我國(guó)有66％的湖泊、水庫處于富營(yíng)養(yǎng)化水平，太湖、巢湖、滇池三大湖泊富營(yíng)養(yǎng)化問題尤其突出。2007年5月28日“無錫太湖藍(lán)藻致水危機(jī)”發(fā)生以后，太湖成了關(guān)注的焦點(diǎn)。太湖是重要的水源地，水質(zhì)的好壞直接關(guān)系到幾千萬人口的飲水安全和質(zhì)量。因此，有必要對(duì)水源藍(lán)藻進(jìn)行監(jiān)測(cè)預(yù)警，為政府提供科學(xué)決策，提高應(yīng)對(duì)藍(lán)藻水華的能力以及通過監(jiān)控水源水質(zhì)的變化情況及時(shí)調(diào)整水廠的工藝運(yùn)行，保證出廠水水質(zhì)。

1藍(lán)藻水華暴發(fā)過程
“水華”通常是指浮游植物的生物量顯著高于一般水體中的平均值并在水體表面大量聚集，形成肉眼可見的藻類聚積體。在形成水華時(shí)，水體中葉綠素a的濃度一般在10mg／ma以上?！八A”已成為淡水生態(tài)系統(tǒng)主要的環(huán)境問題，目前太湖主要為微囊藻水華。目前人們對(duì)水華的認(rèn)識(shí)大多是通過表觀現(xiàn)象
得出的，認(rèn)為水華是在很短時(shí)間內(nèi)暴發(fā)、難以預(yù)測(cè)。但研究表明，這種突然出現(xiàn)的“水華”只不過是已存在、分散在水體中的藻類群體在適宜條件下的上浮、聚集、遷移至水面并為人們?nèi)庋鬯姷倪^程，而非藻類在短時(shí)間內(nèi)連續(xù)的快速生長(zhǎng)所致。因此，從本質(zhì)上看“水華”顯然是一個(gè)緩慢、可以預(yù)測(cè)的過程。孔繁翔認(rèn)為在四季分明、擾動(dòng)劇烈的太湖，藍(lán)藻的生長(zhǎng)與水華的形成可以分為休眠、復(fù)蘇、生物量增加、上浮和積聚形成水華等4個(gè)主要的階段。在不同階段中，微囊藻的生理特征及其主導(dǎo)生態(tài)因子*不同。因此，監(jiān)測(cè)部門應(yīng)根據(jù)其不同的生理階段，對(duì)藍(lán)藻水華形成過程進(jìn)行更有針對(duì)性的預(yù)警監(jiān)測(cè)。

2水源地藍(lán)藻水華預(yù)警監(jiān)測(cè)的技術(shù)分析
從藍(lán)藻生長(zhǎng)和水華形成的主導(dǎo)影響因子來看，水華暴發(fā)是由水體的物理、化學(xué)和生物過程等多種因素共同作用的結(jié)果，而且各要素之間關(guān)系復(fù)雜。要準(zhǔn)確、及時(shí)地對(duì)藍(lán)藻水華進(jìn)行預(yù)警，那將是一項(xiàng)龐大的系統(tǒng)工程，需要多項(xiàng)技術(shù)條件支撐。本文結(jié)合作者多年實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，以及國(guó)內(nèi)外研究進(jìn)展，分析了在預(yù)警監(jiān)測(cè)過程中必須的幾項(xiàng)技術(shù)條件。
2．1衛(wèi)星遙感監(jiān)測(cè)及氣象觀測(cè)
衛(wèi)星遙感監(jiān)測(cè)技術(shù)具有宏觀、動(dòng)態(tài)、成本低等顯著特點(diǎn)，其在藍(lán)藻水華監(jiān)測(cè)上的應(yīng)用，有著常規(guī)監(jiān)測(cè)不可替代的優(yōu)點(diǎn)。它既可以滿足大范圍藍(lán)藻監(jiān)測(cè)的需要，也可以動(dòng)態(tài)跟蹤藍(lán)藻水華的發(fā)生、發(fā)展。Robert等用LandSat ETM+數(shù)據(jù)，就提前5周預(yù)報(bào)了微囊藻的暴發(fā)。因此，在預(yù)警監(jiān)測(cè)過程中，可以利用EOS／MODIS遙感氣象衛(wèi)星影像資料進(jìn)行解譯，并運(yùn)用光譜水質(zhì)模型進(jìn)行反演，結(jié)合太湖地區(qū)實(shí)時(shí)觀測(cè)的風(fēng)速、風(fēng)向、光照、氣溫等資料，判斷藍(lán)藻移動(dòng)方向、發(fā)生面積和離飲用水源地的距離。
2．2水質(zhì)自動(dòng)在線監(jiān)測(cè)
當(dāng)飲用水源地水體中出現(xiàn)可見的藻類顆粒以后，需要密切關(guān)注水質(zhì)參數(shù)的變化，尤其是溶解氧。經(jīng)實(shí)際觀測(cè)，若溶解氧迅速上升，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過各種溫度下飽和溶解氧值或者歷史同期時(shí)，表明藻類顆粒在快速繁殖，此時(shí)為采取預(yù)警監(jiān)測(cè)和引起高度重視階段，應(yīng)加強(qiáng)觀測(cè)和監(jiān)測(cè)；而當(dāng)溶解氧急劇下降，甚至達(dá)到零時(shí)，此時(shí)為警戒水平，因?yàn)榇罅吭孱愃劳觯宥舅?釋放到水體。有研究也表明，葉綠素a濃度與溶解氧呈顯著正相關(guān)關(guān)系。因此，在預(yù)警監(jiān)測(cè)過程中，水質(zhì)自動(dòng)在線監(jiān)測(cè)水溫、濁度、pH、溶解氧、總磷、總氮、葉綠素a等指標(biāo)，每4小時(shí)提供1次監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，重點(diǎn)關(guān)注溶解氧的晝夜變化，早晨6—8點(diǎn)若溶解氧量仍下降，應(yīng)高度重視。還要分析天氣變化、光線強(qiáng)度、沉水植物對(duì)溶解氧的影響。
2．3人工現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)
人工現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)看似原始的監(jiān)測(cè)方式，但也是效、直觀的監(jiān)測(cè)方法。水華暴發(fā)的一個(gè)視覺特征是整個(gè)水體中有大量藻類顆粒聚集，藻類顆粒增大。水體顏色由清澈見底的碧綠色逐漸變成黃綠色、灰黃色。當(dāng)可見水華現(xiàn)象暴發(fā)以后，整個(gè)湖面出現(xiàn)成片的厚厚的一層藍(lán)藻。水華藍(lán)藻暴發(fā)后，如果藻類開始死亡，水面成片藻類中間出現(xiàn)白色泡沫，此時(shí)還有一個(gè)明顯的嗅覺特征是出現(xiàn)腥臭味。因此，在預(yù)警監(jiān)測(cè)過程中，應(yīng)對(duì)水源地取水口外5公里范圍扇形布設(shè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行人工現(xiàn)場(chǎng)視覺和嗅覺觀測(cè)，每周觀測(cè)一次。同時(shí)，可以配備便攜式水質(zhì)監(jiān)測(cè)儀器現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定水質(zhì)參數(shù)，如風(fēng)速、風(fēng)向、水文條件、水溫、透明度、pH、溶解氧、藍(lán)綠藻密度和葉綠素(在線藍(lán)綠藻和葉綠素分析儀)。對(duì)出現(xiàn)異常的水樣還需要采集水樣，帶回實(shí)驗(yàn)室進(jìn)一步分析。
2．4實(shí)驗(yàn)室分析技術(shù)
(1)藻群落結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)：太湖地區(qū)水華暴發(fā)后主要是微囊藻成為了優(yōu)勢(shì)種，而水華暴發(fā)前是隱藻等其它藻類為優(yōu)勢(shì)種，從藻類優(yōu)勢(shì)種所占的比例、葉綠素a和藻類總數(shù)量能進(jìn)行藍(lán)藻水華暴發(fā)預(yù)警。水體中產(chǎn)生異味的因素很多，從生物方面來說，其中有產(chǎn)生異味的藻類現(xiàn)在已知大約50余種。異味藻中不同的種類產(chǎn)生異味的強(qiáng)度也不同，如微囊藻、顫藻等藍(lán)藻的異味較大，而隱藻等其它異味藻的異味一般較弱。所以主要以監(jiān)測(cè)藍(lán)藻門的異味藻為重點(diǎn)預(yù)警藻類。
(2)藻毒素的監(jiān)測(cè)：水源水中的藻毒素有多種，從其毒性上可分為肝毒素、神經(jīng)毒素和內(nèi)毒素等。這些毒素都是由一些藻類產(chǎn)生的。在這些產(chǎn)生毒素的藻類中見的是藍(lán)藻門的銅綠微囊藻。它既有霉腐味又產(chǎn)生損害肝臟的微囊藻毒素，所以對(duì)該藻的監(jiān)測(cè)預(yù)警是非常必要的?，F(xiàn)在組織和我國(guó)的飲用水標(biāo)準(zhǔn)中已經(jīng)明確規(guī)定了該毒素的安全限值不得超過1μg／L。因此，可以藻毒素臨界點(diǎn)為預(yù)警值。
(3)計(jì)算機(jī)模擬：大量實(shí)地監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)能很好地表征水體藍(lán)藻的特征，但是要更準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)藍(lán)藻水華暴發(fā)的過程，還需要通過大量水質(zhì)模型的運(yùn)算和推測(cè)。目前主要運(yùn)用的模型有QUAL一11、WASP、SALMO等水質(zhì)生態(tài)模型。此外，人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和決策樹方法也已經(jīng)成功運(yùn)用到藍(lán)藻水華暴發(fā)的預(yù)測(cè)中。藍(lán)藻水華監(jiān)測(cè)部門也應(yīng)該加強(qiáng)這方面的研究和運(yùn)用，以便更好地對(duì)水華現(xiàn)象進(jìn)行預(yù)測(cè)。

3 太湖水源地藍(lán)藻水華預(yù)警監(jiān)測(cè)體系的建立
3．1預(yù)警機(jī)制的建立與分工
藍(lán)藻水華預(yù)警監(jiān)測(cè)是一項(xiàng)龐大的系統(tǒng)工程，良好的組織體系是預(yù)警監(jiān)測(cè)工作能否順利實(shí)施的前提，是提高政府應(yīng)對(duì)藍(lán)藻能力的有效保證。因此，必須建立由環(huán)保、水利(務(wù))、氣象聯(lián)合的藍(lán)藻預(yù)警監(jiān)測(cè)機(jī)構(gòu)，整合預(yù)警監(jiān)測(cè)資源，建立區(qū)域性聯(lián)動(dòng)監(jiān)測(cè)體系。實(shí)行統(tǒng)一調(diào)配、統(tǒng)一指揮，使各個(gè)部門在同步知曉水華發(fā)生情況的同時(shí)，能夠協(xié)調(diào)運(yùn)轉(zhuǎn)。成立水源地藍(lán)藻水華預(yù)警監(jiān)測(cè)小組，統(tǒng)一指揮預(yù)警監(jiān)測(cè)工作。預(yù)警監(jiān)測(cè)小組根據(jù)環(huán)保、水利(務(wù))和氣象信息，進(jìn)行研判，必要時(shí)向?qū)＜医M咨詢，部署預(yù)警監(jiān)測(cè)工作。由環(huán)保、水利(務(wù))、氣象各抽調(diào)1—2名技術(shù)人員組成預(yù)警監(jiān)測(cè)技術(shù)小組，實(shí)行聯(lián)合辦公。主要職責(zé)為匯總各方信息，進(jìn)行數(shù)據(jù)綜合分析，為小組決策提供技術(shù)支持。此外，氣象部門負(fù)責(zé)衛(wèi)星遙感監(jiān)測(cè)及氣象觀測(cè)；環(huán)保部門負(fù)責(zé)飲用水源地取水口(內(nèi)線)水質(zhì)、生物預(yù)警監(jiān)測(cè)；水利(務(wù))部門會(huì)同環(huán)保、氣象部門負(fù)責(zé)飲用水源地湖體現(xiàn)場(chǎng)預(yù)警觀測(cè)。組建由環(huán)保、水利(務(wù))、氣象三個(gè)部門共享的信息平臺(tái)。成立由國(guó)內(nèi)藻類防治專家，各部門的高級(jí)專業(yè)技術(shù)人員、高級(jí)管理人員組成的專家組，對(duì)藍(lán)藻暴發(fā)事件的預(yù)警結(jié)果及其發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行專業(yè)性判斷。
3．2監(jiān)測(cè)時(shí)間的確立
根據(jù)國(guó)內(nèi)外的研究情況并結(jié)合太湖的環(huán)境現(xiàn)狀，以及藍(lán)藻生長(zhǎng)及水華形成的過程和主導(dǎo)因子，太湖飲用水源地藍(lán)藻水華預(yù)警監(jiān)測(cè)由常規(guī)監(jiān)測(cè)和應(yīng)急監(jiān)測(cè)兩部分構(gòu)成。常規(guī)監(jiān)測(cè)主要是11月一4月；應(yīng)急監(jiān)測(cè)主要是4月。11月，遇特殊區(qū)域，可適當(dāng)提前或延長(zhǎng)。應(yīng)急預(yù)警監(jiān)測(cè)分為常態(tài)預(yù)警監(jiān)測(cè)和加密預(yù)警監(jiān)測(cè)，常態(tài)預(yù)警監(jiān)測(cè)每周監(jiān)測(cè)一次，加密預(yù)警監(jiān)測(cè)由預(yù)警監(jiān)測(cè)小組根據(jù)監(jiān)測(cè)(觀測(cè))信息研判決定。
3．3預(yù)警監(jiān)測(cè)的啟動(dòng)
3．3．1常規(guī)預(yù)警監(jiān)測(cè)
研究表明，當(dāng)水環(huán)境溫度達(dá)到7～8℃時(shí)，微囊藻群體在底泥中開始緩慢生長(zhǎng)；微囊藻群體在15℃時(shí)，生長(zhǎng)速率增大，并且開始少量遷移至水體中。水體中總氮總磷也會(huì)顯著影響著浮游植物的種群組成和生長(zhǎng)狀況。因此，常規(guī)監(jiān)測(cè)以自動(dòng)監(jiān)測(cè)為主，監(jiān)測(cè)頻次每日監(jiān)測(cè)一次。同時(shí)實(shí)驗(yàn)室每月監(jiān)測(cè)藻類密度和優(yōu)勢(shì)種。將監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)與往年同期數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析，尤其與藍(lán)藻水華暴發(fā)年代的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，對(duì)藍(lán)藻水華的暴發(fā)進(jìn)行預(yù)判斷。
3．3．2應(yīng)急預(yù)警監(jiān)測(cè)
從每年4月開始啟動(dòng)常態(tài)監(jiān)測(cè)，主要通過衛(wèi)星遙感監(jiān)測(cè)、氣象觀測(cè)、自動(dòng)在線監(jiān)測(cè)，實(shí)驗(yàn)室藻密度、優(yōu)勢(shì)種、葉綠素a監(jiān)測(cè)。常態(tài)預(yù)警監(jiān)測(cè)每周監(jiān)測(cè)一次。加密預(yù)警監(jiān)測(cè)由預(yù)警監(jiān)測(cè)小組根據(jù)環(huán)保、水利(務(wù))以及氣象監(jiān)測(cè)(觀測(cè))信息研判決定。采取加密預(yù)警監(jiān)測(cè)措施的主要依據(jù)：(1)衛(wèi)星遙感圖片顯示藍(lán)藻大面積出現(xiàn)；(2)水面風(fēng)速小于3m／s；(3)風(fēng)向是西北或西風(fēng)，溫度偏高；(4)常態(tài)預(yù)警監(jiān)測(cè)結(jié)果顯示水質(zhì)異常，水體中微囊藻數(shù)量急劇增加。應(yīng)急預(yù)警監(jiān)測(cè)范圍自飲用水源地取水口起由內(nèi)向外分三條線：內(nèi)線為飲用水源地取水口；中線為飲用水源地湖體I至Ⅱ級(jí)保護(hù)區(qū)之間；外線為飲用水源地取水口外5公里一線。應(yīng)急監(jiān)測(cè)將全面啟動(dòng)遙感監(jiān)測(cè)、氣象監(jiān)測(cè)、自動(dòng)在線監(jiān)測(cè)、人工現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)、實(shí)驗(yàn)室分析，監(jiān)測(cè)頻次為每天一次，自動(dòng)在線監(jiān)測(cè)每2—4小時(shí)上報(bào)數(shù)據(jù)一次。
3．4預(yù)警信息的發(fā)布
預(yù)警監(jiān)測(cè)技術(shù)小組及時(shí)通過內(nèi)部共用信息平臺(tái)共享的預(yù)警監(jiān)測(cè)信息。預(yù)警監(jiān)測(cè)工作人員發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)異常時(shí)，要經(jīng)過三個(gè)部門的統(tǒng)一協(xié)商，上報(bào)預(yù)警監(jiān)測(cè)小組。小組會(huì)同專家組協(xié)商藍(lán)藻暴發(fā)的預(yù)警結(jié)果及其發(fā)展趨勢(shì)，并將判研結(jié)果匯報(bào)政府和自來水廠。政府負(fù)責(zé)對(duì)太湖藍(lán)藻暴發(fā)事件的新聞媒體報(bào)道實(shí)施管理、協(xié)調(diào)和指導(dǎo)，對(duì)藍(lán)藻暴發(fā)事件進(jìn)行正確的引導(dǎo)，及時(shí)向社會(huì)公開藍(lán)藻暴發(fā)事件的相關(guān)信息，保障公民享有知情權(quán)，并有效引導(dǎo)，盡可能減少因心理恐慌造成的負(fù)面影響，樹立政府新形象。
3．5預(yù)警監(jiān)測(cè)的終止
在采取一系列應(yīng)急措施之后，根據(jù)預(yù)警組的跟蹤監(jiān)測(cè)結(jié)果，當(dāng)結(jié)果顯示飲用水源地水質(zhì)達(dá)標(biāo)，藍(lán)藻水華的影響基本消除，由市應(yīng)急工作小組或根據(jù)專家組意見作出決定，解除應(yīng)急響應(yīng)，恢復(fù)正常的常效管理。

4預(yù)警監(jiān)測(cè)的保障機(jī)制
4．1資金和物資保障
政府應(yīng)預(yù)先設(shè)立藍(lán)藻水華監(jiān)測(cè)的專項(xiàng)資金，以及時(shí)應(yīng)對(duì)藍(lán)藻水華的暴發(fā)。各部門預(yù)警監(jiān)測(cè)所需的資金由政府有關(guān)部門提出，經(jīng)市財(cái)政審核后，按規(guī)定程序列人年度財(cái)政預(yù)算。各級(jí)財(cái)政和審計(jì)部門要對(duì)應(yīng)急保障資金的使用和效果進(jìn)行監(jiān)管和評(píng)估。借鑒國(guó)內(nèi)外藍(lán)藻監(jiān)測(cè)的*技術(shù)，及時(shí)更新監(jiān)測(cè)儀器，以提高應(yīng)對(duì)藍(lán)藻暴發(fā)的監(jiān)測(cè)能力。
4．2人才保障
藍(lán)藻水華預(yù)警監(jiān)測(cè)涉及環(huán)境、生物、化學(xué)、物理、氣象、遙感、水文等多個(gè)學(xué)科，對(duì)專業(yè)技術(shù)人員的要求也較高，既要求扎實(shí)的專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)，還要有豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。因此。對(duì)專業(yè)人才的培養(yǎng)顯得尤為重要，也是科學(xué)預(yù)警的必要條件?？梢酝ㄟ^引進(jìn)來和送出去的方式對(duì)技術(shù)人員進(jìn)行培訓(xùn)，引進(jìn)在藍(lán)藻監(jiān)測(cè)方面有豐富經(jīng)驗(yàn)的專家學(xué)者來對(duì)技術(shù)人員進(jìn)行講解和現(xiàn)場(chǎng)培訓(xùn)，或?qū)⒓夹g(shù)人員送到科研院所進(jìn)行系統(tǒng)的培訓(xùn)。
4．3技術(shù)保障
藍(lán)藻水華暴發(fā)的機(jī)理目前在學(xué)術(shù)界尚未有統(tǒng)一的定論，藍(lán)藻水華的研究工作也需要進(jìn)一步深入。政府應(yīng)該鼓勵(lì)對(duì)藍(lán)藻的機(jī)理和防治技術(shù)研究，以及對(duì)藍(lán)藻監(jiān)測(cè)新技術(shù)的研發(fā)。水質(zhì)預(yù)警的模型現(xiàn)在已經(jīng)有很多，但是真正能在監(jiān)測(cè)部門中推廣的卻很少，因此，要針對(duì)預(yù)警監(jiān)測(cè)的需要，開發(fā)出合適的水源地藍(lán)藻水華的預(yù)警模型和數(shù)據(jù)庫，以提高監(jiān)測(cè)部門的預(yù)警能力。