上海城市水源地藍(lán)藻暴發(fā)的影響因素及控制管理體系研究.pdf

1、伴隨著經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展、人口迅速膨脹的過程，自然水體中所受納的污染物總量逐年增加，特別是在城市化進(jìn)程較快的長江中下游地區(qū)，淺水湖泊幾乎全部富營養(yǎng)化。長江中下游地區(qū)分布的湖泊往往是其分布地區(qū)主要的飲用水源之一，近年來富營養(yǎng)化所引起的藍(lán)藻暴發(fā)事件在這些水源地的發(fā)生頻率和規(guī)模不斷上升，威脅到飲用水供應(yīng)安全，導(dǎo)致附近水廠被迫關(guān)停，嚴(yán)重影響了附近居民的生活和工業(yè)企業(yè)的發(fā)展。上海地處太湖流域下游和長江河口地區(qū)，從1985年起承擔(dān)飲用水供應(yīng)的淀山湖開始了

2、藍(lán)藻暴發(fā)的歷程，而長江口地區(qū)新建的水庫性水源地在藍(lán)藻易發(fā)季節(jié)亦在局部地區(qū)出現(xiàn)大面積藍(lán)藻聚集，如何控制藍(lán)藻暴發(fā)成為上海城市飲用水源地亟待解決的安全問題。論文以黃浦江上游水源地和長江口水源地典型代表為研究對象，綜合運用環(huán)境科學(xué)、環(huán)境工程、生態(tài)學(xué)以及管理學(xué)的理論和手段，在對水源地水環(huán)境、生態(tài)環(huán)境以及社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展充分調(diào)研的基礎(chǔ)上，結(jié)合室內(nèi)模擬實驗與野外生態(tài)調(diào)查的結(jié)果，從不同的角度分析上海城市飲用水源地藍(lán)藻暴發(fā)的問題：對于已經(jīng)出現(xiàn)藍(lán)藻暴發(fā)的開放型

3、水源地，按照“成因分析-評估-修復(fù)與應(yīng)急響應(yīng)”的思路，探索基于藍(lán)藻暴發(fā)的水源地控制管理對策；對于存在潛在暴發(fā)風(fēng)險的水庫型水源地，采用“野外調(diào)查-模擬-預(yù)警和防控結(jié)合”的研究路線，探索水源地預(yù)警預(yù)控管理體系的建立，在對暴發(fā)因素研究的基礎(chǔ)上形成上海地區(qū)城市水源地控制藍(lán)藻暴發(fā)的控制管理體系。論文的主要研究成果可以概括為以下幾個方面：
　　 1.主要水源地水質(zhì)不斷下降是上海市水源地重心轉(zhuǎn)移的內(nèi)在推動力。21世紀(jì)初上海飲用水源地正在經(jīng)歷三

4、個主要變化：供水規(guī)模將由上世紀(jì)末的9.51×106m3/d逐步擴(kuò)大至1.72×107m3/d；飲用水取水重心逐步從黃浦江轉(zhuǎn)移至的長江口；城市主要的供水模式將由開放型水源地供水向水庫型水源地供水模式過渡。對水源地水質(zhì)分析的結(jié)果顯示，水質(zhì)變化的共性問題表現(xiàn)為氮、磷營養(yǎng)鹽持續(xù)升高，水質(zhì)不斷下降，分散型內(nèi)河取水口的水質(zhì)劣于集中式水源地取水口，黃浦江上游水源地的水質(zhì)劣于長江口水庫水質(zhì)，由此可見長江口水資源的開發(fā)最重要的作用是提升了上海優(yōu)質(zhì)飲用水的

5、供給量。然而，水資源供給量的提高并不意味著上海市飲用水源地的矛盾得以解決，陳行水庫在夏季高溫天氣中局部會出現(xiàn)藍(lán)藻暴發(fā)，這種現(xiàn)象的出現(xiàn)意味著在未來相當(dāng)長的階段內(nèi)，預(yù)防及控制藍(lán)藻暴發(fā)都將成為上海市飲用水源地管理的重點。
　　 2.淀山湖藍(lán)藻暴發(fā)是營養(yǎng)鹽總量增加、生態(tài)系統(tǒng)退化以及特殊的水文、氣象條件共同作用的結(jié)果。淀山湖目前氮、磷營養(yǎng)鹽的凈輸入量分別由1985年的220.2t/a、6.0t/a上升至2009年的3026.5t/a、39

6、.3t/a，造成凈輸入量增加的主要原因包括：上游來水的水量及營養(yǎng)鹽濃度均大幅度增加，湖體自身的凈化作用已經(jīng)無法承受，盡管出湖區(qū)域的水質(zhì)較好，仍有大量的營養(yǎng)鹽滯留在水體里；淀山湖底泥較薄，湖泊生態(tài)系統(tǒng)較為脆弱，高等水生植物大面積的消失幾乎瓦解了整個生態(tài)系統(tǒng)的基礎(chǔ)，與此同時魚類和底棲生物的生物量由于人為干擾強(qiáng)度過大而下降，在淀山湖營養(yǎng)鹽條件充足的環(huán)境下，缺少競爭壓力的浮游植物逐年成為影響生態(tài)系統(tǒng)演替的主要因素，其中藍(lán)藻憑借特殊的生理機(jī)能逐漸

7、成為浮游植物的優(yōu)勢種群。
　　 營養(yǎng)鹽負(fù)荷增加僅僅是藍(lán)藻暴發(fā)的充分條件之一，淀山湖藍(lán)藻暴發(fā)的時間及地點不固定，在一定程度上意味著其他環(huán)境條件才是誘發(fā)藍(lán)藻暴發(fā)的關(guān)鍵因素。通過對2007-2009年藍(lán)藻暴發(fā)事件的分析，特別是對暴發(fā)時間、暴發(fā)區(qū)域(MODIS數(shù)據(jù)分析)以及暴發(fā)期內(nèi)水文、氣象因素的分析，可以歸納、總結(jié)出淀山湖藍(lán)藻暴發(fā)的影響因素：上海地區(qū)夏季溫度普遍較高，藍(lán)藻的增殖速率加快，能夠在短時間內(nèi)達(dá)到較大的生物量；黃浦江漲潮的頂托

8、作用以及太浦河下泄量增加帶來的壅水作用，延長了淀山湖水力停留期，為藍(lán)藻增殖提供了穩(wěn)定的水文條件；藍(lán)藻特有的浮力調(diào)節(jié)機(jī)制使其能夠在低氣壓環(huán)境中上浮至水體表面，繼而在低風(fēng)速條件下聚集，最終形成暴發(fā)。
　　 藍(lán)藻暴發(fā)是對水體營養(yǎng)鹽過剩的一種自然反饋機(jī)制，不僅存在于淀山湖，長江中下游地區(qū)富營養(yǎng)化嚴(yán)重的淺水湖泊里已經(jīng)成為常見現(xiàn)象，這種自然現(xiàn)象本身能夠減少水體中營養(yǎng)鹽的含量，但由于淀山湖面積較大，藍(lán)藻不易收集捕撈，逐漸形成了困擾飲用水源地取

9、水的主要因素，控制藍(lán)藻暴發(fā)的根本性措施就是恢復(fù)湖泊原來的生態(tài)系統(tǒng)、增加生物多樣性、延長營養(yǎng)鹽循環(huán)的過程等。
　　 3.青草沙水庫全面暴發(fā)藍(lán)藻的可能性較低，但局部滯水區(qū)仍存在暴發(fā)的可能。長江口整體水質(zhì)較好，陸源污染物排放的影響較小，但氮、磷濃度偏高的問題仍比較突出，已經(jīng)逼近超標(biāo)的臨界值。在青草沙水庫修建期內(nèi)，長江原水氮、磷濃度下降，并且無機(jī)態(tài)的氮、磷比例較少，結(jié)合生態(tài)調(diào)查的結(jié)果，可以認(rèn)為于水力停留期增加有利于浮游植物的增長，消耗部

10、分營養(yǎng)鹽，另一部分則可能沉積進(jìn)入庫區(qū)底部的泥沙中。
　　 青草沙庫區(qū)內(nèi)高等植物分布面積較廣但種類單一，隨著人為干擾的增強(qiáng)，有可能出現(xiàn)生物量下降的現(xiàn)象。浮游植物的總量及種類均低于淀山湖，并且隨水溫變化而增加在8月份達(dá)到生長高峰，在群落結(jié)構(gòu)上已經(jīng)完全轉(zhuǎn)化為淡水水庫型，以綠藻為主。水庫的藍(lán)藻種類與淀山湖不同，以顫藻屬、魚腥藻屬等固氮型為主，生物量同樣呈現(xiàn)隨溫度升高而增加的趨勢，8月份水溫升至頂點時在部分區(qū)域成為生物量最高的種類。藍(lán)藻主

11、要分布在水深較淺的庫首及青草沙兩側(cè)，8月份在取水口附近測到較高的生物量，并且由于水庫比熱容較大導(dǎo)致水溫下降速度較緩，藍(lán)藻高生物量的狀態(tài)可以維持到10月份，未來可能對水庫供水產(chǎn)生不利因素。
　　 由于青草沙原水中營養(yǎng)鹽濃度較低，藍(lán)藻的倍增時間被拉長至20 d左右，甚至低于綠藻門的倍增時間，從根本限制了藍(lán)藻生物量在短時間內(nèi)大量增殖的可能。水溫達(dá)到24℃時藍(lán)藻生長最好，因此野外生物增加可以從5、6月份即開始，而光照對于藍(lán)藻的影響并不明

12、顯，僅當(dāng)水文條件被改變時，特別是水流速度加快時，藍(lán)藻的生長受限制開始下降，10d左右在營養(yǎng)鹽供給不夠的前提下有可能分解、沉降甚至死亡，因此對于水庫這種半自然水體而言，水力調(diào)度有可能成為水庫藍(lán)藻暴發(fā)最有效的控制措施。
　　 青草沙水庫由于處在較低的營養(yǎng)鹽水平，現(xiàn)有低營養(yǎng)狀態(tài)下，以及氮磷限制、水力條件變化、水流速度增加、停留期縮短等影響，青草沙水庫最長21天的連續(xù)停留時間內(nèi)暴發(fā)藍(lán)藻的可能性比較小，并且咸潮入侵的時間多發(fā)生在水溫較低的

13、階段，延長停留期對于藻類生長而言無促進(jìn)影響。但同時也需要注意，庫區(qū)面積較大、水文條件也存在較大的差異，再加上底泥釋放營養(yǎng)鹽的影響，在部分滯水區(qū)以現(xiàn)在的營養(yǎng)鹽狀況，若遇到小范圍內(nèi)水力停留時間較長的狀況，仍有可能形成大量浮游植物的累積。
　　 4.基于藍(lán)藻暴發(fā)的上海城市水源地管理應(yīng)充分考慮水源地類型、營養(yǎng)鹽現(xiàn)狀、水文特點以及歷史暴發(fā)情況等，建立目標(biāo)相同但控制措施有區(qū)別的管理體系。淀山湖藍(lán)藻暴發(fā)概率高，管理體系應(yīng)包含暴發(fā)后應(yīng)急響應(yīng)與控

14、藻措施等兩部分：基于時間特征指數(shù)的藍(lán)藻暴發(fā)評估體系為淀山湖藍(lán)藻暴發(fā)的預(yù)測提供了快速判斷的準(zhǔn)則，在此基礎(chǔ)上采用攔藻、納藻以及生物除藻的一系列應(yīng)急控藻措施，來能夠保障飲用水源地供水安全。但這些應(yīng)急措施從根本上無法解決營養(yǎng)鹽濃度過高的核心問題，因而需要采用改造湖濱帶、恢復(fù)湖泊生態(tài)系統(tǒng)的長期控制對策，根據(jù)淀山湖湖區(qū)特性建立從近岸帶到湖中心、從先鋒種到建群種逐步恢復(fù)湖泊生態(tài)系統(tǒng)。
　　 青草沙水庫生態(tài)系統(tǒng)和水質(zhì)狀況均比較好，藍(lán)藻暴發(fā)概率較