宜昌市黃柏河水華成因及防治

周紅英，向 坤，闞紅濤,柳先進(jìn)

(1.宜昌市水文水資源勘測局，湖北 宜昌 443003;2.恩施州水利技術(shù)推廣站，湖北 恩施 445000)

宜昌市黃柏河水華成因及防治

周紅英1，向 坤1，闞紅濤1,柳先進(jìn)2

(1.宜昌市水文水資源勘測局，湖北 宜昌 443003;2.恩施州水利技術(shù)推廣站，湖北 恩施 445000)

對(duì)2013年5月20日于黃柏河流域天福廟水庫和玄廟觀水庫發(fā)生的水華現(xiàn)象進(jìn)行了調(diào)查.結(jié)果表明，此次水華為隱藻水華，無毒，發(fā)生水庫呈富營養(yǎng)化.并從營養(yǎng)因子、環(huán)境因子、水文因子三方面分析了此次水華的成因，從控制污染物入河量、水動(dòng)力控制、水生態(tài)修復(fù)、加強(qiáng)規(guī)劃與管理等方面探討了水華與水污染防治措施.

黃柏河；水華；富營養(yǎng)；防治措施

在一自然水體中，水生浮游植物的種類組成和數(shù)量變化受生物因子和環(huán)境因子的影響[1].在富營養(yǎng)的水體中一旦條件成熟，藻類就能在短期內(nèi)大量繁殖，生物量劇增，引發(fā)水華.大面積的水華具有很大的危害性.研究水華的成因，探討特定水體的水華及水污染防治措施，具有重要意義.

黃柏河流域位于湖北省宜昌市中部，有東西兩大支流，長度分別為130 km和78 km，兩支流在兩河口匯入干流，于葛洲壩水庫大壩上游注入長江，流域總面積1 931.5 km2，占宜昌總面積的9.2%.東支從上至下有四座大中型水庫，玄廟觀水庫距河口110 km，壩址以上集水面積380 km2，總庫容4 054萬m3； 天福廟水庫距河口80 km，壩址以上集水面積553.6 km2，總庫容6 180萬m3；西北口水庫距河口54 km，壩址以上集水面積862 km2，總庫容2.1億m3；尚家河水庫距河口45 km，壩址以上集水面積937 km2，總庫容1 692萬m3.黃柏河?xùn)|支四個(gè)水庫為宜昌市城區(qū)200萬人的供水水源，通過東風(fēng)渠引入官莊水庫，經(jīng)四水廠處理后向市區(qū)供水.近10年以來，宜昌的社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展較快，年均GDP增幅在10%以上，隨著國民經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展和城市化進(jìn)程的逐步加快，生活污水和工業(yè)廢水排放量增大，面源污染控制在短期內(nèi)難以奏效，致使被譽(yù)為“夷陵明珠”的黃柏河水體水質(zhì)逐漸惡化，2013年5月20日、21日天福廟水庫和玄廟觀水庫首次發(fā)生水華，水體呈紅褐色—褐色,并有一層水膜，有藻腥味.

1 水質(zhì)監(jiān)測及評(píng)價(jià)

1.1 采樣時(shí)間及斷面

湖北省水環(huán)境監(jiān)測中心宜昌分中心對(duì)水華進(jìn)行了連續(xù)監(jiān)測及調(diào)查.2013年5月20日至26日每天上午采樣一次，連續(xù)監(jiān)測7天.監(jiān)測斷面共9處，本文中選擇玄廟觀庫尾、庫中、天福廟庫首、西北口水庫庫首、官莊水庫庫首5處進(jìn)行評(píng)價(jià).

1.2 監(jiān)測項(xiàng)目及分析方法

監(jiān)測項(xiàng)目為水溫(GB/T 13195-1991)、pH(GB/T 6920-1986)、溶解氧(GB/T 7489-1987)、透明度(SL87-1994)、高錳酸鹽指數(shù)GB/T11892-1989)、總磷(GB/T11893-1989)、總氮(GB/T11894-1989)、葉綠素(SL88-2012)、藻密度共9項(xiàng)，前面8個(gè)項(xiàng)目依據(jù)相應(yīng)國家標(biāo)準(zhǔn)或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)方法監(jiān)測，藻密度參照《中國淡水藻類》[7]中方法監(jiān)測.水溫、透明度、pH、溶解氧現(xiàn)場檢測，高錳酸鹽指數(shù)、總氮、總磷、葉綠素a等指標(biāo)將樣品帶回實(shí)驗(yàn)室后立即測定.藻密度現(xiàn)場采樣后加入魯哥氏液固定，帶回實(shí)驗(yàn)室經(jīng)沉淀、濃縮、定容后鏡檢分類計(jì)數(shù).

1.3 評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

依據(jù)《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB3838-2002)對(duì)各采樣點(diǎn)水質(zhì)進(jìn)行評(píng)價(jià).依據(jù)《地表水資源質(zhì)量評(píng)價(jià)技術(shù)規(guī)程》(SL325-2007)中湖庫富營養(yǎng)化評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)水庫營養(yǎng)狀況進(jìn)行評(píng)價(jià).

1.4 監(jiān)測結(jié)果評(píng)價(jià)

從2013年5月20日監(jiān)測結(jié)果看,5個(gè)采樣點(diǎn)溶解氧、pH、高錳酸鹽指數(shù)均在地表水Ⅲ類范圍內(nèi)，玄廟觀水庫和天福廟水庫總磷均超標(biāo)，玄廟觀庫尾為超Ⅴ類，玄廟觀庫中和天福廟庫首為Ⅴ類，5個(gè)采樣點(diǎn)總氮均超標(biāo)，為Ⅳ～Ⅴ類，5個(gè)采樣點(diǎn)所檢測的幾個(gè)項(xiàng)目水質(zhì)綜合類別均達(dá)到Ⅳ類以上.玄廟觀水庫營養(yǎng)評(píng)分為63～67分，達(dá)到了富營養(yǎng)化，天福廟水庫營養(yǎng)評(píng)分為54分，趨于富營養(yǎng)，西北口水庫和官莊水庫營養(yǎng)評(píng)分分別為42分、40分，均為中營養(yǎng).從藻細(xì)胞密度監(jiān)測結(jié)果看，玄廟觀庫尾最大，為35 000萬個(gè)/L，玄廟觀庫中為18 000萬個(gè)/L，天福廟庫首為1 800萬個(gè)/L，達(dá)到水華臨近或發(fā)生狀態(tài)，西北口為400萬個(gè)/L，初具水華條件，官莊水庫藻密度較小，為5萬個(gè)/L，尚不具發(fā)生水華條件.所有監(jiān)測點(diǎn)優(yōu)勢藻類均為隱藻，其次是針桿藻，其它藻類數(shù)量較少.2013年5月20日水質(zhì)監(jiān)測成果表見表1.5月21～24日水質(zhì)變化緩慢，25日后好轉(zhuǎn)，水華現(xiàn)象逐漸消退.

表1 黃柏河水質(zhì)監(jiān)測成果表

從上述監(jiān)測結(jié)果可知，本次水華為隱藻水華，隱藻水華是肥水養(yǎng)魚經(jīng)常發(fā)生的一種水華，沒有毒性，但因總氮、總磷等污染物濃度超標(biāo)，對(duì)水源地水質(zhì)會(huì)造成較大影響.

2 污染調(diào)查

宜昌市水文局高度重視此次水華事件，與市水利水電局一起組織了兩次調(diào)查，2013年5月27～28日組織人員對(duì)玄廟觀、天福廟、西北口水庫庫區(qū)支流進(jìn)行了調(diào)查及采樣監(jiān)測，6月6～9日，又組織專班分8個(gè)小組對(duì)黃柏河?xùn)|支西北口水庫以上14條支流采取徒步走訪、沿河查勘、重點(diǎn)座談等方式，對(duì)流域內(nèi)工礦企業(yè)、集中生活污水、規(guī)?；B(yǎng)殖、面源污染等情況進(jìn)行調(diào)查，并對(duì)河源、河中、河口和排污口水體取樣分析，共采集水樣106個(gè)，對(duì)水溫、氨氮、總氮、總磷、高錳酸鹽指數(shù)、鐵、錳、硫化物等項(xiàng)目進(jìn)行了檢測.

工業(yè)污染情況：調(diào)查范圍內(nèi)擁有各類工礦企業(yè)53家，其中磷礦開采類企業(yè)47家，磷礦選礦企業(yè)4家,生產(chǎn)廢水未經(jīng)處理或處理未達(dá)標(biāo)而直接排入河道, 礦渣淋溶水對(duì)水質(zhì)影響也較大.通過對(duì)其中25個(gè)排污口污水取樣分析，監(jiān)測結(jié)果表明，所有排污口水樣均不達(dá)標(biāo)，主要超標(biāo)項(xiàng)目為懸浮物、總磷.

生活垃圾及污水處理情況：被調(diào)查區(qū)域內(nèi)擁有居民25 870人，企業(yè)工人及管理人員近5 000人，生活污水未經(jīng)處理直接排入河溝.尤其以樟村坪鎮(zhèn)栗林河段以及荷花鎮(zhèn)黑溝段為甚.樟村坪集鎮(zhèn)2 189多人生活，未建污水處理站，垃圾填埋場無處理措施，生活污水直接排入栗林河.

規(guī)?；B(yǎng)殖情況：調(diào)查區(qū)域內(nèi)共有規(guī)?；B(yǎng)豬場8家，年出欄生豬4 000頭；規(guī)模化養(yǎng)雞場5家，年出欄雞60 000只.少部分養(yǎng)豬場修建了沼氣池，豬糞、豬尿收集入池，用作農(nóng)家肥；養(yǎng)雞場的雞糞經(jīng)混合粉干后用作肥料.根據(jù)第一次全國污染源普查經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算，流域內(nèi)規(guī)?；B(yǎng)殖造成總氮排放量為22.54 t/年，總磷排放量為2.15 t/年.

面源污染情況：調(diào)查區(qū)域內(nèi)共有0.375萬公頃耕地，主要種植水稻、玉米、小麥、馬鈴薯、蔬菜及經(jīng)濟(jì)作物核桃、茶葉.常用的化肥為尿素、碳銨和復(fù)合肥，使用化肥約3 400 t/年.使用農(nóng)藥量約12 t/年.

根據(jù)14條支流水質(zhì)監(jiān)測結(jié)果，按P=90%流量計(jì)算，西北口水庫以上河流總磷年輸入量為24.68 t，其中栗林河、西汊河、鹽池河、董家河、曬旗河、神龍河、管家河(黃柏河源頭)等7條支流占14條支流總磷年輸入量占79%；總氮年輸入量為404 t，其中栗林河、神龍河、淹傘溪、干溝河、玉林溪和黑溝等6條支流占14條支流總氮年輸入量的58%.根據(jù)《湖北省水功能區(qū)劃》黃柏河?xùn)|支為保護(hù)區(qū)，水質(zhì)管理目標(biāo)為Ⅱ類，對(duì)14條支流按照Ⅱ類水質(zhì)要求分析計(jì)算，玄廟觀庫區(qū)6條支流污染物年入庫量總磷為17.425 5 t，超過納污能力15.780 2 t；總氮為184.994 1 t，超過納污能力152.089 2 t.天福廟水庫4條支流污染物年入庫量總磷為2.589 5 t，超過納污能力1.715 3 t；總氮為98.924 8 t，超過納污能力79.109 1 t.西北口水庫4條支流污染物年入庫量總磷為4.670 6 t，超過納污能力3.490 3 t；總氮為120.733 1 t，超過納污能力97.127 4 t.

3 水華成因分析

水華的暴發(fā)是一種復(fù)雜的生態(tài)異常現(xiàn)象，水華涉及物理、化學(xué)、生物因素.發(fā)生的原因也比較復(fù)雜,關(guān)于水華發(fā)生的機(jī)理至今尚無定論，學(xué)者們普遍認(rèn)為，富營養(yǎng)化是水體發(fā)生水華的基本原因，主要與營養(yǎng)因子、環(huán)境因子、水文因子密切相關(guān)[2].

3.1 營養(yǎng)因子

水體中營養(yǎng)因子主要是氮和磷，實(shí)驗(yàn)證明若只提供充足的氮或者磷，浮游植物均不能很好生長繁殖，浮游植物的生長需要合適的氮磷比例[3]，且氮、磷濃度通常都比較高, 總氮一般都超過1.0 mg/L,總磷一般都超過0.1 mg/L,根據(jù)藻體內(nèi)的氮磷的原子個(gè)數(shù)比為16∶1,折合成質(zhì)量比約為7∶1, 推論水中氮磷濃度比為7∶1時(shí)最有利于藻類的吸收利用,即理論上這是水體中藻類生長的最佳氮磷比值,對(duì)水華藻類而言可能具有獨(dú)特的生物學(xué)效應(yīng),最容易引起水華.Lagus et al[4]報(bào)道浮游植物對(duì)營養(yǎng)鹽添加和氮磷比的響應(yīng)因種類而異.此次玄廟觀水庫、天福廟水庫、西北口水庫、官莊水庫總氮濃度值均較大，超過了1.0 mg/L,但西北口水庫和官莊水庫總磷均為0.01 mg/L，濃度很低，N/P大于100，故未引發(fā)水華，而玄廟觀水庫、天福廟水庫總磷濃度均超過Ⅳ類標(biāo)準(zhǔn)，N/P分別為3.2∶1、6∶1、7.7∶1，氮磷濃度達(dá)到了較合適的比例，致使隱藻快速生長引發(fā)水華.調(diào)查和監(jiān)測資料證明，黃柏河?xùn)|支流域集鎮(zhèn)生活污水直排，農(nóng)村化肥、農(nóng)藥流失及養(yǎng)殖等面源污染較為嚴(yán)重，致使總氮維持在1.5～4.0 mg/L的較高濃度，而該流域是全國五大磷礦基地之一，磷礦開采業(yè)磷的排放濃度雖較小，但礦坑廢水及下雨礦渣淋溶水總磷濃度可以達(dá)到0.6 mg/L左右,而選礦及磷肥生產(chǎn)企業(yè)磷的排放濃度則較大，可達(dá)10 mg/L,污染較嚴(yán)重，黃柏河?xùn)|支4家磷礦選礦企業(yè)主要在黃柏河源頭玄廟觀庫區(qū)范圍內(nèi)，因此當(dāng)其它條件具備時(shí)，含磷廢水排放使水庫中磷達(dá)到一定濃度必然導(dǎo)致發(fā)生水華.

3.2 環(huán)境因子

從國內(nèi)一些水庫富營養(yǎng)化調(diào)查資料來看，水庫發(fā)生富營養(yǎng)化與氣候變化關(guān)系很大，氣候條件能促成藻類水華的發(fā)生[5].藻類為中溫性微生物.在環(huán)境因子中，水溫、氣溫和光照是藻類進(jìn)行光合作用的必要條件.已有研究表明，氣候偏暖致使水溫升高，充足的光照、溫暖的水環(huán)境是引起水華發(fā)生的必要條件.有實(shí)驗(yàn)研究[6-8]發(fā)現(xiàn)，當(dāng)光強(qiáng)從1 000 lx增加到4 000 lx時(shí)，藻類數(shù)量增加較快，光強(qiáng)太弱(500 lx以下)或太強(qiáng)(10000 lx以上)都不適于藻類的生長.根據(jù)宜昌市水文及氣象資料,2013年5月19～24日為晴天或多云天氣,白天光強(qiáng)大于1 000 lx，比較適宜于藻類快速生長.而5月14～15日突降大雨，之后3天小雨不斷，水土流失、地表徑流等攜帶大量面源污染物進(jìn)入水體，為藻類生長提供充足的營養(yǎng)物質(zhì).一般認(rèn)為25～30℃是水華藻類的最適宜生長溫度.5月19日～24日，氣溫由24℃徒然上升到31～35℃，水溫為25～27℃，達(dá)到了水華藻類生長的最佳溫度范圍.

3.3 水文因子

水體流速緩慢，流量小，不利于水體中有機(jī)物、氮、磷等營養(yǎng)物質(zhì)的稀釋，有利于藻類生長.黃柏河?xùn)|支2013年1月～5月13日降水日數(shù)只有35天，均為小雨,降水量不到200 mm,上游來水量很小,玄廟觀電站發(fā)電日數(shù)少,水庫大多數(shù)時(shí)間處于蓄水狀態(tài)，受上游水流擾動(dòng)少, 水的流速緩慢，庫區(qū)內(nèi)水力滯留時(shí)間長，基本處于平穩(wěn)狀態(tài)，給藻類生長提供了有利條件.

4 防治措施探討

黃柏河是宜昌市人民的母親河，其保護(hù)管理關(guān)系全市經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展、社會(huì)穩(wěn)定和人民群眾身體健康，加強(qiáng)黃柏河流域水資源保護(hù)和水污染防治十分必要，針對(duì)黃柏河此次水華及水污染狀況提出以下防治措施供探討.

4.1 嚴(yán)格控制污染物入河量

1)控制點(diǎn)源污染排放量.流域內(nèi)工礦企業(yè)增加污水處理設(shè)施，提高污水處理能力，嚴(yán)格做到污染物達(dá)標(biāo)排放；流域內(nèi)廠房占用河道、礦渣堵塞河道的現(xiàn)象比較多，不僅改變了河道徑流，降低了水體自凈能力，而且嚴(yán)重阻礙了河道行洪，存在極大的安全隱患，應(yīng)即時(shí)疏通.

2)削減農(nóng)業(yè)面源污染，為保護(hù)流域生態(tài)和水源涵養(yǎng)提供保證.

4.2 加強(qiáng)規(guī)劃及管理

1)進(jìn)一步落實(shí)水源地保護(hù)管理責(zé)任制，建立水源保護(hù)地聯(lián)動(dòng)工作機(jī)制.

2) 對(duì)流域進(jìn)行綜合規(guī)劃，統(tǒng)籌水環(huán)境、水生態(tài)、礦產(chǎn)開發(fā)與地方發(fā)展的關(guān)系，對(duì)礦產(chǎn)資源開發(fā)、地方經(jīng)濟(jì)以及產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整提出明確要求，從源頭上控制污染總量，減少環(huán)境污染和生態(tài)破壞發(fā)生機(jī)會(huì)，確保飲用水源地保護(hù)落到實(shí)處.

3)加強(qiáng)流域的環(huán)保政策與法規(guī)的制定、實(shí)施和監(jiān)管力度，提高民眾的環(huán)保意識(shí).

4.3 水動(dòng)力學(xué)控制

1) 當(dāng)水文、氣象、水質(zhì)預(yù)報(bào)條件符合水華發(fā)生的條件時(shí)，通過水利調(diào)度改變水體流速流量，限制藻類的生長，從而防止水華的發(fā)生.

2) 研究表明，水庫的面積、容積、水深、岸線系數(shù)、入庫徑流補(bǔ)給系數(shù)、換水周期和水位變幅、出庫徑流、流速等與富營養(yǎng)化關(guān)系密切.因此有必要進(jìn)一步加強(qiáng)水文、氣象等過程對(duì)藻類及其他生物時(shí)空格局影響的研究，針對(duì)該流域梯級(jí)水庫在不同時(shí)段的水文、水生態(tài)特點(diǎn)，結(jié)合防洪、發(fā)電、水庫水環(huán)境保護(hù)，合理進(jìn)行基于生態(tài)系統(tǒng)管理的水庫生態(tài)調(diào)度.

4.4 生態(tài)修復(fù)

1) 在外源污染得到有效控制的前下，利用生態(tài)浮床技術(shù)，采用浮床陸生植物作為先鋒種植載于水面，利用它們對(duì)氮、磷營養(yǎng)物質(zhì)的大量吸收，最終通過收割植物徹底去除水中過量的營養(yǎng)物質(zhì)，使水體透明度增加，為水生高等植物的生長、繁殖提供條件，最終使水體系統(tǒng)得到全面修復(fù).

2) 加強(qiáng)內(nèi)源污染治理及防護(hù)堤工程建設(shè).削減內(nèi)源污染量，疏通河道，清除污染底泥，禁止居民在岸邊隨意丟棄垃圾、排放廢水、提升河岸帶景觀.

3)從生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能進(jìn)行調(diào)整，從營養(yǎng)環(huán)節(jié)來控制富營養(yǎng)化，使?fàn)I養(yǎng)物質(zhì)改變?yōu)槿祟愋枰慕K產(chǎn)品而不是“水華”.放養(yǎng)濾食性魚類直接吞食藻類植物，是一條有效的生物防治途徑.

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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.

周紅英(1971-)，女(土家族)，正高級(jí)工程師，主要從事水環(huán)境監(jiān)測與水資源評(píng)價(jià)研究.

X52

A

1008-8423(2013)03-0357-04