摘要：八三年的引灤入津結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)化日趨嚴重成為產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 問題 之一。

關鍵詞：藻類監(jiān)測 富營養(yǎng)化 水質問題

一. 前言

八三年的引灤入津結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)化日趨嚴重成為產水部門面臨的最大難題。同時它也是世界水環(huán)境重大的水質問題之一。

水體富營養(yǎng)化不僅導致生態(tài)系統(tǒng)的破壞，且嚴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：藻類增多會嚴重堵塞濾池，運行周期縮短，降低產水率。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對 經濟 效益和 社會 效益都會產生影響。

二. 任務來源

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查，判定其水質呈中富營養(yǎng)狀態(tài)，隨著工農業(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，嚴重影響了水處理工藝的正常運行，盡管產水部門竭盡全力，但其效果并非令人滿意。

在我們不能改變源水水質的前提下，為確保九八年高藻期供水水質，公司主管領導組織相關人員進行對策性 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 依據。

三. 主要研究 內容 和技術路線：

(一). 收集湖泊、水庫富營養(yǎng)化調查的歷史資料，掌握灤河水庫富營養(yǎng)化研究現狀。

(二). 依據 “湖泊富營養(yǎng)調查規(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，其中水質參數 20項，生物參數 5項。

2. 根據本水系的特點，選擇于橋水庫為主要調查點，上游水庫大黑汀、潘家口為輔助調查點，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 (單參數和 Carlson指數法 )對水庫富營養(yǎng)狀況進行近似評價 .

(五). 技術路線見圖 2。

四. 調查結果

(一). 水質參數的調查

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，并呈現不同程度的分層現象，使表層和底層水諸如溶解氧之類的指標改變，促使營養(yǎng)鹽在深、表層不斷地遷移和積累，隨著營養(yǎng)負荷的不斷加大，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，結果見表1。

表1： 一九九九年原水水庫 S1～S6各站位水溫數據 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)S6
4月	15.0	14.3	13.8	15.0	/	/	/	/
5月	19.5	20.0	18.5	20.0	18.0	17.5	18.5	17.0
6月	25.0	23.0	23.0	20.0	/	/	/	/
7月	28.0	29.4	26.0	28.0	27.2	26.0	25.5	25.0
8月	25.0	25.0	18.0	25.0	24.0	/	/	/
9月	17.0	20.0	17.0	18.0	/	/	/	/
10月	15.5	19.8	13.0	13.9	14.8	15.4	15.1	14.5
11月	9.5	7.8	8.5	9.0	10.5	11.8	11.4	11.8
X	19.3	19.5	17.6	18.6	18.9	17.7	17.6	17.1

從 4～ 11月監(jiān)測結果來看，于橋水庫各站位( S1～ S3)高于 15℃點次占總數的 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、表層水溫調查結果表明： 4～ 5月份溫躍現象稍有回升，即表層溫度稍高于底層，溫差變化較小;從 8～ 10月份為溫躍現象明顯期，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，如葉綠素、藻類計數均達全年峰值，分別為 125μ g/L和 1.6億個>/L。由此可見上述指標反映了該時期富營養(yǎng)化現象較為突出。

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渾濁，透明度下降，富營養(yǎng)化水體判定標準是透明度<2米。

從九九年對于橋水庫 S1～ S3各站位的調查結果看，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;尤為嚴重的是 果河橋(S3)站位在8月、10月兩次調查中透明度僅為0.2米，處于嚴重的污染狀態(tài)。

上游水庫各站位(S4～S6)透明度指標略好于前述站位;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. p H：

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，此高值出現在藻類高發(fā)期。根據其生長規(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站位調查發(fā)現 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)。此單項指標反映了水體富營養(yǎng)特征較為明顯。

(二). 營養(yǎng)元素的調查

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

1. 總 N：

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

2. 總 P

總磷調查結果見圖7。由圖7可見S4～S6站位總磷含量偏低，10月超過富營養(yǎng)化標準值達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)標準的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)化水體標準值，磷含量在夏季較豐富，原因除與外源性氮、磷污染有關外，與溫躍期底泥中氮、磷的釋放密切相關。

3. 硝酸鹽氮

在此次調查中也發(fā)現硝酸鹽氮季節(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數據 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>S1	2.50	2.09	0.82	< 0.01	0.44	0.43	0.49	0.85
九百戶站位> S2	2.61	2.19	0.64	0.16	0.89	1.03	0.87	1.47
果河橋站位> S3	4.47	6.11	3.04	1.16	2.86	2.77	2.80	2.64

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). 生物參數的調查結果

1. 浮游植物

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

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，其含量多少是水庫富營養(yǎng)化程度的重要標志，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 129μ g/L，超過 5類水體標準值( 65μ g/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)化在夏季尤為嚴重。

② 藻類計數和藻類優(yōu)勢種：

九九年對各站位浮游藻類密度(藻類計數)進行了檢測，從全年的檢測結果看，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 S1	136	39	394	1.3億	8919	7008	2536	1270
九百戶站位> S2	642	38	584	1.6億	1.6億	5702	3424	278

由表 5可見其調查結果均符合富營養(yǎng)化水體藻類的生長規(guī)律，藻類的數量隨季節(jié)變化而變化在溫躍期也即藻類高發(fā)期( 7-9月)，藻類數量明顯增加，最高時達到 1.6億個/ L。

調查結果發(fā)現原水藻類優(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。產生的毒素主要是肝毒素和神經毒素。

天津原水的藻類優(yōu)勢種檢測中發(fā)現在藻類高發(fā)期均有微囊藻、魚腥藻、束絲藻和顫藻等有毒藻類出現，有時微囊藻多達 80%， 98年巴黎 歷史 博物館曾經對天津原水中的藻類毒素進行檢測，濃度為 2～6μ g/L，是世界衛(wèi)生組織規(guī)定標準( 1μ g/L)的 2～6倍，天津在今年 8月份的藻類毒素初檢中發(fā)現原水藻類毒素 LR為 0.13μ g/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據，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物。

在生物學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，只是在數量上會隨季節(jié)變化而增減。

經1999年對浮游動物調查結果可以發(fā)現，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 經濟 合作與開發(fā)組織( OECD)關于湖泊環(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 Bosmina Longirostris(長額象鼻蚤)和 Daphnia ucullata(僧帽蚤)。此次調查中發(fā)現這兩個特征種群在部分站位皆出現，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	( Chroococcus Nag ) ( Mirocystis Kutz ) ( Oscillatoria Vanch ) ( Merismopdia Mey ) ( Dactylococcopsis Hansg )
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	( Chlorella BEij ) ( Pcdiastrum Mey Lemm ) ( Vlothrix Ktitz ) ( Coccomyzo Schm ) ( Spirogyro Link ) ( Scenedesmus Mey )
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	( Melosira Ag ) ( Cyelotella Kutz ) ( Gragilaria Lyngby ) ( Synedra Ehr ) ( DiplonEIs Ehr ) ( Navicula Bory )
金藻門	金藻綱	金藻目	棕鞭藻科	錐囊藻屬	( Dinobryon Ehr )
黃藻門	黃藻綱	黃絲藻目	黃絲藻科	黃絲藻屬	( Tribonema derb ET sol )
甲藻門	橫裂甲藻亞綱	多甲藻目	角甲藻科	角甲藻屬	( Ceratium Schr )
裸藻門	裸藻綱	裸藻目	裸藻科	裸藻屬	( Englena Ehr)
>隱藻門	隱藻綱	此門僅一科	隱鞭藻科	隱藻屬	( Cryptomonas Ehr )

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)，我們選用單參數及 Carlson指數法對灤河水體富營養(yǎng)化變化趨勢進行初步評析。

1. 單參數水質特征近似評價法

根據富營養(yǎng)化主要特征指標的單項參數調查可以看出，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、葉綠素等指標均超過富營養(yǎng)化標準值，浮游藻類在此期間數量明顯增加，優(yōu)勢種出現藍藻，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。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( TSIM)近似評價法

為避免單參數評價的片面性，我們選用此 方法 進行多參數綜合評析。該方法采用湖泊富營養(yǎng)化主要代表性指標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 ]/ ln 2)

TSI(>CHLa)= 10×( 6-{ 2.04- 0.68 ln[ CHL a]｝/ ln 2)

TSI( TP)= 10×( 6- ln [ 48/ TP ]/ ln 2)

式中： TSIM： Carlson營養(yǎng)狀態(tài)指數;

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值數據

	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）	56	67	60	75	70	74	46	54	45	48	44	49
TSI（ TP）	61	69	67	76	69	72	47	57	47	57	51	54
TSI（CHLa）	65	73	69	76	55	49	46	55	44	50	42	46

由表 5可見，于橋水庫各站位 4～11月均值的 TSI為 55～70。其中 TSIM值在富營養(yǎng)值范圍內( 55～65)的點次占 56%， 44%的 TSI值在接近超富營養(yǎng)狀態(tài)。而在藻類高發(fā)期 7～9月的 TSI值統(tǒng)計中發(fā)現，僅果河橋一點處于富營養(yǎng)狀態(tài)( TSI (CHLa) = 49)以外，其他值均為 67～73。接近超富營養(yǎng)狀態(tài)，由此可見，于橋水庫富營養(yǎng)狀態(tài)在藻類高發(fā)季節(jié)已逐步由富營養(yǎng)向超富營養(yǎng)化過渡，而從全年檢測 TSI值月變化 規(guī)律 看峰值期為 7～9月(見圖8 一九九九年原水水庫 S1～S3站位 TSI指數月變化規(guī)律)。

六. 結果與討論

(一). 通過上述藻類調查初步得出以下結論

1. 源水富營養(yǎng)化因子有明顯的變化規(guī)律。

2. 三大水庫自上游至下游富營養(yǎng)呈遞增的趨勢(特別是從大黑汀至果河橋兩站位變化尤為明顯，見圖10、11)，7～10月于橋水庫水體達富營養(yǎng)甚至趨于超富營養(yǎng)狀態(tài)。

3. 水庫水體逐年惡化，九九年比九八年污染嚴重 s。

(二). 藻類監(jiān)測指導、服務于生產的必經之路：

1. 為了解決源水藻類季節(jié)變化規(guī)律，必須進行全項監(jiān)測，以便選擇多個有規(guī)律的項目進行 分析 。

初步了解藻類變化規(guī)律后，把監(jiān)測工作重點轉向 影響 水處理的高藻期(6月至10月)，為盡快將源水信息提供給水廠，必須選擇主要指標進行檢測(如 pH、葉綠素、藻類計數、氨氮等)。

3. 檢測方法普及到水廠，使各水廠根據進廠水質含藻情況合理調整水處理參數。

(三). 對改善水源水質緩解藻類生長的幾點看法：

1. 改善輸水方式，保證水庫處于良好的運行狀態(tài)。

加強水源防護，對外源性污染采取有效的控制措施(如：引灤沿線的遵化地段的 工業(yè) 污染)最大限度地減少污染負荷。

3. 對水庫進行治理，清淤，做前置庫，種植沉水植被。

參考 文獻

1. 《湖泊富營養(yǎng)化調查規(guī)范》(第二版) 金相燦、屠清瑛主編 1990年;

2. 《 中國 湖泊富營養(yǎng)化》 金相燦、劉鴻亮等編著 1990年;

3. 《中國淡水藻類》 胡鴻鈞、李堯英等編著 1980年;

4. 《環(huán)境微生物學》 翁酥穎等編著

5. 《于橋水庫富營養(yǎng)化調查》 李思明、王建華等編著 1988年。