汉江下游硅藻水华调查及影响因素分析

陈建华，谢占领，熊 晶

（1.湖北黄达环保技术咨询有限公司，湖北 黄冈 438000；2.黄冈市生态环境局英山县分局，湖北 黄冈 438700；3.湖北省生态环境监测中心站，武汉 430000）

汉江是长江的最大支流，全长为1 577 km，其中湖北省境内有920 km，流域面积为6.24 万 km2，流经十堰、襄阳、荆门、潜江、孝感、天门、仙桃、武汉等城市。汉江是湖北省重要的饮用水、农业用水水源和内河航道，同时是两岸生活污水、农业污水和工业废水的纳污水体。历史上，汉江曾多次发生水华，给居民生活和生产用水带来隐患。2015 年1 月13 日至23 日，汉江下游潜江至武汉段再次出现水色异常情况，相关人员及时进行调查研究。

1 材料和方法

1 月13 日汉江暴发水华后，根据水华范围，选择汉江干流的潜江泽口、仙桃三水厂、汉川二水厂和宗关水厂等四个断面，于1 月13 日、14 日、16 日、19 日、22 日和23 日进行藻类和常规水化学监测。24 日，水华消退，监测停止。浮游植物采样和镜检鉴定采用常规方法。

2 监测结果与分析

本次水华期间，根据水质监测结果，汉江下游潜江至武汉段各监测断面水体的pH 大于7.9，溶解氧（DO）浓度大于10 mg/L，水温大于9.5 ℃。水质监测数据显示，各监测断面水体偏碱性，溶解氧浓度较高，水温较往年同期高，总磷与往年同期较为一致。下面分析汉江下游潜江至武汉段浮游植物监测结果。

2.1 浮游植物群落组成

本次调查共检出浮游植物5 门45 种，其中，硅藻门有10 种，蓝藻门有13 种，绿藻门有18 种，隐藻门有3 种，裸藻门有1 种，分别占总种类数的22.22%、28.89%、40.00%、6.67%、2.22%。从上游到下游，4个监测点位藻类密度均值介于（1.80～2.33）×107个/L，且优势种均为硅藻门小环藻。浮游植物群落主要由硅藻门藻类（密度占比大于50%）组成，其次为绿藻门藻类，蓝藻门和其他门藻类较少。潜江泽口和仙桃三水厂藻类总密度相近，而且都低于汉川二水厂。

2.2 浮游植物密度的时空变化

2.2.1 浮游植物密度的时间变化

本次汉江下游水华出现一次峰值，1 月14 日，藻密度峰值为4.61×107个/L。15—22 日，藻密度逐步趋于稳定，保持在（1 ～2）×107个/L，其为轻度水华。23日，潜江泽口断面藻密度降至0.83×107个/L，水华现象基本消退，其余断面藻密度也呈降低趋势。24 日起，汉江下游流域出现新一轮雨雪及降温天气，此次水华现象完全消退，如图1 所示。

图1 汉江干流藻密度时间变化

2.2.2 浮游植物密度的空间变化

1 月14 日，潜江泽口、汉川二水厂断面藻密度出现峰值，随后明显下降。仙桃三水厂、武汉宗关断面藻密度波动较小，16 日后亦出现下降，趋于稳定，如图2 所示。

图2 汉江干流藻密度空间变化

3 本次和历次汉江干流水华对比

3.1 汉江藻类组成比较

自20 世纪90 年代以来，汉江干流在1992 年、1998 年、2000 年、2003 年发生4 次大范围的水华。历史上，汉江水华多发生在早春2 月中下旬至4 月上旬，发生多的河段为潜江至汉口段；水华的优势门类为硅藻，其次为绿藻；与本次水华相比，藻类组成门类较为相似，这与硅藻门和绿藻门藻类易于在初春和秋末快速增殖有关[1-2]。汉江干流水华藻类群落比较如表1 所示。

表1 汉江干流水华藻类群落比较

3.2 水质参数比较

与汉江干流1998 年、2000 年水华时期的水质参数对比，2015 年仙桃至汉川段的pH、溶解氧和总磷含量均有不同程度的升高。1998 年和2000 年，汉江不同河段的流速均不大于0.5 m/s，pH、溶解氧含量和总磷含量较为相近。水利枢纽的兴建抬高了枯水期水位，水体流速大幅降低，水环境容量减小，氮磷含量逐年增大。1998 年和2000 年的汉江大规模水华影响范围已达到钟祥，汉川水华可能向上游蔓延至沙洋以上河段[2]。

4 汉江水华形成原因分析

4.1 营养盐

研究认为，汉江下游水体中充足的氮、磷营养盐可能是近年来汉江中下游水华频发的根本原因，其中氮、磷浓度可能是影响水华分布范围的限制性因素。近几年监测结果表明，在水华易发的1—3 月，汉江中下游总氮浓度普遍超过1.5 mg/L，个别断面超过2 mg/L；汉江中游总磷浓度平均超过0.03 mg/L，汉江下游总磷浓度平均达到0.064 mg/L，个别断面有些月份超过0.1 mg/L。

4.2 水文

春季枯水期低流量和低流速是汉江中下游水华暴发的重要原因。发生水华年份汉江下游流量（流速）明显小于不发生水华年份。仙桃站流量不大于500 m3/s，汉江河口临界流速不大于0.3 m/s 时，水华不易暴发[3]。但是，随着汉江流域水利工程的建设，临界流量和流速也发生变化。

4.3 气象

同步气温观测数据表明，本次水华发生时期最高气温持续超过10 ℃，高于同期至少3 ℃且持续5 d以上；阴雨低温天气对水华的消退有促进作用。汉江中下游历次硅藻水华发生时的实测水温在10 ℃以上，比不发生水华年份至少高2 ℃。1992 年水华延续至3 月7 日，汉江中下游地区普降雨雪，气温骤降，水华很快消失。1998 年2 月水华也有类似情况。5 月后，气温快速升高，汉江中小环藻不占优势，不形成水华[4]。汉江干流水华条件比较如表2 所示。

表2 汉江干流水华条件比较

5 水利工程对汉江水华的影响

水华现象是水生态系统对外界影响因子的一种综合反映，也是水生态系统自身变差的体现。引江济汉工程建成后，为降低汉江水华暴发率，汉江下游水体流量加大，而本次汉江下游潜江至武汉段水华的暴发给环境保护带来艰巨挑战，水华的发生原因有待进一步研究。随着汉江兴隆段水利枢纽工程的兴建，汉江水华存在上移的可能[5]。

6 结论

本次汉江水华较以往水华的发生时间提前约1 个月，同时水华历时较短。这是营养盐、气候和水文条件共同作用的结果，亦有可能是水质严重恶化的表现。其间，汉江流量高于历史水华年份，但气温异常偏高，营养盐也呈上升趋势，因此异常高的气温条件是本次水华的重要诱发因素。水利工程的兴建可以降低水华发生率，但汉江中游亦存在暴发水华的可能，未来仍需要加强研究和监测。