原水藻類監(jiān)測及富營養(yǎng)化狀況的調(diào)查

原水藻類監(jiān)測及富營養(yǎng)化狀況的調(diào)查一.前言八三年的引灤入津結(jié)束了天津人喝咸水的歷史，但灤河水系湖泊型水源，水體的富營養(yǎng)化日趨嚴(yán)重成為產(chǎn)水部門面臨的最大難題。同時它也是世界水環(huán)境重大的水質(zhì)問題之一。

水體富營養(yǎng)化不僅導(dǎo)致生態(tài)系統(tǒng)的破壞，且嚴(yán)重干擾水資源的利用。尤其是富營養(yǎng)水體作為供水水源時會產(chǎn)生如下三個不利因素其一：由于藻類的大量繁殖使水體的pH增高，堿度下降影響混凝效果。其二：藻類增多會嚴(yán)重堵塞濾池，運行周期縮短，降低產(chǎn)水率。其三：有些藻種有霉臭味，藻類的死亡、腐敗也使水體腥臭難聞。藍藻的代謝物釋放毒素，嚴(yán)重威脅著人體健康。

由此可知，高藻水作為飲用水源處理不當(dāng)對經(jīng)濟效益和社會效益都會產(chǎn)生影響。二.任務(wù)來源天津市飲用水和工業(yè)用水的供給水源主要來自引灤輸水下游的于橋水庫，早在八十年代環(huán)保等部門曾對于橋水庫的富營養(yǎng)化進行了多方面的調(diào)查，判定其水質(zhì)呈中富營養(yǎng)狀態(tài)，隨著工農(nóng)業(yè)發(fā)展特別是鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)的日益增多，于橋水庫的污染負(fù)荷日趨增加，９７年由于氣候、周邊環(huán)境等諸多人為、自然因素的影響，在夏季藻類異常繁盛，嚴(yán)重影響了水處理工藝的正常運行，盡管產(chǎn)水部門竭盡全力，但其效果并非令人滿意。

在我們不能改變源水水質(zhì)的前提下，為確保九八年高藻期供水水質(zhì)，公司主管領(lǐng)導(dǎo)組織相關(guān)人員進行對策性研究，并正式立項進行藻類監(jiān)測，以便用有針對性的手段探索水體的富營養(yǎng)狀況及季節(jié)性變化規(guī)律，為水廠能夠根據(jù)水體含藻狀況及規(guī)律采用行之有效的水處理方法提供科學(xué)依據(jù)。三.主要研究內(nèi)容和技術(shù)路線：（一）.收集湖泊、水庫富營養(yǎng)化調(diào)查的歷史資料，掌握灤河水庫富營養(yǎng)化研究現(xiàn)狀。

（二）.依據(jù)“湖泊富營養(yǎng)調(diào)查規(guī)范”并借鑒歷史資料確定監(jiān)測項目、方法、采樣站位及頻率。

1.本次研究確定了25個監(jiān)測項目，其中水質(zhì)參數(shù)20項，生物參數(shù)5項。

2.根據(jù)本水系的特點，選擇于橋水庫為主要調(diào)查點，上游水庫大黑汀、潘家口為輔助調(diào)查點，為使采集的水樣具有代表性，分別在水庫的進、出口及中心區(qū)域布設(shè)采樣站位（見圖1）。3.采樣頻率：九八年于橋水庫各站位每月采樣一次，上游站位每兩個月一次。九九年調(diào)整為從藻類初發(fā)期、高藻期、衰減期（4月至11月）每月一次，上游水庫此期間仍為每兩月一次。

（三）.探討源水水庫含藻狀況及季節(jié)性變化規(guī)律。

（四）.采用湖泊富營養(yǎng)化評價法(單參數(shù)和Carlson指數(shù)法)對水庫富營養(yǎng)狀況進行近似評價.

（五）.技術(shù)路線見圖2。四.調(diào)查結(jié)果（一）.水質(zhì)參數(shù)的調(diào)查

1.水溫和溶解氧：

水溫和溶解氧都是影響湖泊富營養(yǎng)化的主要因素，眾所周知水溫在15～31℃時有利于藻類的生長，而藍藻形成的適宜溫度在25℃左右，水溫隨季節(jié)而變化，并呈現(xiàn)不同程度的分層現(xiàn)象，使表層和底層水諸如溶解氧之類的指標(biāo)改變，促使?fàn)I養(yǎng)鹽在深、表層不斷地遷移和積累，隨著營養(yǎng)負(fù)荷的不斷加大，增加了藻類的繁殖密度。

九九年對各站位水溫及S2和S6站位的表層、深層溫度進行監(jiān)測，結(jié)果見表1。表1：一九九九年原水水庫S1～S6各站位水溫數(shù)據(jù)單位：℃站位時間于橋水庫出口S1九百戶

(表層)S2九百戶

(深層)S2果河橋位S3大黑汀水庫S4潘家口

(壩上)S5燕子峪

(表層)S6燕子峪

(深層)S64月15.014.313.815.0////5月19.520.018.520.018.017.518.517.06月25.023.023.020.0////7月28.029.426.028.027.226.025.525.08月25.025.018.025.024.0///9月17.020.017.018.0////10月15.519.813.013.914.815.415.114.511月9.57.88.59.010.511.811.411.8X19.319.517.618.618.917.717.617.1從4～11月監(jiān)測結(jié)果來看，于橋水庫各站位（S1～S3）高于15℃點次占總數(shù)的75%，潘家口、大黑汀各站位（S4～S6）高于15℃的占62%（5～11月）。說明從4、5月份水溫條件已適于藻類進入生長狀態(tài)，6～10月份水溫較高，為藍藻生長提供了良好的水溫條件。

S2和S6站位深、表層水溫調(diào)查結(jié)果表明：4～5月份溫躍現(xiàn)象稍有回升，即表層溫度稍高于底層，溫差變化較??；從8～10月份為溫躍現(xiàn)象明顯期，在此期間，表層和底層水的溫度、溶解氧差值較大，八月份差值最大，此時該站位其它富營養(yǎng)化指標(biāo)，如葉綠素、藻類計數(shù)均達全年峰值，分別為125μg/L和1.6億個>/L。由此可見上述指標(biāo)反映了該時期富營養(yǎng)化現(xiàn)象較為突出。2.透明度

在富營養(yǎng)化水體中由于表層懸浮著密集的水藻使水質(zhì)渾濁，透明度下降，富營養(yǎng)化水體判定標(biāo)準(zhǔn)是透明度＜2米。

從九九年對于橋水庫S1～S3各站位的調(diào)查結(jié)果看，透明度高于2米僅有2次，最高為4.5米。而其它時期，特別是6～10月各站位透明度均低于1米；尤為嚴(yán)重的是果河橋（S3）站位在8月、10月兩次調(diào)查中透明度僅為0.2米，處于嚴(yán)重的污染狀態(tài)。

上游水庫各站位（S4～S6）透明度指標(biāo)略好于前述站位；除大黑汀水庫在10～11月期間透明度在1.5～1.8米外均高于2米，但最高值也僅為4.5米（見圖4）。3.pH：

富營養(yǎng)化水體的一個明顯特征是水體呈弱堿性，九九年該項指標(biāo)各站位月變化規(guī)律見圖5。各站位全年pH值均高于7.5，夏季達到最高值，S1和S2（表層）站位在7～10月pH高于9。顯而易見，此高值出現(xiàn)在藻類高發(fā)期。根據(jù)其生長規(guī)律，藻類繁殖及光合作用消耗大量的二氧化碳，促使水中碳酸不斷分解致使水體pH增高。在S4～S6站位調(diào)查發(fā)現(xiàn)pH也呈如上趨勢，5月份pH在8.35～8.65；7月pH為8.25～8.52；10月8.06～8.30；11月7.6～8.2。全年各站位庫水均呈弱堿性、堿性狀態(tài)。此單項指標(biāo)反映了水體富營養(yǎng)特征較為明顯。

（二）.營養(yǎng)元素的調(diào)查

植物生長繁殖的主要制約因子是氮和磷，水體富營養(yǎng)化判斷標(biāo)準(zhǔn)是總氮0.2mg/L，總磷為0.02mg/L。

1.總N：

從九九年全年監(jiān)測結(jié)果看，總N含量范圍為1.16～5.61mg/L，超過富營養(yǎng)化標(biāo)準(zhǔn)的5.8～28倍。全年檢測點除一點為1.16mg/L外，其余均高于1.2mg/L（國標(biāo)地面水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，五類水體總N值），單項指標(biāo)看該水體均為五類水體。見圖6。2.總P

總磷調(diào)查結(jié)果見圖7。由圖7可見S4～S6站位總磷含量偏低，10月超過富營養(yǎng)化標(biāo)準(zhǔn)值達0.04，其他時期均為0.01，屬于II類水體。但從S1～S3站位磷含量增大，7～10月含量范圍為0.05～0.29超過富營養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)的2.5～14.5倍。10月份基本屬于IV類水體。

由此可見，于橋水庫各站位氮含量極其豐富，全年均高于富營養(yǎng)化水體標(biāo)準(zhǔn)值，磷含量在夏季較豐富，原因除與外源性氮、磷污染有關(guān)外，與溫躍期底泥中氮、磷的釋放密切相關(guān)。3.硝酸鹽氮

在此次調(diào)查中也發(fā)現(xiàn)硝酸鹽氮季節(jié)性變化很明顯，其規(guī)律是夏季低（尤其是藻類高發(fā)期），其他季節(jié)高于夏季的特點，此規(guī)律反映了夏季由于藻類的生長期吸收使NO3--N明顯降低（見表2）

表2：一九九九年原水水庫S1～S3站位NO3--N數(shù)據(jù)單位：mg/L時間站位4月5月6月7月8月9月10月11月于橋水庫出口>S12.502.090.82<0.010.440.430.490.85九百戶站位>S22.612.190.640.160.891.030.871.47果河橋站位>S34.476.113.041.162.862.772.802.64由表2可見，S1、S2站位NO3-N季節(jié)性變化尤為突出。在6～10月，S2站位NO3-N均值比其它月份均值下降71%，于橋S1站位下降94%，與葉綠素變化規(guī)律完全吻合。（見圖8）

（三）.生物參數(shù)的調(diào)查結(jié)果

1.浮游植物

本次對浮游植物的調(diào)查主要以特征參數(shù)葉綠素a值、藻類計數(shù)、藻類優(yōu)勢種作為定性，定量的主要指標(biāo)調(diào)查結(jié)果如下：

①葉綠素a值：

葉綠素a值是判斷水體富營養(yǎng)化的一項重要生物參數(shù)，其含量多少是水庫富營養(yǎng)化程度的重要標(biāo)志，圖8反映了本年度各站位葉綠素a的變化規(guī)律。由圖可見，在藻類高發(fā)期7-9月，S1和S2站位葉綠素a值明顯升高，最高值達到129μg/L，超過5類水體標(biāo)準(zhǔn)值（65μg/L）的2倍，S4～S6站位基本屬于II～III類水體，由此可見于橋水庫各站位富營養(yǎng)化在夏季尤為嚴(yán)重。

②藻類計數(shù)和藻類優(yōu)勢種：

九九年對各站位浮游藻類密度（藻類計數(shù)）進行了檢測，從全年的檢測結(jié)果看，隨著高藻期的到來，于橋水庫藻類密度和種類皆有增加。S1、S2站位隨著季節(jié)的改變呈現(xiàn)出明顯的變化規(guī)律。見表3。表3：一九九九年原水水庫S1、S2站位藻類計數(shù)月變化規(guī)律單位：萬個/L站位4月5月6月7月8月9月10月11月于橋水庫出口S1136393941.3億8919700825361270九百戶站位>S2642385841.6億1.6億57023424278由表5可見其調(diào)查結(jié)果均符合富營養(yǎng)化水體藻類的生長規(guī)律，藻類的數(shù)量隨季節(jié)變化而變化在溫躍期也即藻類高發(fā)期（7-9月），藻類數(shù)量明顯增加，最高時達到1.6億個／L。

調(diào)查結(jié)果發(fā)現(xiàn)原水藻類優(yōu)勢種在冬季多為硅藻、綠藻；春秋季為綠藻；夏季藍藻增多。經(jīng)全年檢測三個水庫定性觀察到藻種計：8門、10綱、15目、17科、42屬，約70種（見表4：藻類分類表）。

③藻類毒素：

藻類毒素引發(fā)的中毒事件在某些國家偶有發(fā)生。淡水中主要產(chǎn)生毒性的藍藻是微囊藻、魚腥藻和束絲藻屬中的某些品系。產(chǎn)生的毒素主要是肝毒素和神經(jīng)毒素。

天津原水的藻類優(yōu)勢種檢測中發(fā)現(xiàn)在藻類高發(fā)期均有微囊藻、魚腥藻、束絲藻和顫藻等有毒藻類出現(xiàn)，有時微囊藻多達80%，98年巴黎歷史博物館曾經(jīng)對天津原水中的藻類毒素進行檢測，濃度為2～6μg/L，是世界衛(wèi)生組織規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)（1μg/L）的2～6倍，天津在今年8月份的藻類毒素初檢中發(fā)現(xiàn)原水藻類毒素LR為0.13μg/L，由于藻類毒素隨著季節(jié)的不同變異很大，必須進行多次監(jiān)測才能得到確切的數(shù)據(jù)，故需要做進一步的檢測。

2.浮游動物：

浮游動物是指懸浮于水中的水生生物。在生態(tài)系統(tǒng)中，環(huán)境因素對生物起作用，同時生物的一切生命活動又反過來影響其所在的環(huán)境，因此生物是整個環(huán)境因素綜合影響的產(chǎn)物。

在生物學(xué)中浮游動物主要為原生動物、撓足類、枝角類、輪蟲，原生動物在冬季較少，而撓足、枝角、輪蟲則為終年存在的種類，只是在數(shù)量上會隨季節(jié)變化而增減。

經(jīng)1999年對浮游動物調(diào)查結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，庫水中浮游動物的主要類別有撓足類（劍水蚤、鏢水蚤），枝角類中的長額象鼻蚤、僧帽蚤及節(jié)肢動物門，無節(jié)幼體及輪蟲。早在80年代世界經(jīng)濟合作與開發(fā)組織（OECD）關(guān)于湖泊環(huán)境問題研究室的報告中曾歸納了富營養(yǎng)水體中的特征浮游動物群為BosminaLongirostris（長額象鼻蚤）和Daphniaucullata（僧帽蚤）。此次調(diào)查中發(fā)現(xiàn)這兩個特征種群在部分站位皆出現(xiàn)，特別是輪蟲幾乎在全年的例次檢測中皆能檢出，也反映水體長期處于受污染狀態(tài)（輪蟲為生活污水污染的指示生物種）。由此說明本水庫流域的浮游生物特征也表明了水體已呈富營養(yǎng)狀態(tài)。表4：浮游藻類種類分類表（1999年4～11月）門綱目科屬主要代表拉丁文藍藻門藍藻綱色球藻目段殖體目管孢藻目色球藻科顫藻科厚皮藻科色球藻屬微囊藻屬顫藻屬平裂藻屬藍纖維藻屬等10個屬(ChroococcusNag)(MirocystisKutz)(OscillatoriaVanch)(MerismopdiaMey)(DactylococcopsisHansg)綠藻門綠藻綱接合藻綱綠球藻目絲藻目鼓藻目四孢藻目雙星藻目小球藻科柵藻科絲藻科鼓藻科膠球藻科雙星藻科小球藻屬盤星藻屬絲藻屬膠球藻屬水綿藻屬柵藻屬等18個屬(ChlorellaBeij)(PcdiastrumMeyLemm)(VlothrixKtitz)(CoccomyzoSchm)(SpirogyroLink)(ScenedesmusMey)硅藻門中心綱羽紋綱圓篩藻目無殼藻目雙殼藻目圓篩藻科脆桿藻科舟形藻科直鏈藻屬小環(huán)藻屬脆桿藻屬針桿藻屬雙壁藻屬舟形藻屬等9個屬(MelosiraAg)(CyelotellaKutz)(GragilariaLyngby)(SynedraEhr)(DiploneisEhr)(NaviculaBory)金藻門金藻綱金藻目棕鞭藻科錐囊藻屬(DinobryonEhr)黃藻門黃藻綱黃絲藻目黃絲藻科黃絲藻屬(TribonemaderbETsol)甲藻門橫裂甲藻亞綱多甲藻目角甲藻科角甲藻屬(CeratiumSchr)裸藻門裸藻綱裸藻目裸藻科裸藻屬(EnglenaEhr)>隱藻門隱藻綱此門僅一科隱鞭藻科隱藻屬(CryptomonasEhr)五.水庫富營養(yǎng)化變化趨勢初步評析為了解三大水庫目前的富營養(yǎng)狀態(tài)，我們選用單參數(shù)及Carlson指數(shù)法對灤河水體富營養(yǎng)化變化趨勢進行初步評析。

1.單參數(shù)水質(zhì)特征近似評價法

根據(jù)富營養(yǎng)化主要特征指標(biāo)的單項參數(shù)調(diào)查可以看出，藻類高發(fā)期在7～10月，在此期間富營養(yǎng)化因子特征性很強，如前所述，在7～10月水溫高，溫躍明顯，溶解氧分層。pH呈弱堿性，總N、總P、透明度、葉綠素等指標(biāo)均超過富營養(yǎng)化標(biāo)準(zhǔn)值，浮游藻類在此期間數(shù)量明顯增加，優(yōu)勢種出現(xiàn)藍藻，浮游動物有富營養(yǎng)種群，如：長額象鼻蚤、僧帽藻、輪蟲等出現(xiàn)。以上特征描述可初步判定三大水庫，尤其是于橋水庫在7～10月完全處于富營養(yǎng)狀態(tài)。

2.Carlson指數(shù)（TSIM）近似評價法

為避免單參數(shù)評價的片面性，我們選用此方法進行多參數(shù)綜合評析。該方法采用湖泊富營養(yǎng)化主要代表性指標(biāo)綜合反映湖泊的營養(yǎng)狀態(tài)，不僅能對富營養(yǎng)化水體進行定量描述，且能反映湖泊營養(yǎng)狀態(tài)的連續(xù)性，該方法已被世界各國廣泛采納。

TSIM表達式如下：TSI（SD）＝10×（6－ln[SD]／ln2）

TSI（>CHLa）＝10×（6－｛2.04－0.68ln[CHLa]｝／ln2）

TSI（TP）＝10×（6－ln[48／TP]／ln2）

式中：TSIM：Carlson營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)；

SD：水體透明度（單位：m水體葉綠素a含量（單位：mg/m3）

TP：水體總磷濃度（單位：mg/L）

TSIM營養(yǎng)狀態(tài)分布：TSIM：≤35貧營養(yǎng)帶；

TSIM：∈35～50中營養(yǎng)帶；

TSIM：∈50～65富營養(yǎng)帶；

TSIM：≥65超富營養(yǎng)帶；表5：一九九九年原水水庫各站位TSIM值數(shù)據(jù)

于橋九百戶(表層)S2果河橋S3大黑汀潘家口(壩上)S5燕子峪(深層)S6

4～11月平均值7～9月平均值4～11月平均值7～9月平均值4～11月平均值7～9月平均值5～11月平均值最高值5～11月平均值最高值5～11月平均值最高值備注TSI（SD）566760757074465445484449

TSI（TP）616967766972475747575154

TSI（CHLa）657369765549465544504246

由表5可見，于橋水庫各站位4～11月均值的TSI為