河流水华暴发成因分析及其生态恢复研究初探（林启才,刘德富,黄钰铃）

摘要: 湖泊、水库水体富营养化日趋严重，河流水华频繁发生，严重影响了水体的功能，改变了水生态环境。分析认为水华暴发的形成原因主要有以下3个方面:①营养物质相对比较充足;②气候条件相对比较适宜;③水流流态相对比较缓慢。结合水华成因对河流生态恢复的方法做了简单的探讨。通过生态治理，控制水体中COD、BOD、TN、TP等污染物的含量及藻类等的生长，河流的水华可以得到进一步的解决。

关 键 词: 水华;成因分析;生态恢复;研究

中图分类号: X52 文献标识码: A

对湖泊水华问题，国内外研究较多，已取得了大量的研究成果，而对河流富营养化与河流水华，其发生面没有前者普遍，国际上仅有澳大利亚、美国、加拿大和欧洲的一些发达国家进行过较为系统的研究，我国此项研究才刚刚起步。随着三峡大坝的蓄水，三峡库区逐渐形成，支流暴发水华的报道也开始增多，因此对河流水华的成因及其机理进行研究很有必要。

1 河流水华的成因分析

综合国内国际上河流暴发水华的成因可以归纳为以下3个方面:①营养物质相对比较充足（总磷、总氮等）;②气候条件相对比较适宜（包括水温、光照条件）;③水流流态相对比较缓慢（水的流速和水深）。只有在3方面条件都比较适宜的情况下，才会出现某种优势藻类疯长的水华现象。

1.1 营养物质相对比较充足

一般认为水华的发生首先是水体中的营养物质（如氮、磷等）过量增加，致使水体达到富营养化状态，这是发生水华现象的最重要的物质基础。以汉江为例:汉江中下游沿江城市的生活和工业污水处理率较低，入江主要污染物为CODMn 、BOD5 、总磷、总氮和挥发性酚等。近几年工业废水的排放量增长势头受到一定的抑制，但生活污水的排放量显著增加，排入汉江的废（污）水总量逐年递增，汉江水受到一定程度的污染。通过对汉江下游宗关断面1992～2000年2、3月份总氮、总磷实测资料进行比较发现，在此期间汉江水质状况都已基本达到富营养化标准（表1），即具备了水华发生的物质条件。1992、1998、2000年“水华”就是江水含有充足的营养物质基础上发生的。

另外，水华的发生还与水体氮磷比有关。据统计，在发生水华的枯水期，汉江水体氮磷比为10～15，尤其是氮磷比在13左右时水华最严重，而平水期和丰水期因比值过高和过低都未出现浮游植物疯长。

1.2 气候条件相对比较适宜

研究表明，水体中藻类的繁殖需要适宜的水温、光照等气象条件。水温是藻类进行光合作用的必要条件，决定细胞内酶反应的速率，并与植物的合成代谢及呼吸强度，以及对水中异样细菌等微生物的生理活性均有着密切的关系。温度是富营养化环境因子中的主导因子。尤其是蓝藻水华的优势种类微囊藻生物量在一定的水温范围内与之呈线性相关关系［1］ 。

水温升高可以促进藻类的生长繁殖，尤其在20～35℃范围内，生物量除随温升有较大增加外，藻类多样性指数下降，优势种突出;同时，水温升高使水体溶解氧较大幅度地下降，加快了有机物的氮、磷分解速度，使藻类生长繁殖有更多的营养物质，促进藻类大量生长，积累到一定程度，就会使水华暴发。

光照是影响浮游植物季节性变化的重要因素，它同时决定浮游生物在水中的垂直分布。在一定的光照范围内，光照增强促进浮游植物生长，不同的藻种对光照的反应也不同。营养盐充足的条件下，光照是浮游植物生长和演替的影响因子［2］ 。

1.3 水流流速相对比较缓慢

河水流速一般较大，不易发生水华现象。但枯水期水量小，加上水库回水顶托作用，使得部分支流河段水流流速较缓慢。污染物扩散相对较弱，与外域的交换相对较慢，水自净能力较差，污染物浓度特别容易富集并超过水体的水环境承载能力，到一定程度，将发生水华等严重污染事故。

研究表明，流速是决定汉江下游春季藻类生长的关键的动力学因子，藻类浓度与流速的倒数成指数关系［3］ 。

河流水华现象的发生有赖于以上3个因素的共同作用，相关因素关系见图1。当以上各条件都具备的时候，河流水华极易暴发。

2 水华水体的生态恢复

为了加速已被破坏的水生态系统的恢复，除了依靠水生态系统本生的自适应、自组织、自调节能力外，还需通过一些人工辅助措施为水生态系统的健康运行服务。与传统的水处理工程不同，水体修复不是限定在反应器中进行，不可能进行有控制性的反复实验。水生态系统修复涉及面广，对知识要求较高。在对任何水体进行生态修复时，都需要对现场进行科学调查，明确污染源，受污染的区域及当地的各种自然条件等。

在河流中存在的生物包括浮游生物、底栖动物、附着植物、巨型植物。污染河流的生态修复就是充分利用河流中的这些生物和河流的理化特征如流速、溶解氧等来恢复河流生态［4］ 。

2.1 加大河流枯水期的流量

在营养盐输入量一定的情况下，水动力要素是影响河流水质的第一要素。良好的水体交换能降低水体在河道内的滞留时间，提高流速。通过抽水贮存措施，或者由水工构筑物合理运行来加大枯水期的流量，增加河流的稀释能力。从生态工程的角度，则应在流域内种草植树，增加地下水的涵养量。贮水工程应优先考虑地下工程，以减少水份蒸发损失。对于已经发生水华的河流，从外流域引水将对水华现象有较大的改善作用，如“引江济汉”工程就会对汉江中下游的水华现象起到明显的改善作用。

2.2 底泥生态疏浚

底泥是水生态系统中物质交换和能流循环的重要中枢之一，底泥疏浚工程属于水生态整治工程。生态疏浚的目的在于清除高营养盐含量的表层沉积物，包括沉积在淤积物表层的悬浮、半悬浮状的絮状胶体等，属生态工程范畴，有别于一般的工程清淤概念。生态疏浚是以取走污染物或营养盐为主要控制目标。生态底泥疏浚是清除江河湖库内源污染的重要措施，将营养物直接从河道取出，进而解决内原释放而造成的二次污染。将取出污泥进行浓缩，然后施用于农田作肥料，改善土质。通过疏浚达到改善水环境的目标，并能为进一步修复和重建良好的水生态系统创造条件。

2.3 补放鱼种

关于水体富营养化的治理，国外流行生物操纵法（Biomanip-ulation）。经典生物操纵论者提出的治理对策是壮大浮游动物种群，然后借助浮游动物遏制藻类。生产实践中经常出现一个有趣的现象，就是很多高产养殖水体中，虽然氮、磷营养元素含量非常丰富但不出现水华，或即使有少量水华出现，也很快自行消失。这是因为水中摄食浮游植物的鱼类较多，当水华出现时很快被鱼类作为食物而吃掉。我们经过多年试验，在经常出现水华的鱼池，每公顷水面补放体重300g左右的白鲍鱼种1200～1800尾;如果水质较肥，水华较严重，白鲍鱼种的数量可增加到150～180尾。这样既有效地防止了水华的产生，又增加了鱼的产量。

2.4 生态化工程措施

生态化工程措施比较复杂，包括沉水植被的恢复、漂浮植物的恢复、水生动物的生态恢复以及人工湿地建设等。恢复河岸植被，利用芦苇等挺水植物提高水域净化能力，恢复河道天然湿地。利用生物膜自净原理在河道内铺设一些卵石，进而改变水环境生态链结构的单一性。生态化的工程应该结合使用，综合各方面的作用达到对污染水体的净化。

2.5 人工增氧

增氧是近年来处理污染河流的一种应急方法，尤其对城市水环境的整治起到了一定的作用。从生态工程学的角度，应当充分利用天然水坝的跌水水闸泻流等人工水上娱乐设施进行增氧。河流水域应设计以人工增氧为主的梯级复氧来改善水环境质量，对滞流区域可采取人工曝气的方法进行，如用曝气机曝气。

3 结语

河流水华的暴发严重影响了河流水体的各种功能，直接威胁人民的生活和身体健康，同时也改变了水的生态环境。要保护河流水质，防止藻类过量繁殖和形成水华，必须制定切实可行的环保措施，严格控制沿岸污染带及污染负荷，尽量限制高浓度污水排入江河。污染河流的生态恢复是一项跨地区、跨行业的综合性系统工程，其研究内容涉及两方面，即如何将缺损的生态系统重新改造使之恢复原有的生态功能;在此基础上，协调人与自然生态之间的关系。就污染河流净化能力的恢复而言，生物多样性的恢复至关重要，河水溶解氧水平则是一个关键，氧含量的恢复依赖于水流的紊流强度。因此，河道的水流状态、复氧能力、生物链的结构是河流恢复生态的主要因素。对受污染的水体进行生态修复，已是经济发展及环境建设的迫切需要。相信通过生态治理，控制水体中COD、BOD、TN、TP等污染物的含量及藻类等的生长，河流的水华可以得到进一步的解决。

参考文献:

［1］ 陈宇炜，高锡云.西太湖北部微囊藻时空分布及其与光温等环境因子关系的研究，见:蔡启铭编.太湖环境生态研究（一）.北京:气象出版社，1998.

［2］ 王爱军，王修林，王江涛等.光照对东海赤潮高发区春季硅藻生长的影响.中国海洋大学学报，2006，36（增刊）:173～178.

［3］ 王红萍，夏军，谢平等.汉江水华水文因素作用机理—基于藻类生长动力学的研究.长江流域资源与环境，2004，13（3）:282～285.

［4］ 郑天柱.污染河道的生态恢复机理研究.环境科学动态，2002，（3）:11～13.

作者简介: 林启才，男，三峡大学土木水电学院，硕士研究生。