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浅水型湖泊蓝藻水华预警监测工作的思考
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目前,湖泊富营养化是最为突出的世界性水环境问题之一,且随着全球经济的发展和人类活动影响的扩大而日趋严重。中国70%的湖泊为浅水型湖泊,与深水型湖泊相比,其特点是湖底较为平坦、平均水深较小、自净能力较差,底泥更容易受到风浪等自然条件的影响,底泥和上覆水间的营养物质交换更频繁,更易产生富营养化问题。太湖是长江中下游地区最典型的浅水型湖泊,周边经济发达,人类活动对其影响甚大。自上个世纪6O年代,太湖不断暴发蓝藻水华,近年来暴发频率仍在逐年增高,尤其是2007年5月29日“无锡太湖水危机”发生以后,太湖更是成了全球关注的焦点。太湖是重要水源地,其水质的好坏直接关系到几千万人口的饮水质量和安全,因此,太湖蓝藻水华预警监测工作引起了各级政府的高度重视。太湖流域的各级管理、监测和科研部门通力合作,不断探索和完善太湖蓝藻水华预警监测工作体系,但由于蓝藻水华预警监测工作横跨多个学科和领域,涉及面广,需要商榷的地方较多,对于从事大型浅水型湖泊的蓝藻水华预警监测工作人员来说仍是一个崭新的课题。本文结合作者参与的江苏省及苏州市近年来的蓝藻水华预警监测工作,着力分析和总结了太湖蓝藻水华预警监测工作的主要内容,以太湖为例将如何开展浅水型湖泊蓝藻水华预警监测的经验和做法介绍给大家,以利于同行们更好地应对浅水型湖泊蓝藻水华的发生。


1 蓝藻水华预警监测工作的统筹
蓝藻水华预警监测工作涉及的行业领域较多,政府部门的统一领导和部署十分重要。苏州市在应对太湖蓝藻水华工作中,专门成立了太湖水污染防治暨饮用水源安全应急工作小组(以下简称市应急工作小组)作为苏州市太湖饮用水源地蓝藻应对工作的领导机构,统一领导全市太湖饮用水源蓝藻暴发事件应急处置工作。市应急工作小组下设预警工作组、应急处置工作组、善后处理工作组和物资供应工作组。在市政府的统一部署下,及时编制了《苏州市太湖饮用水源地蓝藻应对预案》,并且成立了蓝藻监测咨询专家组。政府统筹机制在2007年和2008年苏州市蓝藻预警监测中发挥了巨大的作用,得到江苏省政府和国家有关部门的肯定。


2 蓝藻水华预警监测体系的建立
蓝藻水华预警监测是一项庞大的系统工程,良好的组织体系是预警监测工作能否顺利实施的前提,是提高政府应对蓝藻能力的有效保证。2007年6月初,苏州市成立了由环保、水利(务)、气象等部门联合组成的太湖蓝藻水华预警监测工作领导小组,统一指挥全市蓝藻预警监测工作,组长由市环保局分管局长担任、副组长由市水利(务)局和市气象局各分管局长担任,同时成立了预警监测技术小组,由环保、水利(务)、气象各抽调1~2名技术人员,实行联合办公,主要职责为汇总各方信息,进行数据综合分析,为领导小组决策提供技术支持。太湖蓝藻水华预警监测工作领导小组整合了全市监测资源,建立横向政府有关部门和纵向市、县(区)区域联动预警监测体系,明确了各自职责,三部门还建立了蓝藻会商机制和信息共享平台,环保、水利(务)和气象信息及时沟通,进行综合研判,并及时上报预警监测工作领导小组,供其决策和部署预警监测工作。

3 蓝藻水华预警监测的启动
笔者连续2年参与了苏州太湖蓝藻水华的预警监测工作,根据国内外对蓝藻水华预警监测工作的研究并结合太湖的环境现状,通过对太湖蓝藻生长及水华形成的过程和主导因子分析了解,制定了太湖蓝藻水华预警监测启动的条件和内容:太湖蓝藻水华预警监测一般分常规预警监测和应急预警监测两部分进行,常规预警监测主要是每年11月~次年
4月进行,应急监测主要是5月一lO月进行,如遇特殊区域,可适当提前或延长。应急预警监测还进一步细分为常态预警监测和加密预警监测,加密预警监测由预警监测领导小组根据监测(观测)信息研判决定。现就蓝藻水华预警监测的启动具体内容分述如下:
3.1 常规预警监测
湖泊暴发水华时往往引起各方重视,但常常忽略或不够重视水华暴发问隙的常规跟踪监测。根据已有的研究表明,太湖蓝藻水华主要是由微囊藻群体的大量生长引起,而影响微囊藻生长的主要环境条件为水温、pH、溶解氧、营养盐浓度、风浪扰动等。因此,常规预警监测的主要监测项目为水温、浊度、pH、溶解氧、总磷、总氮 J。另外,根据湖泊的功能,常规预警监测分为有水源地和无水源地湖泊两类,有水源地湖泊常规监测以自动监测主要项目为主,监测频次每日监测一次,同时实验室每月监测藻类密度和优势种;无水源地湖泊常规监测以人工监测为主,监测频次每月监测一次主要项目,同时实验室监测藻类密度和优势种。常规预警监测的一个周期结束后,应将监测数据与往年同期数据进行对比分析,尤其与蓝藻水华暴发年代的数据进行对比,对蓝藻水华的暴发进行预判断。
3.2 应急预警监测
应急预警监测主要围绕饮用水源地,监测范围自饮用水源地取水口起由内向外分三条线:内线为饮用水源地取水口;中线为饮用水源地湖体I至Ⅱ级保护区
之间;外线为饮用水源地取水口外5公里一线。
3.2.1 启动常态监测
从每年4月开始,主要监测对象为遥感影像、风向、风速、水温、浊度、pH、溶解氧、总磷、总氮、藻密度、优势种、叶绿素a,监测频次为每周一次 。在生物学和理化指标分析上建议同点分层采样,一般分为表层0.2米和亚表层0.5米分别采集,以0.5米的分析数据为主要的评价,0.2米的分析数据作为参考。
3.2.2 加密预警监测
由预警监测领导小组根据环保、水利(务)以及气象监测(观测)信息综合研判决定。采取加密预警监测措施的主要依据为:(1)卫星遥感图片显示蓝藻大面积出现(针对大型湖泊);(2)水面风速小于3 m/s;(3)风向是西北或西风(不同湖泊根据关注地而有所调整),温度较历年同期偏高;(4)常态预警监测结果显示水质异常(pH、溶解氧),水体中微囊藻数量急剧增加等。


4 蓝藻水华预警监测的技术分析
从蓝藻生长和水华形成的主导影响因子来看,水华暴发是由水体的物理、化学和生物过程等多种因素共同作用的结果,而且各要素之间关系复杂,要准确、及时地对蓝藻水华进行预警,那将是一项庞大的系统工程,这也就需要多项技术条件支撑。以下是根据作者多年实践经验和国内外研究进展对预警监测过程中行之有效的技术条件进行的分析。
4.1 现场观测
4.1.1 人工现场观测
人工现场观测看似最原始的监测方式,但也是最有效、最直观的监测方法。水华暴发初期的一个视觉特征是整个水体中有大量藻类颗粒聚集,藻类颗粒聚团增大,水体的颜色则是由清澈见底的青灰色逐渐转变成黄绿色、灰黄色;而当可见水华现象大量出现以后,整个湖面形成成片厚厚的一层藻类,有局部会有堆积现象;水华暴发后期时如果有藻类开始死亡,水面上的成片藻类中间会出现白色泡沫,另外还伴随着一个明显的味觉特征是出现腥臭味。因此,在预警监测过程中,应对水源地取水口外5公里范围的扇形区域布设监测点,进行定期人工现场视觉和味觉观测。同时,可以配备便携式水质监测仪器现场测定环境参数,如风速、风向、水文条件、水温、透明度、pH、溶解氧、蓝绿藻密度和叶绿素(在线蓝绿藻和叶绿素分析仪)等。对出现异常的水样还需要采集水样,带回实验室进一步分析。
4.1.2 在线实时观测
有条件可在线实时观测,如苏州市水源地采用电信“全球眼”系统,可24小时监测敏感区域湖面状况,效果较好。
4.2 卫星遥感监测及气象观测
对大型湖泊,卫星遥感监测技术具有宏观、动态、成本低等显著特点,其在蓝藻水华监测上的应用有着常规监测不可替代的优点,它既可以满足大范围蓝藻监测的需要,也可以动态跟踪蓝藻水华的发生、发展,有研究者用LandSat ETM+数据提前5周预报微囊藻水华的暴发 ]。因此,在预警监测过程中,中国可以利用过境频次高的EOS/MODIS遥感气象卫星影像资料进行解译,并运用光谱水质模型进行反演,结合太湖地区实时观测的风速、风向、光照、气温等资料,判断蓝藻移动方向、发生面积和离饮用水源地的距离¨ 。
4.3 水质自动在线监测
当饮用水源地水体中出现可见的藻类颗粒以后,需要密切关注水质参数的变化,尤其是溶解氧。经作者的实际观测,若溶解氧迅速上升,远远超过各种温度下饱和溶解氧值或者历史同期时,表明藻类在快速繁殖,此时是预警监测的关键阶段,需要引起高度重视,应加强观测和监测。有研究表明,叶绿素a浓度与溶解氧呈显著正相关关系,当溶解氧急剧下降,甚至达到零时,此时为最高警戒水平,因为大量藻类死亡,藻毒素完全释放到水体。因此,在预警监测过程中,水质自动在线监测水温、浊度、pH、溶解氧、总磷、总氮、叶绿素a,每4小时提供1次监测数据,重点关注溶解氧的昼夜变化,早晨6~8点溶解氧量若仍在下降,应密切关注,当然还要分析天气变化、光线强度、沉水植物对溶解氧的影响。但是水质自动在线监测的取水方式在监测蓝藻方面还存在严重缺陷,需要进一步改进。
4.4 实验室分析技术
4.4.1 藻群落结构监测
太湖地区水华暴发,一般优势种是微囊藻,而水华暴发前则是隐藻等其他藻类为优势种,因此监测藻类优势种所占的比例、叶绿素a含量和藻类总数量能有效预警蓝藻水华的暴发。另外,异味藻的监测也对蓝藻水华暴发的预测有一定的作用,一般蓝藻门里的微囊藻、颤藻等蓝藻的异味较大,而隐藻等其他异味藻的异味较弱,所以建议将蓝藻门的异昧藻作为重点预警藻类监测。
4.4.2 藻毒素的监测
水源水中的藻毒素有多种,从其毒性上可分为肝毒素、神经毒素和内毒素等。这些毒素都是由一些藻类产生的¨ 。在这些产生毒素的藻类中最常见最普遍的是蓝藻门的铜绿微囊藻,它既有霉腐味,又产生损害肝脏的微囊藻毒素,所以对该藻的监测预警是非常必要的,现在国际组织和中国的饮用水标准中已经明确规定了该毒素的安全限值不得超过l g/L。因此,可以将藻毒素临界点作为水华监测的预警值。
4.4.3 计算机模拟预判
大量实地的监测数据能很好地表征水体蓝藻的特征,但是要更准确地预测蓝藻水华暴发的过程,还需要通过大量水质模型的运算和推测。目前主要运用的模型有QUAL—II,WASP,SALMO等水质生态模型。此外,人工神经网络和决策树方法也已经成功运用到蓝藻水华暴发的预测中。蓝藻水华预警监测部门也应该加强这方面的研究和运用,以便更好地对水华暴发进行预测⋯ 。

5 蓝藻水华预警监测的评价与分级
5.1 评价标准
目前对蓝藻水华监测中的重要生物指标——藻类密度评价尚无统一的评价标准。笔者全面分析了2007年5月~l0月藻类水华多发阶段太湖东部湖区3个监测点的藻类监测数据
根据数据和结合现场观测分析,我们暂定评价标准为:太湖湖体藻类密度在五百万个细胞/升时,属于正常水平;藻类密度达到两千万个细胞/升时,应引起高度重视;当藻类显著聚集形成水华时,藻类密度一般超过两千万个细胞/升甚至上亿水平,应加以密切关注,防止藻类腐烂影响取水水质。
5.2 分级
5.2.1 临界状态(UI级黄色)
水体达到富营养化水平,水中可观测到明显的藻类颗粒物,部分区域出现零星的片、丝或带状藻类分布,叶绿素a含量达到10 mg/1TI ,蓝藻成为优势
种。
5.2.2 初步暴发(Ⅱ级橙色)
水体出现大片蓝藻分布,溶解氧数值大幅上升,明显高于历史同期水平,水体有腥臭味。叶绿素a含量大于10 mg/m ,蓝藻中微囊藻成为优势种,藻类种类数量减少。
5.2.3 严重暴发(I级红色)
水体出现蓝藻大量堆积,叶绿素a含量大于3Omg/m ,溶解氧数值明显下降,甚至达到零,水体有明显臭味。蓝藻中微囊藻成为优势种,藻类种类数
量明显减少。
5.3 综合评价
目前关于蓝藻水华预警监测的评价是个十分棘手但需要探讨的问题,每个湖泊的水环境状况不同,在蓝藻水华发生机理并不清楚的情况下进行评价是比较困难的。但是作者在蓝藻水华预警监测工作实践中,还是发现了一些关于如何进行综合评价的方向:一、需要摈弃传统理化指标几类水的概念,实践告诉我们,I、Ⅱ类水可能不会暴发蓝藻,但是劣Ⅵ类水同样不会暴发蓝藻;二、评价要结合气象、水温、理化、生物多方面综合考虑,实践中发现气温、风速、光照对蓝藻水华的影响较大。三、启动预警应采取评价和分级标准结合评判。

6 预警信息的发布(报出)
预警监测技术小组及时通过内部共用信息平台共享最新的预警监测信息,预警监测工作人员发现数据异常时,要经过三个部门的统一协商,上报预警监测工作领导小组。领导小组会同专家组协商蓝藻暴发的预警结果及其发展趋势,并将研判结果汇报政府和自来水厂。政府负责对太湖蓝藻暴发事件的新闻媒体报道实施管理、协调和指导,对蓝藻暴发事件进行正确的舆论引导,及时向社会公开蓝藻暴发事件的相关信息,保障公民享有知情权,并有效引导舆情,尽可能地减少社会心理恐慌造成的负面影响,树立政府新形象。

7 预警监测的终止
在采取一系列应急措施之后,根据预警小组的跟踪监测结果,当结果显示饮用水源地水质达标,蓝藻水华的影响基本消除,由市应急工作小组根据专家组意见作出决定,解除应急响应,恢复常效管理。


8 预警监测的保障机制
8.1 资金和物资保障
政府应预先设立蓝藻水华监测的专项资金,以及时应对蓝藻水华的暴发。各部门预警监测所需的资金由政府有关部门提出,经市财政审核后,按规定程序列入年度财政预算。各级财政和审计部门要对应急保障资金的使用和效果进行监管和评估。借鉴国内外蓝藻监测的先进技术,及时更新监测仪器,以提高应对蓝藻暴发的监测能力。
8.2 人才保障
蓝藻水华预警监测涉及环境、生物、化学、物理、气象、遥感、水文等多个学科,对专业技术人员的要求也较高,既要求扎实的专业基础知识,还要有丰富的实践经验。因此,对专业人才的培养显得尤为重要,也是科学预警的必要条件。可以通过引进来和送出去的方式对技术人员进行培训,引进在蓝藻监测方面有丰富经验的专家学者来对技术人员进行讲解和现场培训,或将技术人员送到科研院所进行系统的培训。
8.3 技术保障
蓝藻水华暴发的机理目前在学术界尚未有统一的定论,蓝藻水华的研究工作也需要更进一步的深入。政府应该鼓励对蓝藻的机理和防治技术研究,以及对蓝藻监测新技术的研发。水质预警的模型现在已经有很多,但是真正能在监测部门中推广的却很少,因此,要针对预警监测的需要,开发出最合适的水源地蓝藻水华的预警模型和数据库以提高监测部门的预警能力。


9 预警监测的不足
目前中国在一些重点流域和敏感水域已建立起水质监测网络和预警预报机制,但这些系统主要是依靠常规化学分析技术进行水质检验和分析,基本无针对蓝藻水华预警监测的方面。有关部门和人员对蓝藻的认识较为肤浅,对蓝藻发生规律性的认识,不少方面尚不及老渔民。蓝藻监测是一个系统工程,涉及
的学科多,需要的技术多,对从事本项工作的技术人员要求高。目前,人员综合素质参差不齐,需要大力培训提高;监测技术设备储备不足,无法满足各级环境管理部门和政府对蓝藻监测、预测和预报的要求;对蓝藻暴发的监测项目开展不全,不够重视。随着经济社会的发展,突发环境问题越来越多,蓝藻水华给我们环境监测工作敲响了警钟,就目前的监测手段主要为理化监测,很难说的清,生物生态监测到了非重视不可的地步。

责任编辑: 安恒环境科技

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