2018年汉江中下游水华成因分析与治理对策

第４９卷第１７期

２０１８年９月

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人㊀民㊀长㊀江

Ｙａｎｇｔｚｅ㊀Ｒｉｖｅｒ

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Ｖｏｌ.４９ꎬＮｏ.１７Ｓｅｐ.ꎬ２０１８

收稿日期:２０１８－０４－０２

基金项目:湖北省自然科学基金项目(２０１７ＣＦＢ３１２)ꎻ中央高校基本科研业务费项目(２０１７Ｂ２０５１４)

作者简介:王㊀俊ꎬ男ꎬ教授级高级工程师ꎬ局长ꎬ主要从事长江流域水文水资源等方面的应用研究及技术管理工作ꎮＥ－ｍａｉｌ:ｗａｎｇｊ＠ｃｊｈ.ｃｏｍ.ｃｎ

通讯作者:钱㊀宝ꎬ男ꎬ高级工程师ꎬ博士ꎬ主要从事环境水文与生态水利方面的研究ꎮＥ－ｍａｉｌ:ｊａｃｂｅｒ＠１６３.ｃｏｍ

㊀㊀文章编号:１００１－４１７９(２０１８)１７－０００７－０５

２０１８年汉江中下游水华成因分析与治理对策

王㊀俊ꎬ汪金成ꎬ徐剑秋ꎬ钱㊀宝

(长江水利委员会水文局ꎬ湖北武汉ꎬ４３００１０)

摘要:２０１８年２月汉江中下游再次暴发硅藻水华ꎬ从２月８日至３月中下旬ꎬ历时３０余天ꎬ是有资料记载以来最长的一次ꎮ自水华暴发后ꎬ长江水利委员会及时启动应急预案ꎬ利用汉江中下游梯级水库群进行了水量调度ꎬ以控制水华的进一步发展ꎬ同时在汉江中下游河段设置了６个监测断面进行逐日监测ꎮ调查结果显示:此次硅藻水华优势种为汉氏冠盘藻(Ｓｔｅｐｈａｎｏｄｉｓｃｕｓｈａｎｔｚｓｃｈｉｉ)ꎬ暴发期其藻密度最高达到了３２００万ｃｅｌｌ/Ｌꎬ水华影响范围从原先的武汉至仙桃段延伸至了兴隆库区ꎮ根据调查结果ꎬ分析了水华发生的几点原因ꎬ包括硅藻优势种种源问题㊁污染源控制问题以及特殊的水文气象情势等ꎬ并提出了严控污染输入㊁优化水量调度方案㊁完善管理机制等几点治理对策ꎮ但要永久解决汉江水华问题ꎬ还需地方各级政府在当前河长制要求下积极作为ꎬ全面保护汉江水生态环境ꎬ彻底解决流域面源污染问题ꎮ关㊀键㊀词:硅藻水华ꎻ水量调度ꎻ藻类监测ꎻ河长制ꎻ汉江流域中图法分类号:ＴＶ６９８㊀㊀㊀文献标志码:Ａ

ＤＯＩ:１０.１６２３２/ｊ.ｃｎｋｉ.１００１－４１７９.２０１８.１７.００２

㊀㊀在当前全面推行河长制的大背景下ꎬ地方各级政府对辖区水环境问题非常重视ꎬ特别是在行政交界地区ꎬ水系河湖的环境问题更是各方关注的焦点ꎮ汉江作为长江的最大支流ꎬ其上游末端的丹江口水库是南水北调中线工程的水源地ꎬ担负着缓解我国北方用水压力的重任ꎻ中下游干流流经了１４个县市区ꎬ也是湖北㊁河南两省重要的工农业取水和居民用水水源地ꎮ然而由于近年来汉江中下游水体富营养化加剧ꎬ水华现象频发[１]ꎮ自１９９２年春季水华首次大规模暴发以来ꎬ几乎隔年就会爆发ꎬ对沿江水体生态环境造成较大影响ꎬ特别是在２０１０年以后ꎬ水华暴发频率更高ꎬ且规模呈逐步扩大趋势ꎬ严重威胁了区域生态安全ꎬ给全面实施河长制工作带来了新的挑战[２]ꎮ

作为河流水华的典型代表ꎬ汉江水华本质为硅藻

水华ꎬ不同于出现在湖泊㊁水库等静水生态系统中的蓝㊁绿藻水华ꎬ大多数硅藻对低温耐受性强ꎬ且喜好生活在有一定流速的水体ꎬ除了对氮㊁磷等营养盐有一定

需求外ꎬ还需利用环境中的硅酸盐来合成细胞壁ꎬ因此硅含量也是影响硅藻生长的一个关键因子ꎬ这些均为汉江水华在特定季节(春季)特定水文条件(枯水期)下的发生提供了前提条件ꎮ对于硅藻水华的成因及生物学原理ꎬ国内外已有相关研究成果ꎬ一般来说ꎬ藻类水华是多种环境因子综合作用的结果ꎬ其成因普遍认为是较高的营养盐加适宜的气象和水文条件所致ꎮ但对于硅藻水华ꎬ由于其种类繁多ꎬ生境较广ꎬ不同生态系统中水华形成的原因也可能存在差异ꎬ如大多认为河流型水华的发生归因于低流速㊁高营养盐和适中温度[３]ꎮ但也有学者指出ꎬ大型水利工程尤其是拦河大坝的建设对河流浮游生物结构会产生十分显著的影响[４－５]ꎮ其中ꎬ谢平等甚至指出ꎬ氮㊁磷等水质因子和水温等气候因子不是制约汉江水华发生的关键因子ꎬ

水利工程影响下的流量㊁流速等水文因子才是制约汉江水华发生的关键因子[６]ꎮ

通过对最新研究成果分析发现ꎬ目前对于硅藻水

㊀㊀人㊀民㊀长㊀江２０１８年㊀

华越来越形成这样一个共识:河流中水文状况㊁降水㊁温度等物理因素往往比水体营养盐水平等更为重要ꎬ而水文因子在水华暴发过程中很可能就是限制性因素[７]ꎮ基于该理论ꎬ作为流域管理机构的长江水利委员会通过汉江中下游梯级水库联合调度的方法治理汉江水华ꎬ曾一度取得了较好的效果ꎮ但从２０１８年２月最新暴发的水华情况来看ꎬ汉江水华形势有了新的变化ꎬ运用流量调节方法受到了一定的制约ꎮ本文拟就汉江水华暴发的新形势进行详细分析ꎬ并就新问题提出了新的对策方案ꎬ为积极推进河长制及汉江水华防治工作提供科学参考ꎮ

１㊀２０１８年汉江水华暴发过程

２０１８年２月上旬ꎬ经沿江水文站网工作人员调查

了解ꎬ汉江中下游河段水体出现异常ꎬ疑似发生水华ꎮ经环境监测人员现场监测后确认ꎬ从２月８日开始ꎬ汉江皇庄以下河段呈现轻微水华现象ꎬ河段水体颜色出现异常ꎬ并不断加深ꎻ至２月１１日ꎬ皇庄以下河段水体颜色加深ꎬ呈现棕褐色ꎬ并伴有浓烈的腥臭味ꎬ由此判断汉江又一次暴发了硅藻水华ꎮ为确保汉江中下游城乡居民用水安全ꎬ长江水利委员会启动应急预案ꎬ加大梯级水库群下泄流量进行流量调节ꎬ同时在汉江中下游皇庄至武汉约４００ｋｍ江段上开展了藻类逐日监测ꎮ至３月１８日ꎬ全河段水华现象明显消退ꎬ水体颜色由棕褐色转浅绿色最后至无色ꎮ此次水华历时３０余天ꎬ为有资料记载以来历时最长的一次ꎮ

本次监测共设置了皇庄㊁沙洋㊁岳口㊁仙桃㊁汉川㊁宗关等６个断面(断面布置如图１所示)ꎬ其中皇庄代表为兴隆库区的入库断面ꎬ沙洋为兴隆库区断面ꎬ岳口㊁仙桃㊁汉川分别为兴隆大坝下游河段断面ꎬ而宗关则代表汉江最下游近入河口断面ꎮ断面具体监测参数包括水温㊁ｐＨ㊁溶解氧㊁饱和度㊁叶绿素ａ㊁藻密度㊁藻类优势种以及相应的水文参数

ꎮ

图１㊀应急监测断面布置示意

Ｆｉｇ.１㊀Ｔｈｅｓｃｈｅｍａｔｉｃｄｉａｇｒａｍｏｆｅｍｅｒｇｅｎｃｙｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇｓｅｃｔｉｏｎ

自水华暴发后ꎬ长江委立即启动应急预案ꎬ加大丹

江口㊁崔家营㊁兴隆等水利枢纽的下泄流量ꎬ同时增大引江济汉工程向汉江和东荆河的补水流量ꎬ以增加下

游河段水位流量ꎬ消除水华发生的关键水文因子ꎮ沿江各地政府应急联动ꎬ管控沿江污染源排放ꎬ以限制水华发生的营养盐因子ꎮ监测结果显示ꎬ２月１２~２２日期间ꎬ皇庄站流量在８３４~９６２ｍ３/ｓ之间变动ꎬ兴隆站在６４８~８９０ｍ３/ｓ之间变动ꎬ仙桃站流量在８３４~９６２ｍ３/ｓ之间变动ꎬ皇庄㊁沙洋断面平均流速在０.４~０.５ｍ/ｓ之间变动ꎻ兴隆和仙桃站在０.６~０.８ｍ/ｓ之间变动ꎻ水华暴发期各监测断面水温最低为８.５ħꎬ最高为

１７.７ħꎬ其中沙洋断面平均温度为１０ħꎬ仙桃断面平均温度为１１ħꎬ宗关断面平均温度为１２.６ħꎻｐＨ值由初期的８.１上升至８.９ꎻ溶解氧变化范围为９.７１~１５.７ｍｇ/Ｌꎬ其饱和度一度达到了１５１％ꎮ以上参数均超过了硅藻水华暴发的警戒值(水温ȡ１０ħꎬｐＨȡ８.０ꎬＤＯȡ１２ｍｇ/Ｌ)[８]ꎬ可见此次汉江水华暴发程度较大ꎮ通过对各断面藻密度的监测发现(图２)ꎬ水华暴发的极值点出现在２月２１日前后ꎬ即水华暴发后将近１０ｄꎬ位于汉江下游入河口的宗关断面藻密度达到了３２００万ｃｅｌｌ/Ｌꎬ之后呈下降趋势ꎬ但下降不明显ꎻ至３

月５日ꎬ藻密度才开始显著下降ꎬ至３月７日ꎬ各断面下降至５００万ｃｅｌｌ/Ｌ左右ꎬ同时ꎬ在皇庄断面监测到的优势种由原来的硅藻单优势转变为硅藻和绿藻双优势ꎬ由此说明ꎬ硅藻群体开始衰亡ꎬ新的藻种占据了优势ꎬ硅藻水华开始消退ꎻ至３月９日ꎬ各监测断面水体颜色逐步趋于正常ꎬ各断面藻密度在１４０万~３２０万ｃｅｌｌ/Ｌ之间ꎻ至３月１３日ꎬ受晴朗天气状况影响ꎬ藻密度有小幅上升ꎬ在５６８万~６８８万ｃｅｌｌ/Ｌ之间ꎬ但全江段水体表观基本恢复正常ꎬ水体无色无味

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图２㊀水华暴发期各断面藻密度变化趋势Ｆｉｇ.２㊀Ｔｈｅｖａｒｉａｔｉｏｎｔｒｅｎｄｏｆａｌｇａｅｄｅｎｓｉｔｙｉｎｄｉｆｆｅｒｅｎｔｓｅｃｔｉｏｎｓｉｎｗａｔｅｒｂｌｏｏｍｐｅｒｉｏｄ

２㊀水华成因分析

对于之前汉江水华的成因分析ꎬ大多数研究结果主要集中在３个方面:①水质因素ꎮ汉江中下游地区排污量日益严重ꎬ藻类生长所需的氮㊁磷等营养盐过剩ꎮ②气候因素ꎮ春季气温偏暖ꎬ加之合适的光照条件ꎬ促进藻类大量繁殖ꎮ③水文因素ꎮ受长江较高水

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