中國水源地水華暴發(fā)的現(xiàn)象己經(jīng)打破了地域限制，在國內(nèi)各地區(qū)均有水華暴發(fā)的文獻記載，特別是長江中下游地區(qū)湖泊全面富營養(yǎng)化，己成為水華暴發(fā)頻率*高的地區(qū)。與水華暴發(fā)相關(guān)的主要是藍藻和葉綠素指標(biāo)，在線監(jiān)測系統(tǒng)技術(shù)均比較成熟且與國際研究處于同一水平。
水華暴發(fā)的預(yù)測預(yù)警方面，則多采用數(shù)學(xué)模型模擬湖泊或水庫的富營養(yǎng)化狀態(tài)進而預(yù)警藍藻暴發(fā)，如太湖地區(qū)在水動力學(xué)、水質(zhì)和生態(tài)系統(tǒng)動力學(xué)模型方面開展了多項研究，得到了多項研究成果，但大部分模型未對湖泊的生態(tài)動力學(xué)變化作深入研究，無法真正做到預(yù)警。
上海清淼光電科技有限公司采用深紫外光譜測量，直接通過測量藍藻或葉綠素含量，可以直觀監(jiān)測藍藻等水華藻類濃度變化趨勢，進而實現(xiàn)預(yù)警。
由于藍藻暴發(fā)過程復(fù)雜、機制不明確、影響因素多樣等限制條件的存在，至今國內(nèi)外均沒有成功的案例，部分曾被認為藍藻己經(jīng)絕跡的地區(qū)重新出現(xiàn)藍藻暴發(fā)(武漢東湖)，更多的區(qū)域則是在長達幾十年的治理之后仍無法這個問題(日本霞浦湖、中國太湖等)。藍藻暴發(fā)可以隨時間、地域、緯度而變化，暴發(fā)機理存在共同點，但影響因素、控制措施則存在較大的差異。
存在問題與發(fā)展趨勢
國內(nèi)外對于水源地藍藻暴發(fā)的關(guān)注集中在暴發(fā)機制、風(fēng)險評估、控制對策、預(yù)警預(yù)測等幾個方面，但由于藍藻暴發(fā)發(fā)生歷史成因復(fù)雜，在機理機制方面尚未形成統(tǒng)一認知，對于暴發(fā)之后的風(fēng)險評估手段、控制對策的研究也存在地域差異，而預(yù)警預(yù)測的研究理論仍在探索中。
在氣候變暖的大背景下，出現(xiàn)藍藻的地方越來越多，不少已經(jīng)得到控制的水體又重新出現(xiàn)藍藻暴發(fā)，越來越復(fù)雜化。
有關(guān)藍藻暴發(fā)預(yù)警預(yù)測的研究*難以突破，現(xiàn)有的研究集中于模型預(yù)測，但無論是基于經(jīng)驗?zāi)Ｐ瓦€是機理模型由于其本身發(fā)展仍存在種種未知，往往對于歷史的回溯較好，但對于未來藍藻暴發(fā)的預(yù)測往往驗證結(jié)果存在較大誤差，同時建模過程復(fù)雜、模型過于龐大不便于調(diào)控等問題也限制了這種預(yù)測模式的推開，因而未來有關(guān)預(yù)警、預(yù)測的研究更注重時效性、準(zhǔn)確性以及便于調(diào)控等方面。
通過對已經(jīng)暴發(fā)藍藻的水源地分析尋找影響藍藻暴發(fā)的內(nèi)在、外在因素，同時對未來新的水源地重心進行調(diào)查、模擬研究，評估新水源地藍藻暴發(fā)的風(fēng)險，以期能為新建水源地基于藍藻暴發(fā)的調(diào)控管理提供理論支持與對策研究。在以上研究的基礎(chǔ)上，針對不同類型的水源地，提出包含監(jiān)測、預(yù)控、控藻及應(yīng)急響應(yīng)在內(nèi)的上海水源地基于藍藻暴發(fā)的控制管理體系。
因此，加強水源地藍藻水華的控制管理體系研究，對于保障上海市城市供水安全有著十分突出的戰(zhàn)略意義和作用。
藍藻暴發(fā)是整個水體生態(tài)系統(tǒng)嚴重退化的表現(xiàn)，是水體富營養(yǎng)化累積到一定程度出現(xiàn)的不可逆轉(zhuǎn)的表現(xiàn)。
處于較嚴重富營養(yǎng)化狀態(tài)的淺水湖泊而言，浮游細菌和浮游藻類中所儲存營養(yǎng)物質(zhì)的總量遠大于底泥中所持有的營養(yǎng)物質(zhì)總量。此外，大部分此類營養(yǎng)物質(zhì)被浮游細菌分解而直接進入湖體，僅小部分營養(yǎng)物質(zhì)被輸入到底泥中。浮游細菌的分解產(chǎn)物一般可直接被湖體藻類所吸收，尤其氮的分解產(chǎn)物主要為氨氮，水生生物對其利用效率。這也可能是大部分此類富營養(yǎng)化湖泊氨氮濃度持續(xù)上升、藍藻暴發(fā)頻率不斷增大的關(guān)鍵原因之一。
水源地藍藻暴發(fā)預(yù)警體系初探
藍藻水華的暴發(fā)可能對當(dāng)?shù)貪O業(yè)、供水、景觀等多方面造成不利影響，不同的利益團體對藍藻水華的關(guān)注有一定的差異，但對飲用水安全的影響*為引為關(guān)注。世界衛(wèi)生組織 (WHO)在上世紀90年代在范圍內(nèi)組織開展了相關(guān)的調(diào)查和研究，對藍藻水華的預(yù)警和風(fēng)險管理提出了指導(dǎo)意見。
目前國際上開展藍藻水華的預(yù)警多以世界衛(wèi)生組織提出的相關(guān)資料為依據(jù)。在線常規(guī)和應(yīng)急監(jiān)測方案設(shè)計
為預(yù)防藍藻水華的環(huán)境監(jiān)測分為常規(guī)監(jiān)測和應(yīng)急監(jiān)測兩方面，其監(jiān)測的項目和方法各有側(cè)重。同時不僅要開展水質(zhì)相關(guān)項目的監(jiān)測，還應(yīng)配套相應(yīng)的水文氣象等要素監(jiān)測。為藍藻水華暴發(fā)的預(yù)警和防控提供及時準(zhǔn)確的依據(jù)。
在線監(jiān)測方案
監(jiān)測項目:
pH、溶解氧、化學(xué)需氧量、高錳酸鹽指數(shù)、氨氮、總氮、總磷、藍藻、葉綠素a、透明度、懸浮物、電導(dǎo)率等;
藍藻暴發(fā)預(yù)警信息獲取
預(yù)警信息的分級評估、預(yù)案制定和執(zhí)行的基礎(chǔ)，論文借鑒WHO將評估藍藻毒素的健康風(fēng)險的信息來源和相應(yīng)的管理方案分為六個類型。
藍藻暴發(fā)預(yù)警分級體系
藍藻暴發(fā)預(yù)警等級快速識別，是科學(xué)評估藍藻暴發(fā)影響和采取有效減緩對策措施的關(guān)鍵步驟。然而，藍藻暴發(fā)的影響因素較多，其中許多因素的分析監(jiān)測相對復(fù)雜，難以快速得出準(zhǔn)確結(jié)果
借鑒通用的臺風(fēng)預(yù)警等級標(biāo)準(zhǔn)，將水庫藍藻暴發(fā)的預(yù)警等級從低到高劃分為白色預(yù)警、綠色預(yù)警、黃色預(yù)警、紅色預(yù)警等4級。
對于藍藻增殖的影響而言，在不同的運行狀態(tài)、水文氣象條件下，水體中營養(yǎng)鹽的臨界標(biāo)準(zhǔn)值難以有統(tǒng)一確定的標(biāo)準(zhǔn)限值，還需結(jié)合更深入的室內(nèi)模擬和多年的運行資料進行分析。
通常采用藻類的調(diào)查指標(biāo)作為主要判別因子，浮游植物細胞計數(shù)指標(biāo)受觀測者的操作水平影響較大，采用葉綠素a的質(zhì)量濃度相對操作更易統(tǒng)一和準(zhǔn)確，同時也有較直觀的意義。
藍藻暴發(fā)分級應(yīng)急對策
根據(jù)風(fēng)險識別的結(jié)果，及時采取相應(yīng)的對策措施，以減緩藍藻水華風(fēng)險的危害，是風(fēng)險預(yù)警和管理的目標(biāo)。風(fēng)險應(yīng)急對策應(yīng)針對不同的風(fēng)險等級、主要風(fēng)險因素等提出相應(yīng)的策略:
.白色預(yù)警:開展連續(xù)的水環(huán)境監(jiān)測，根據(jù)編制的詳細預(yù)案，對近期藍藻水華的變化態(tài) 勢進行預(yù)測，并對可能造成的危害進行預(yù)判:
.綠色預(yù)警，當(dāng)藍藻和營養(yǎng)鹽超過臨界值，應(yīng)加強對取水口和進入水廠的原水進行藻毒素的，啟動水庫排水閘，盡量將表層水排出水庫，以減少水庫內(nèi)浮游藻類的聚集:
.黃色預(yù)警，進行連續(xù)的水質(zhì)和藻毒素的監(jiān)控，進行風(fēng)險評估，在庫區(qū)進行攔藻，施用無毒的殺藻劑和絮凝劑，以抑制藻類的過度增殖:
.紅色預(yù)警，關(guān)閉水源，停止向水廠供水，進行高頻次的監(jiān)測，對以后重新啟用水源進行評估。
上海清淼光電科技開發(fā)的水質(zhì)遠程測控系統(tǒng)----藍藻葉綠素監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)，實現(xiàn)對水質(zhì)進行及時、有效地遠程監(jiān)測和水華預(yù)測預(yù)警，從而為提前治理水華提供決策支持。
系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
水質(zhì)監(jiān)測與水華預(yù)警系統(tǒng)按照物理功能分類主要由三個部分組成，即：水質(zhì)信息采集終端、GPRS網(wǎng)絡(luò)及監(jiān)控中心系統(tǒng)。
水質(zhì)信息采集終端負責(zé)采集水質(zhì)信息數(shù)據(jù)并將采集到的水質(zhì)信息數(shù)據(jù)送上GPRS網(wǎng)絡(luò)，GPRS網(wǎng)絡(luò)負責(zé)將水質(zhì)信息數(shù)據(jù)通過Internet上傳至監(jiān)測中心，監(jiān)測中心由監(jiān)測中心服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫服務(wù)器和監(jiān)測中心終端操作計算機構(gòu)成，在相應(yīng)的軟件系統(tǒng)支持下完成對上傳數(shù)據(jù)進行接收、處理及顯示的功能。
功能介紹
水質(zhì)信息采集
水質(zhì)信息采集設(shè)備置有水質(zhì)傳感器和變送器。采集的量有PH值、濁度、溶解氧、總磷、總氮、藍藻、葉綠素濃度等。傳感器輸出的模擬電平信號接入無線采集終端的數(shù)據(jù)采集單元，采用單片機進行模擬量采集。由單片機完成時間和水質(zhì)信息數(shù)據(jù)打包，打包后的數(shù)據(jù)可由單片機外設(shè)接口將采集到的水質(zhì)信息數(shù)據(jù)通過串口通信方式發(fā)送給后端的GPRS模塊。 GPRS遠程傳輸
考慮到水質(zhì)檢測傳感器的布點靈活、傳輸數(shù)據(jù)量不大、測量數(shù)據(jù)可根據(jù)用戶設(shè)置的時間間隔進行傳輸?shù)忍攸c，選擇GPRS無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)用于水質(zhì)信息的實時傳輸。GPRS無線數(shù)據(jù)傳輸具有設(shè)備成本低、數(shù)據(jù)傳輸安全可靠、使用靈活方便等特點，非常適合遠程數(shù)據(jù)傳輸上的應(yīng)用。
對于水質(zhì)信息實時監(jiān)測系統(tǒng)來說，GPRS能夠利用電信運營商的網(wǎng)絡(luò)進行靈活的布點，而其流量計費的方式和較高的數(shù)據(jù)傳輸速度都符合水質(zhì)信息的傳輸特點。并且利用GPRS無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)還可將不同水域的水質(zhì)信息匯集到監(jiān)測中心進行處理，從而實現(xiàn)一個監(jiān)測中心同時對多個水域進行水質(zhì)監(jiān)測與水華預(yù)測。
水華上位監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)
在水質(zhì)監(jiān)測與水華預(yù)警系統(tǒng)中，水質(zhì)信息數(shù)據(jù)通過GPRS網(wǎng)絡(luò)由監(jiān)測中心服務(wù)器接收后，數(shù)據(jù)實時存儲于數(shù)據(jù)庫服務(wù)器中，終端操作計算機通過實時獲取數(shù)據(jù)庫中的水質(zhì)信息數(shù)據(jù)，進行水質(zhì)評價和水華預(yù)測預(yù)警處理。
該系統(tǒng)能快速、準(zhǔn)確的完成水質(zhì)檢測數(shù)據(jù)的采集和無線傳輸，使檢測人員能夠?qū)崟r查看水質(zhì)信息，還能夠查詢歷史數(shù)據(jù)，進行后期的處理。提供美觀友好的監(jiān)控畫面，方便有關(guān)檢查和監(jiān)視；對水體進行富營養(yǎng)化評價，預(yù)測發(fā)現(xiàn)異常即自動報警。
