陳 輝

(福建省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，福建 福州 350001)

1 東張水庫(kù)概況

東張水庫(kù)位于福建省福清市，是一座以供水為主，結(jié)合灌溉、防洪、發(fā)電的水庫(kù)，東張水庫(kù)是福清市水源地一級(jí)保護(hù)區(qū)，水質(zhì)執(zhí)行地表水Ⅱ類標(biāo)準(zhǔn)。東張水庫(kù)建于1957年，壩址以上集水面積200km2，多年平均徑流量1.992億m3。水庫(kù)正常蓄水位54.54 m，死水位40.54 m，汛限水位54.04 m，校核洪水位55.92 m(P=0.05%)，總庫(kù)容2.06億m3，調(diào)節(jié)庫(kù)容1.55億m3，屬于大型水庫(kù)，具有多年調(diào)節(jié)性能，設(shè)計(jì)供水量為15萬t/d。

水庫(kù)一般在3月、4月開始蓄水，至8月接近50m，7～9月保持高水位運(yùn)行，水位一般在49～50m，水深一般在25～30m；10月以后水位逐漸降低，水深在20～25m；1～4月，水位多保持在45m高程，水深在20m左右。

東張水庫(kù)高干渠底板高程37.8m，設(shè)計(jì)流量20.7m3/s，低干渠底板高程31.0m，設(shè)計(jì)流量5m3/s，非常泄洪洞底板高程42m。

2 藻類的危害

近年來，隨著全球變暖以及各類污水排放量增加，水華現(xiàn)象頻繁發(fā)生，藍(lán)藻是導(dǎo)致我國(guó)湖泊和水庫(kù)發(fā)生水華的主要藻類之一，藍(lán)藻水華是指引起水華的主要優(yōu)勢(shì)種群藻類是藍(lán)藻。引起水華的藍(lán)藻細(xì)胞具有氣囊，有較強(qiáng)的浮力，易受溫度、光強(qiáng)、風(fēng)力等外界環(huán)境條件影響而上浮或下沉。許多水華藍(lán)藻，如產(chǎn)毒微囊藻等，能分泌微囊藻毒素，具有致癌、致畸等毒副作用，還有些藍(lán)藻會(huì)產(chǎn)生嗅味物質(zhì)如GSM、2-MIB等，會(huì)嚴(yán)重影響水源水質(zhì)。

3 東張水庫(kù)藻類時(shí)空分布規(guī)律

東張水庫(kù)運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)，取水會(huì)受藻類爆發(fā)影響，因此必須研究水庫(kù)的藻類垂直分布規(guī)律，找到最佳取水位，通過水庫(kù)運(yùn)行調(diào)度，取水避開藻類密集區(qū)，保證供水安全。

3.1 東張水庫(kù)藻類年內(nèi)逐月分布規(guī)律

為了解東張水庫(kù)藻類分布規(guī)律，在東張水庫(kù)入庫(kù)、庫(kù)灣、庫(kù)中、壩前布設(shè)采樣斷面，壩前垂直方向每5m進(jìn)行取樣，監(jiān)測(cè)周期1年，為2016年8月至2017年7月的每個(gè)月份。藻類數(shù)量檢測(cè)利用定量PCR技術(shù)，如圖1所示。對(duì)水華期間(2017年4月～7月)藻類同時(shí)進(jìn)行顯微鏡觀察分析。

壩前綠藻數(shù)量在3.77×107～0.43×107個(gè)/L，藍(lán)藻數(shù)量在38.3×107～1.14×107個(gè)/L，東張水庫(kù)藻類以藍(lán)藻為主，同時(shí)在4～7月形成優(yōu)勢(shì)種，藍(lán)藻數(shù)量為38.3×107～7.27×107個(gè)/L。

如圖1所示，東張水庫(kù)2016年8月～2017年3月入庫(kù)、庫(kù)灣、庫(kù)中、壩前斷面藍(lán)藻數(shù)量差別不大，4月各斷面藍(lán)藻數(shù)量急劇升高，5月各斷面藍(lán)藻數(shù)量迅速下降，6～7月逐漸升高，7月再一次達(dá)到峰值。當(dāng)藍(lán)藻數(shù)量超過108個(gè)/L時(shí)，能明顯看到藻類團(tuán)聚現(xiàn)象，表明水庫(kù)已發(fā)生輕微水華。

圖1 藍(lán)藻數(shù)量逐月分布情況

為研究東張水庫(kù)內(nèi)水華藍(lán)藻的危害程度，本次同步對(duì)產(chǎn)毒微囊藻數(shù)量進(jìn)行定量分析，結(jié)果表明，東張水庫(kù)內(nèi)產(chǎn)毒微囊藻數(shù)量占藍(lán)藻總數(shù)的6%～58%，4～7月產(chǎn)毒微囊藻的占比分別為17%、58%、15%和6%，表明產(chǎn)毒微囊藻比例較高，存在產(chǎn)毒微囊藻毒素污染的威脅。

3.2 東張水庫(kù)藍(lán)藻垂直分布規(guī)律

東張水庫(kù)壩前斷面藍(lán)藻數(shù)量分層情況見圖2。

圖2 壩前藍(lán)藻數(shù)量垂直分布情況

8月～次年3月藍(lán)藻分層不明顯，4～7月藍(lán)藻分層現(xiàn)象比較明顯。4月藍(lán)藻數(shù)量表現(xiàn)出表層>20m>15m>10m>5m的規(guī)律，5月藍(lán)藻數(shù)量5m>表層>10m>20m>15m，6月藍(lán)藻數(shù)量表層>5m>10m>20m>15m，7月藍(lán)藻數(shù)量表層>5m>10m>15m>20m。4～7月藍(lán)藻主要生活在0～8m水層，即水庫(kù)上層是藍(lán)藻的密集區(qū)，藍(lán)藻數(shù)量達(dá)到108個(gè)/L以上。值得關(guān)注的是，4月20m水深處的藍(lán)藻數(shù)量高于中上層，這一現(xiàn)象在2016年12月也出現(xiàn)過，說明可能有一部分藍(lán)藻來自底泥。

對(duì)水華期間(2017年4月～7月)藻類進(jìn)行顯微鏡觀察分析，發(fā)現(xiàn)水華藍(lán)藻以微囊藻為主。有研究表明，微囊藻之所以在春末到晚秋季節(jié)在富營(yíng)養(yǎng)化水體漂浮聚集形成水華，是因?yàn)榧?xì)胞內(nèi)氣囊浮力的作用，在冬季氣囊坍塌失去浮力沉入水體越冬，待到第二年春天溫度適宜時(shí)重新形成氣囊浮上水面。也有學(xué)者認(rèn)為，冬季水華消失主要是因?yàn)榈蜏厥顾{(lán)藻合成蛋白質(zhì)的能力弱化，合成碳水化合物的能力增強(qiáng)，使碳水化合物占細(xì)胞干重的比例迅速增加使細(xì)胞下沉，待到第二年春天溫度適宜(>14℃)藻細(xì)胞復(fù)蘇，在微弱光照刺激下進(jìn)行光合作用，藻細(xì)胞不斷增多，形成群體膠質(zhì)，增加了浮力，藻細(xì)胞上浮能捕獲更多光能，促進(jìn)細(xì)胞更快生長(zhǎng)，最終上浮至表層，表層4～7月藻類數(shù)量密集，形成水華。甚至有學(xué)者在水庫(kù)沉積物中檢測(cè)到微囊藻細(xì)胞。總體而言，春季水華藍(lán)藻主要是來自底泥，這與本文得出的結(jié)論是基本一致的。

4 藻類消減建議

東張水庫(kù)的水源水可能存在微囊藻毒素的安全隱患。為減少藻類對(duì)供水影響，建議采取以下藻類消減措施。

(1)排泄法。4月份東張水庫(kù)，表層和底層是藻類密集區(qū)。汛前春季即4月份利用非常泄洪洞(最大水深約8m)和低干渠(最大水深約19m)分別泄放水庫(kù)表層和底層高密度的藻類，減少水庫(kù)的藻類數(shù)量。

(2)分層取水法。4～7月水庫(kù)藻類數(shù)量分層明顯，表層藻類密度比較大，中層密度比較小，為避開表層藻類高密度水層，通過高干渠(底板高程37.8m)取水庫(kù)中層(最大水深約12.2m)藻類數(shù)量相對(duì)較少的水，向福清各水廠供水。

8月至次年3月，水庫(kù)上、中、下層藻類數(shù)量沒有明顯分層，可以利用非常泄洪洞或高干渠發(fā)電后向水廠供水。

(3)4～7月，在保障供水的前提下，高干渠發(fā)電機(jī)組滿負(fù)荷發(fā)電，最大水量泄流，提高水庫(kù)流動(dòng)性，破壞藻類等浮游植物繁殖的生存條件，降低水庫(kù)水華爆發(fā)的可能性。

(4)過濾法。水華爆發(fā)期間，在水庫(kù)取水口外設(shè)置圍隔或?yàn)V網(wǎng)，將大部分藻類阻隔在取水口外面，有利于降低取水口附近水域藻類數(shù)量。

(5)分解法。取水經(jīng)高干渠發(fā)電后向水廠供水，通過水輪機(jī)高速運(yùn)轉(zhuǎn)撞擊，可分解大部分藻類，藻類大量死亡，減少水廠原水中藻類密度，可以減輕水廠除藻壓力。

5 結(jié)論

東張水庫(kù)藍(lán)藻呈明顯的季節(jié)變化，春夏季垂直分層明顯，即春、夏季出現(xiàn)藻類表層爆發(fā)，利用這種藻類分布規(guī)律，在水庫(kù)運(yùn)行調(diào)度中提出水庫(kù)汛前排泄藻類，同時(shí)利用這個(gè)變化規(guī)律及時(shí)調(diào)整取水口高程，減少水華藻類對(duì)水廠供水水質(zhì)的影響。