上浮能捕获更多光能,促进细胞更快生长,最终上浮至表层,表层4~7月藻类数量密集,形成水华。甚至有学者在水库沉积物中检测到微囊藻细胞。总体而言,春季水华蓝藻主要是来自底泥,这与本文得出的结论是基本一致的。
4 藻类消减建议
东张水库的水源水可能存在微囊藻毒素的安全隐患。为减少藻类对供水影响,建议采取以下藻类消减措施。
(1)排泄法。4月份东张水库,表层和底层是藻类密集区。汛前春季即4月份利用非常泄洪洞(最大水深约8m)和低干渠(最大水深约19m)分别泄放水库表层和底层高密度的藻类,减少水库的藻类数量。
(2)分层取水法。4~7月水库藻类数量分层明显,表层藻类密度比较大,中层密度比较小,为避开表层藻类高密度水层,通过高干渠(底板高程37.8m)取水库中层(最大水深约12.2m)藻类数量相对较少的水,向福清各水厂供水。
8月至次年3月,水库上、中、下层藻类数量没有明显分层,可以利用非常泄洪洞或高干渠发电后向水厂供水。
(3)4~7月,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,破坏藻类等浮游植物繁殖的生存条件,降低水库水华爆发的可能性。
(4)过滤法。水华爆发期间,在水库取水口外设置围隔或滤网,将大部分藻类阻隔在取水口外面,有利于降低取水口附近水域藻类数量。
(5)分解法。取水经高干渠发电后向水厂供水,通过水轮机高速运转撞击,可分解大部分藻类,藻类大量死亡,减少水厂原水中藻类密度,可以减轻水厂除藻压力。
5 结论
东张水库蓝藻呈明显的季节变化,春夏季垂直分层明显,即春、夏季出现藻类表层爆发,利用这种藻类分布规律,在水库运行调度中提出水库汛前排泄藻类,同时利用这个变化规律及时调整取水口高程,减少水华藻类对水厂供水水质的影响。