紙坊水庫水華暴發的分析與探討

韓學洋 林治寶 姚軍超* 張文杰

（1 威海市水利事務服務中心 山東 威海 264200 2 榮成市水利事務服務中心 山東 威海 264200）

引言

水源地是一個地區的重要生態屏障和戰略資源，特別是在水危機日益嚴重的當下，多措并舉守護住“第一道防線”，有效預防與應對水華爆發，對保護水源地生態環境、保障人類健康、促進可持續發展、維護社會穩定具有重要的現實意義。

1 紙坊水庫的基本情況

紙坊水庫位于山東省威海市榮成市埠柳鎮埠柳村南，埠柳河上游，1958 年開始動工修建，1960 年建成蓄水，是一座兼顧防洪、供水、灌溉、養殖和發電等綜合利用的中型水庫?？刂屏饔蛎娣e30km2，總庫容1651 萬m3，興利庫容870 萬m3（興利水位52.57m），死庫容150 萬m3。正常養魚水面73hm2，最大養魚水面113hm2。2015 年以來年平均城市供水量約300 萬m3，多年平均發電量7.1 萬kWh。水庫流域主要由當地著名的偉德山脈北坡構成，占總流域面積的2/3 以上；水庫流域內現有黑夼?。ㄒ唬┬退畮煲蛔?、梨夼等?。ǘ┬退畮? 座。

2 近年水庫降雨蓄水情況

2015 年以來，威海市遭遇了歷史上罕見的連續多年干旱少雨，水庫蓄水嚴重不足，城市供水告急，危急時刻，引黃調水和南水北調東線工程的開通幫助威海市區擺脫了用水緊張的窘境。根據現有資料統計（見表1），紙坊水庫多年平均降雨量為778mm，同其他水庫一樣，2015 年以來，降雨量逐年下降，而供水量卻逐年加大，入不敷出現象十分突出。2017 年以來，為保城市供水，不得不停止了農業灌溉供水。近年來，水庫最低水位出現在2019 年12 月31 日，水庫水位42.48m，庫容186 萬m3。2021～2022 年，威海地區連續2 年進入豐水期，年來水量均超過1000 萬m3。

表1 2009 ～2022 年紙坊水庫降雨量、來水量、供水量、泄水量情況統計

3 水庫漁業發展情況

從20 世紀90 年代開始，紙坊水庫積極探索以水庫養魚為主的綜合經營，發揮水土資源優勢，增加經濟收入，有效解決了當時經費不足的矛盾，對穩定職工隊伍，提升管理水平發揮了重要作用。

紙坊水庫上游流域位于榮成市偉德山脈，屬于比較典型的山地丘陵型水庫。由于流域內村莊稀少，故外源性營養物質含量不高。據20 世紀末山東省水利廳組織的大中型水庫漁業資源調查顯示，該水庫浮游植物生物量為2.9mg/L，以藍藻、硅藻、甲藻為主，占總量的90%；浮游動物生物量為0.75mg/L，按當時水庫營養類型劃分屬于中營養型水庫。多年魚產量在0.5～0.6 萬kg，折算畝產量為78kg/hm2[1]。

為提高水庫漁業產量，紙坊水庫從20 世紀90 年代中后期開始，積極發展投餌網箱養魚和大水面施肥養魚，先后開展了網箱養殖建鯉、方正鯽、荷包紅鯉、羅非魚等成魚養殖，大大提高了大水面魚產量和經濟效益，水庫漁業最高產量達到7.6 萬kg（1997 年），基本實現依靠養魚、發電、灌溉等解決吃飯問題。

進入21 世紀以來，隨著經濟社會發展對水資源的需求激增，紙坊水庫于 2008 年開始向城鎮供水，由于水質要求限制，包括網箱養魚在內的精養、半精養的養殖方式全部從水庫退出，水庫養魚回歸到人放天養的生態養殖模式中。2005 年以后，威海市大中型水庫管理體制改革，由于財政狀況不同，各市區分別采取不同的管理模式。包括紙坊水庫在內的榮成市4 座大中型水庫管理體制在2005 年發生較大變化，從原來由水利局直接管理改為由水務集團管理模式，2010 年以后又改為水利局管理，但實行的是收支2 條線模式。該模式的優點在于管理隊伍工資得到保證，但其他方面經費支出缺乏主動權，因此水庫漁業地位不斷弱化，又正逢威海市遭遇2013～2020 年罕見連續多年干旱少雨，2016～2019 年連續4 年未向水庫投放魚種，2016～2022 年連續7 年未形成漁業產量。據統計，2016 年前的近40 年，紙坊水庫多年平均魚種投放量保持在12 萬尾左右，成魚捕撈量1 萬kg 左右，最高年份大水面魚產量4.3 萬kg。

4 水華暴發及其原因分析

2022 年9 月中旬開始，紙坊水庫從上游一直到大壩迎水坡前所有水域逐漸變成黃綠色，9 月15 日整個水面呈現黃綠色、深綠色，水體透明度下降至30cm 左右。圖1、圖2 為當時無人機拍攝的照片。

圖1 紙坊水庫上游水華照片

圖2 紙坊水庫中游水華照片

4.1 主要理化因子檢測

水華發生后，水庫管理所及時向上級有關部門進行匯報，同時邀請榮成市環保局（原）、山東省水環境監測中心威海分中心、山東省淡水生物研究院“測水配方、放魚養水”課題組等水質檢測機構專家進行現場采樣分析，各檢測單位均在水庫上、中、下游取3 個斷面，前期及后期部分水質指標檢測結果如表2、表3 所示。

表2 紙坊水庫水華前期部分水質指標檢測結果(2022.09.16)(單位：mg/L)

表3 紙坊水庫水華后期部分水質指標檢測結果(2022.09.24)(單位：mg/L)

本次紙坊水庫水華暴發，主要受前期強降雨影響，時間短，面積廣，覆蓋水庫全部水域。在監測的主要理化指標中，部分指標完全超出地表水Ⅲ類標準，其中總氮超標3～5 倍及以上，高錳酸鉀指數超標50%～90%，總磷超標20%～100%。PH超出6～9 正常值范圍，據分析可能與浮游植物強烈光合作用造成的急劇變化直接相關（降雨過后連續多天高溫晴天）。從區域分布看，初期上游最為嚴重，中游、下游依次減輕；水體透明度中下游好于上游，在水華后期尤為明顯。從時間變化看，隨著時間發展，水體總氮隨水流逐步從上游到下游，造成全域性高氮環境；總磷變化不大，但氨氮隨時間發展呈現明顯下降趨勢；高錳酸鉀指數與氨氮變化趨勢一致；水體透明度隨時間變化逐漸加大，呈好轉趨勢。

4.2 浮游植物檢測

4.2.1 種類組成

通過對水庫浮游植物采樣分析，紙坊水庫共采集到浮游植物7 門22 種屬。其中，綠藻門種類最多，有7 種，包括球衣藻、四孢藻、小球藻、三葉四球藻、網狀空星藻、雙對柵藻、小空星藻；硅藻門5 屬，包括小環藻、舟形藻、雙壁藻、橋穹藻、菱形藻；藍藻門3 種，包括微囊藻、色球藻、席藻；甲藻門包括微小多甲藻、光甲藻；裸藻門包括帶型裸藻、尖尾扁裸藻；隱藻門包括藍隱藻、哧蝕隱藻；金藻門1 種，為變形棕鞭藻。

4.2.2 群落特征與豐度變化

紙坊水庫不同采樣站點浮游植物豐度及生物量存在一定差異，表現為下游（1.48×106ind/L）＞庫區（1.45×10ind/L)＞上游（1.05×106ind/L)。生物量變化趨勢基本一致，下游（8.58mg/L)＞庫區（7.26mg/L)＞上游（5.45mg/L）。

浮游植物豐度組成比較一致，均是藍藻門所占比例最高，其次為綠藻門，其他門類所占比例較低。紙坊水庫浮游植物豐度組成情況見表4。

表4 紙坊水庫浮游植物豐度組成情況分析

4.2.3 依據于浮游植物狀況的水質評價[2]

根據浮游植物數量和濕重，通常把湖泊、水庫劃分為貧營養型（藻類數量＜300 個/mL，浮游植物濕重＜3/mL)；中營養型（藻類數量300～1000 個/mL，浮游植物濕重3～5mg/L)；富營養型（藻類數量＞1000 個/mL，浮游植物濕重5～10mg/L）3 種類型。

Shannon-Weiner 指數（H）不受采樣面積大小的限制，指數值越大則水質越好，指數值越小說明水質污染越嚴重。H＞3 時，表示清潔；2 ＜H＜3 時，表示輕度污染；1 ＜H＜2 時，表示中等污染；0 ＜H＜1 時，表示重度污染；H=0 時，表示嚴重污染。紙坊水庫營養類型評價結果見表5?？梢钥闯?，紙坊水庫以浮游植物多樣性評價水質處于中等污染至重污染狀態；以浮游植物豐度和生物量評價為中營養至富營養狀態?？傮w來講，水庫中心區域污染程度更重一些。

表5 紙坊水庫營養類型評價（按浮游植物）

4.3 水華暴發原因分析

紙坊水庫此次暴發全域性藍綠藻水華，十分突然。據測定，水庫中心區域藻類葉綠素a 指標達到16.32ug/L，按照水華程度劃分，達到Ⅲ級以上，說明水華程度比較嚴重。究其原因，一方面是強降雨將流域內富含氮、磷物質迅速帶入水庫，在高溫和強烈光合作用下造成藍綠藻類大量繁殖；另一方面是近年來紙坊水庫基本上沒有進行有計劃且針對性的魚種投放，水庫失去控藻能力，不可避免造成水華暴發。具體表現在以下4點。

第一，2020 年春季，紙坊水庫流域內偉德山發生重大山火，過火面積較大，造成大量森林和動植物燒毀，產生了大量的氮、磷等有機物。

第二，2021 年6 月～2022 年9 月，1 年多時間內，威海地區結束了連續多年干旱少雨天氣，進入了降雨頻繁的豐雨期。盡管紙坊水庫所在的流域相對降雨量偏少，但2021～2022 年的降雨量仍然分別達到945mm 和880 mm。2021 年6～11月發生次降雨量超過50mm 的有6 次；2022 年6～10 月發生次降雨量超過50mm 的有6 次，加之2022 年9 月4 日降雨量90.4mm，9 月14 日又發生降雨量64.5mm 的連續強降雨，造成流域內黑夼?。ㄒ唬┬退畮?、梨夼?。ǘ┬退畮斓瘸霈F多年罕見的溢洪，山火產生的富含氮、磷營養物質的泄水流入紙坊水庫。

第三，紙坊水庫上游東南方向2km 處的石橋村建有規模為300 頭的養豬場，由于2022 年9月初2 次強降雨造成部分糞便來不及清除外運，污水直接沖入水庫。與此同時，在水庫西南方向庫岔農田地邊上，近4m3雞糞堆因水庫水位突然上漲被浸泡在水中，造成污水外溢，流入水庫，也是造成本次水華暴發的重要原因之一。

第四，由于水庫管理體制改變，水庫養魚地位受到嚴重削弱，連續多年未開展魚種投放，面對富營養化造成的水華暴發幾乎沒有什么控藻能力，只能任由藍綠藻在水庫全水域迅速繁殖，形成水華，是本次水華突然暴發的根本原因。水華暴發造成供水水質嚴重下降，不得不采取臨時停供措施，保證飲水安全。

5 應急處理措施

紙坊水庫藍綠藻水華暴發后，市、縣有關業務部門高度重視，立即與國家、省、市水生態方面有關專家學者聯系，分析發生原因、研究制定治理方案。根據專家意見，榮成市水利局立即向財政部門申請資金購買濾食性魚類15000kg，規格為尾重250～500g，鰱鳙比例按8:2，分2 次投放水庫。第1 次魚種投放工作于2022 年10 月上旬完成，投放規格為尾重500g 的白鰱3500kg，第2 次魚種投放規格為250～500g，投放時間稍晚一些。隨著鰱鳙大規格魚種[3]的及時投放和水庫水溫的逐漸降低，水庫水質明顯好轉，透明度大幅度提高。2022 年10 月中旬，對紙坊水庫進行的水質檢測表明，總氮2.49mg/L，總磷0.03mg/L，氨氮0.002mg/L，高錳酸鉀指數5.0mg/L。水庫主要水質指標除總氮含量指標超標明顯外，大多數接近正常，表明采取的應急處置措施行之有效。

6 水源地水庫水質富營養化預防對策探討

6.1 以魚控藻是預防水華行之有效的途徑

本次紙坊水庫暴發全域性水華，在威海地區屬于首次出現。在此之前，1998 年文登區坤龍邢水庫發生過網箱養殖羅非魚、鯉魚,由于網箱設置過密造成裸藻水華暴發,讓水庫局部呈現磚紅色。2020 年威海市直武林水庫因水庫魚類放養量不足造成短時間藍藻水華暴發，但其程度與紙坊水庫相比要輕得多。與紙坊水庫同期，榮成市灣頭水庫也發生藍藻水華暴發現象，其程度與紙坊水庫相比有過之而無不及，原因同樣是多年水庫大水面未進行濾食性魚類投放。結合山東省2014 年以來開展的“測水配方、放魚養水”試驗推廣工作，威海市在所前泊、崮山2 座水庫進行試點，并且取得了較好效果。因此，認為在大中型水庫及城市公園、濕地、景觀河道等開展放魚養水，能充分發揮濾食性魚類在控制藻類、轉化富余氮、磷等營養鹽方面的重要作用[4]，通過合理確定放養魚類種類、數量、品種比例等，可以實現以魚控藻、以魚控草、以魚控有害生物等目標[5]。實踐證明，水源地水庫開展放魚養水不僅可行，而且綠色高效，是最符合綠色低碳的生態養殖模式。威海市除市直所前泊水庫作為山東省核心試點水庫開展“測水配方、放魚養水”外，2022 年山東省農業農村廳又同意將文登區米山水庫、乳山市龍角山水庫2座重要水源地的大型水庫也納入試驗范圍，然后再逐步擴大至威海市所有大中型水庫推廣。

6.2 做好水源地水庫污染源防控是預防水體富營養化的關鍵措施

水源地水庫應當對本水庫流域內存在的所有污染源進行調查摸底，建立檔案，同時必須堅持預防為主和底線思維，對可能發生的突發情況提出應對策略，如制定突發事件應急預案。本次紙坊水庫流域內發生的偉德山重大山火雖屬意外事件，但其產生的有機物會隨降雨流入水庫卻是必然結果，結合近2 年當地頻繁降雨的實際情況，水庫管理單位應提前有所預判。特別是水庫流域內離水庫不遠處存在一個中等規模的養豬場，卻在這次水華暴發后進行污染源排查時才被發現，這表明水庫管理單位在水源地保護工作中還存在明顯的薄弱環節，必須引起高度重視。因此，水庫管理單位必須充分發揮第一管理責任人作用，安排專門力量，加強水源地的日常巡查管護；同時，主動同環保、農業等部門聯系，開展聯合執法，及時發現和查處各種破壞水源地、危害水環境的違法行為，確保水源地安全。

6.3 建立高效的水庫漁業經營管護模式是做好水源地保護的有效手段

2004 年以來，榮成市水庫管理體制經歷了從水利局管理到市水務集團管理，后又重新回歸水利局管理的過程，同時經歷了從“自收自支”到“保工資”再到“收支兩條線”的模式。從紙坊水庫以及榮成市其他中型水庫連續多年未向大水面進行魚種投放的情況看，一方面，水庫管理體制存在極不順暢的問題，與水源地保護要求不相適應，特別是前幾年連年干旱少雨，水庫養魚受到的影響最大，又加之激勵機制不完善，導致水庫管理單位開展水庫養魚積極性不高；另一方面，財政資金使用程序復雜，手續繁瑣，造成連續多年未開展魚種投放的情況，如果政策靈活一些，完全可以借鑒其他市區允許國管大中型水庫對社會公開實施承包經營或內部責任制管理模式，既能減輕管理單位的管理壓力，又能增加財政收入，可謂一舉多得。

結語

2022 年紙坊水庫全域性暴發水華，教訓十分深刻，也給其他水源地水庫水安全管理敲響了警鐘。堅持“水陸共治”，以控制污染源為根本，以濾食性魚類科學放養為抓手，充分發揮魚類在水生態系統中的調控作用，降低水體營養鹽含量，是預防水華爆發的重要方式；同時，推進社會宣傳、聯合執法、信息化和數字化管理技術等多措并舉，堅持源頭治理、系統治理、流域治理等齊抓共管，用更深刻的認識、更積極的態度、更科學的措施、更高標準的保護，才能根本上實現水源地生態環境的“長治久安”。