湘江流域永州段水华预警监测与成因分析研究.pdf

湘江流域永州段水华预警监测与成因分析研究Study on Forewarning Monitoring and Cause Analysis of Cyanobacterial Bloom in Yongzhou Section of Xiangjiang River周昊昱1 蒋艳斌2 蒋晶1 李昕林1 刘旭红1（1.湖南省永州生态环境监测中心，湖南永州 425000；2.零陵区生态环境事务中心，湖南零陵 425100）摘 要 为切实做好湘江流域高风险时段水华防控工作，强化形势分析和预警预报，防控水华大面积暴发，保障饮用水源安全，做好水污染防治工作，结合永州市重点河湖水华发生情况，重点针对湘江流域永州段开展了水华预警监测与调查研究。监测结果显示，湘江流域永州段水质总体为优，水华相对较轻，但局部水域出现级轻度水华。经初步分析，持续高温强光照、水动力条件差和营养盐含量高是区域蓝藻水华突发的主要原因。提出相应预警防控建议，以期对水污染防治工作提供技术支撑。关键词 蓝藻水华；预警监测；成因分析；预警防控中图分类号 X832 文献标识码 B湘江流域永州段水华预警监测与成因分析研究周昊昱，等0 引言由富营养化引起的蓝藻水华是当前我国乃至全世界都面临的重大环境议题，在全球气温升高的背景下，蓝藻水华正在全球水体中快速扩张1,2。对水华的监测预警是判断水华发展趋势及制定相应对策的重要前提，在水源地饮用水安全保障中尤为突出。水华爆发是水体的物理、化学和生物过程等多种因素共同作用的结果，各要素产生的结果关系复杂3-5。因此蓝藻水华预警监测是一项庞大的工程。目前，国内有关蓝藻水华预警监测工作处于探索阶段6,7，尤其湖南省对水华的监测工作刚刚起步，各方面尚不完善。近年来，夏季高温天气背景下湘江局部水域突现蓝藻水华，对人民群众饮用水安全造成了一定影响，引发了社会关注。永州作为湘江流域上游段，为切实做好湘江流域高风险时段水华防控工作，强化形势分析和预警预报，结合我市重点河湖水华发生情况，针对重点河流开展了夏季高温水华预警监测与调查研究。监测结果显示，湘江流域永州段水质总体为优，水华相对较轻，但局部水域出现级轻度水华。经初步分析，持续高温强光照、水动力条件差和营养盐含量高是区域蓝藻水华突发的主要原因。最后，提出相应预警防控建议，以期对永州市水污染防治工作提供技术支撑。-29仪器仪表与分析监测 2024年第1期1 监测内容1.1 监测点位2022年 8月，在湘江流域永州段水华专项预警监测中共布设 6个点位：1#宋家洲内河宋家洲大桥底，2#亲水河汇入湘江处，3#宋家洲明渠汇入湘江处，4#横冲小溪入湘江处，5#绿埠头，6#横冲小溪入湘江处上游 200米。点位布设情况详见图1。1.2 监测项目水质项目(包含现场监测)：水温、pH、溶解氧、流速、化学需氧量、高锰酸盐指数、氨氮、总磷、总氮、叶绿素a和透明度。生物项目：微囊藻毒素、藻密度、优势种。1.3 评价标准与方法1.3.1 评价标准参照 水华遥感与地面监测评价技术规范（试行）（HJ 10982020）标准，水华程度用于反映水华发生的强弱或轻重态势。水华程度评价指标为藻密度及水华面积比例。1.3.2 评价方法 水华程度评价采用定量分级评价方法。根据藻类优势种确定水华类型，依据藻密度和水华面积比例分别评价水华程度，并将水华程度分为五级，由轻到重顺序为、级。当这两项评价结果同时存在时，采用比较法综合评价水华程度。根据藻密度的高低评价水华程度，其分级标准及相应的特征描述详见表1。2 监测结果与成因分析2.1 水华状况在湘江流域永州段布设的 6 个监测点位中，化学需氧量、高锰酸盐指数、氨氮、总磷、总氮分别有4个、2个、1个、2个、6个点位的测量值超过地表水环境质量标准中III类标准。监测结果详见表2、表3。监测结果显示，湘江流域永州段水质总体为优，水华相对较轻，但局部水域出现级轻度水华。在湘江流域永州段布设的 6 个监测点位中，表1 基于藻密度评价的水华程度分级标准藻密度D/（个/L）水华程度级别水华特征D2.0106级无水华2.0106D1.0107级无明显水华1.0107D5.0107级轻度水华5.0107D1.0108级中度水华D1.0108级重度水华图1 湘江流域永州段水华专项监测点位布设示意图-30藻密度范围为 1.051051.64107个/L，平均藻密度为 5.83106个/L，优势种主要为微囊藻、鱼腥藻、隐藻，微囊藻毒素均未检出，主要以级无明显水华为主。其中，1 个点位（宋家洲内河宋家洲大桥底）为级轻度水华，占比 16.7%；4 个点位为级，无明显水华，占比 66.6%；仅上游绿埠头 1 个点位为级，无水华，占比16.7%，详见图2。图2 湘江流域永州段水华程度分级情况2.2 成因分析气象、水文和营养盐三大条件是影响湘江蓝藻水华的重要因素。2.2.1 气象因素日最高气温：根据图 3 所示永州市气象局提供的 2022 年 68 月逐日温度资料，湘江流域日最高气温30的天数分别为 30 天、28 天和 29天；日最高气温35的天数分别为 20天、11天和 19 天；平均日最高气温分别达到了 35.3、33.9和 35.0。与 2021 年 68 月相比，2022 年68月湘江流域日最高气温30和35的天数分别多20天和17天，平均日最高气温高出8.3。日平均温度：2022年 8月的日平均温度达到了28.9，较2021年同期高出5.8，见图3。日照时数：2022年78月日照时数较往年呈明显上升趋势。8 月的日照时数为历史同期最高表2 湘江流域永州段水华专项预警监测结果序号123456789101112131415项目水温/pH 溶解氧/（mg/L）化学需氧量/（mg/L）高锰酸盐指数/（mg/L）氨氮/（mg/L）总磷/（mg/L）总氮/（mg/L）叶绿素a/(g/L)透明度/m优势种优势种密度/（104个/L）总藻密度/（104 个/L）水华程度级别水华特征1#32.08.687.85325.70.0460.141.96620.4微囊藻9391635级轻度水华2#30.67.576.6491.90.0430.041.412L0.8鱼腥藻159210级无明显水华3#31.07.987.76294.70.0400.171.32280.55鱼腥藻243384级无明显水华4#30.78.096.12396.10.9430.502.92640.35鱼腥藻324639级无明显水华5#31.98.068.9081.30.025L0.031.282L2隐藻3.210.5级无水华6#30.57.565.89426.64.3270.445.21420.7鱼腥藻420618级无明显水华类标准值-6952061.00.21.0备注：110项执行地表水环境质量标准GB 38382002中III类标准，1113项执行水华遥感与地面监测评价技术规范（试行）（HJ 10982020）标准。表3 湘江流域永州段藻密度和优势种监测结果统计评价优势种微囊藻、鱼腥藻、隐藻藻密度范围D/（个/L）1.051051.64107平均藻密度/（个/L）5.83106点位数量/个/总监测点位6级1级4级1湘江流域永州段水华预警监测与成因分析研究周昊昱，等-31仪器仪表与分析监测 2024年第1期值，达到了 248 小时的高点，见图 4，较 2021 年同期高出192小时。持续的高温强光照天气，导致湘江水温较历史同期偏高，有利于蓝藻迅速生长繁殖，是造成本次湘江蓝藻水华突发的最主要因素。图3 湘江流域永州段20192022年各月温度变化图4 湘江流域永州段20192022年各月日照时数变化2.2.2 水文因素湘江干流水电枢纽、大坝较多，人为将湘江分成了若干段，河流动力明显下降。本次专项监测的宋家洲大坝即位于湘江干流永州段。降水量：2022年68月，湘江流域降雨量分别为 123.6 mm、78.6mm、28.3 mm，呈现递减趋势；且8月降水量显著少于67月，较2021年同期也明显减少，见图5。水流速度对浮游植物的组成也会有明显的影响，当水体流速4 cm/s时，更适宜蓝藻生长。受洞庭湖高水位顶托、水利工程阻隔及降雨量减少的影响，湘江水流速度减缓，湘江永州段 8月的流速仅为 4.03 公里/天（即 4.66 cm/s），水动力不足有利于藻类的生长富集，促使水华进一步发生。2.2.3 营养盐因素氮、磷两大营养元素是微囊藻生长的关键因子。参考长江流域两个典型湖泊的研究，在50%75%保证率下，太湖和巢湖蓝藻水华暴发的总磷控制阈值分别为 0.050.06 mg/L 和 0.060.08 mg/L，总氮控制阈值分别为 1.31.5 mg/L 和0.91.2 mg/L；另有研究表明，夏、秋季蓝藻水华发生时，氮是主要限制因子。2021年 9月，湘江流域永州段水华专项监测各点位总磷浓度值在 0.030.44 mg/L 之间，总氮浓度在 1.285.21 mg/L 之间，高于地表水类标准限值（1.0 mg/L），高于蓝藻大量滋生所需的浓度阈值。氮磷等营养盐作为基础条件，当进一步满足气象、水文条件时，更易导致湘江蓝藻水华的发生。除以上分析的三种主要因素外，监测预警能图5 湘江流域20192022年各月降水量变化-32力不足、联防联控机制尚未形成也是水华突发的原因。2.3 小结本次水华预警专项监测结果显示，湘江流域永州段水质总体为优，水华相对较轻，主要以级无明显水华为主，但局部水域出现级轻度水华，优势种主要为微囊藻、鱼腥藻、隐藻。经初步分析，持续高温强光照、水动力条件差和营养盐含量高是本次蓝藻水华突发的主要原因。3 对策建议1）强化统筹协调，建立健全联防联控机制。将湘江蓝藻水华防范与河长制工作相结合，加强统筹调度，压紧压实环保、水利、住建等有关部门责任，强化流域上、下游地市信息共享，加快建立健全联防联控联动长效工作机制，科学高效做好防控和应急处置工作，切实保障群众饮用水安全。2）加强调蓄调度，保障生态流量流速。进一步优化湘江水资源调度，在枯水期或持续高温强光照等极端天气条件下，提前谋划，加大湘江上游双牌水库等水利工程的下泄流量，强化应急生态补水应对措施，保障河道生态流量和流速。3）强化流域治理，管控外源污染输入。突出抓好枯水期生态环境管理，适时加密监测监控集中式饮用水水源地、城镇污水处理厂和重点工业污染源，同时做好对重点水域水质监测和评估工作；突出农业面源污染防治，加快推进流域生态保护修复，系统谋划流域总氮总磷污染削减攻坚战，加强入河排污口精细化管理，加快补齐城镇污水收集处理短板，统筹推进农村生活污水治理。4）细化应急管理，提升应急处置能力。建立健全蓝藻水华防控应急体系，编制完善并严格落实蓝藻水华防控应急预案，组建蓝藻防控应急救援队伍和应急专家组；做好应急物资储备工作，确保关键时刻吸藻泵、人工打捞船等蓝藻打捞设备和聚合氯化铝铁等药剂物质及时到位。科学选择增殖放流物种，加大食藻性鱼类比率。5）加大资金投入，提升监测预警能力。根据永州市水生生物监测实际需求，加强永州监测中心的生物监测能力建设，完善水生态环境监测管理体系，推动形成永州市水生生物监测技术力量，逐步提升对重点流域水生态环境质量变化趋势分析预测和风险预警能力，构建蓝藻水华预测预警机制。参考文献：1PAERL H W，HUISMAN I.Blooms like it hot J.Science，2008(320)：57-58.2PAERL H W,HUISMAN J.Climate change:a catalyst for global expansion of harmful cyanobacterial bloomsJ.Environmental Microbiology Reports，2009(1)：27-37.3王亚超，徐恒省，王国祥，等.氮、磷等环境因子对太湖微囊藻与水华鱼腥藻生长的影响J.环境监控与预警，2013，5（1）：7-10.4孙毓国.谈水质应急监测预警系统建设思路J.环境与发展，2013，25（9）：144-146.5徐恒省，翁建中，李继影，等.太湖蓝藻水华预警监测 与 风 速 风 向 的 关 系 研 究 J.环 境 监 控 与 预 警，2009，1（2）：5-7.6张民，史小丽，阳振，等.2012-2018年巢湖水质变化趋势分析和蓝藻防控建议J.湖泊科学，2020，32（1）：11-20.7林秋红.水华前期环境因子演变规律研究J.环境与发展，2019(2)：110-111.一种垃圾焚烧发电厂消防给水联锁保护系统的设计白阳振，等-33