【会后报道】湖泊水库型饮用水源管理国际研讨会：新方法，新技术
1、水质监测的新方法和新技术；
2、水源中有害藻类爆发；
3、嗅味和毒性问题；
4、水源中控制藻类和水质问题的新方法和新技术
目前，人类活动对几乎所有主要的水生生态系统都产生了深刻影响，极大改变了限制性营养物质从陆地向水体的迁移，给作为湖泊和水库型饮用水源的管理工作带来了极大挑战。针对上述问题，目前已研发了一系列新方法、新技术，可用于监测、分析和控制那些影响湖泊水库以及水厂水质的物理、化学和生物问题。为了实现将湖泊水库管理和水厂运行更加紧密的结合，提供一个分享新方法和新技术的互动交流平台，上海城市水资源开发利用国家工程中心有限公司、中国科学院生态环境研究中心、西安建筑科技大学环境与市政工程学院、上海市净水技术学会和同济大学长江水环境教育部重点实验室联合主办了此次研讨会，并得到了哈希水质分析仪器（上海）有限公司的赞助与上海市科协·上海科技论坛的大力支持。《净水技术》杂志社作为指定媒体对此次会议进行全程会务支持和跟踪报道。
作为第四届国际水协湖库管理大会（2017年）的预备会议，来自中国台湾成功大学的林财富教授、澳洲水质研究中心Dr. Michael D.Burch、美国弗吉尼亚理工大学Dr. JohnLittle、Riverside加州大学Dr. MichaelAnderson、中国科学院生态环境研究中心杨敏研究员、上海城投原水有限公司朱宜平高级工程师、西安建筑科技大学张海涵博士、中国环境科学研究院储昭升研究员、同济大学环境科学与工程学院徐斌教授、中国科学院水生生物研究所宋立荣研究员和上海城市水资源开发利用国家工程中心有限公司陈蕾博士共11位国内外顶尖专家学者在会上做了精彩主旨演讲，实际到场注册参会人数近80人，会议现场互动交流热烈，饮用水源型湖泊水库管理在学术理论领域和工程应用领域都已得到极高的关注。
本次会议专家学者集体合影
充分认知并剖析问题的根源，是解决问题的必要前提。反思水库水质污染问题产生的根源，除了人类活动破坏源头水资源这一因素以外，气候变化对水质的影响也是不容忽视的。澳洲水质研究中心Dr. Michael D.Burch通过全球环流模拟技术研究了气候变化对供水行业、水质等的潜在影响。Dr. Michael D.Burch认为，气候变化不仅会影响混凝剂、消毒剂的使用成本，还会间接导致水体中产生病原体、消毒副产物及毒素类物质，这不仅会影响感官还会削弱对该原水的使用需求。当遇气温升高时，水体层化加强，易导致沉积物中元素及污染物的释出，促使蓝藻生长；当遇低频高强度降水时，水流流动规律被改变，地表水中沉积物、营养物质、病原体、有机质瞬时加快输入进水体，大大提升了水质风险。除此以外，还有一些气候参数的变化也会对水质产生潜在影响，如水蒸气压差、潜在蒸腾作用、日光照射等，可以预见的是：未来的气候变化一定会对水库水质产生不利影响，但这种影响并非立竿见影。
对湖泊水库型饮用水源而言，藻类污染是导致原水水质恶化、产生嗅味及后续水厂工艺消毒副产物等一系列问题的根源之一。中国科学院生态环境研究中心杨敏研究员基于实际案例，分析了水源地中出现的典型“水体嗅味”问题。杨敏研究员所带领的科研团队通过大量现场调查与数据统计分析，从藻细胞生理形态到水库中致嗅物质的产生及传输途径均展开了一系列研究，筛选出影响产嗅藻生长的几大关键因素，并提出了基于水位调节等的水利控制策略，用以预防和抑制产嗅藻的生长。目前的研究结果表明，并非所有水库都适合采用水位调节的策略，关键取决于水库的可调节度及可调节水量，如北京市密云水库、上海青草沙水库这类大库容水库的可调节度极高，水位调节方法明显奏效。但是当处于极端气候条件下时，如夏季，水体表面鱼腥藻的生长将不利于水位调节方法的实施，到底是采用更好的杀菌剂或是在水厂工艺中使用更昂贵的活性炭吸附技术，这依然有待试验验证；在冬季，水面冰层以下藻类的大量爆发，其机理也有待进一步研究。
当出现蓝藻水华现象时，水体生态系统中大量堆积的藻类细胞衰亡后会释放出大量蓝藻毒素、嗅味物质及其他有毒有害物质，引发各种衍生物污染，对生态环境造成危害并危及人类健康，这也已经成了一个重大环境难题。那么，如何高效、准确地测量这些有害物质的含量并实时监控？中国台湾成功大学林财富教授的报告分别从蓝藻监测技术、分子生物学中心法则、PCR和DNA提取等几个方面展开描述，循序渐进地介绍了报告的核心重点——实时定量基因扩增荧光检测系统（qPCR）用于监测蓝藻毒素和嗅味物质的研究。qPCR具有所用仪器少、检测时间短、操作简单、结果精确的特点。目前，这个系统已经被应用于台湾38个水库中蓝藻细菌及其毒素物质的监测，此项qPCR/DNA技术为水库/水务管理过程中毒素及嗅味物质的产生潜能提供了一种快速、高效的估算方法。
当充分明确了原水中藻类的分布和特性后，将对后续饮用水处理产生极为重要的指导意义。在我国饮用水供应中，消毒过程必不可少，其一方面是预处理，另一方面则是去除或灭活水中的微生物污染物。加氯消毒法是目前水厂中应用最普遍的消毒技术，而加氯消毒后产生的有机氯胺（OC）是含氮消毒副产物的中间产物，其杀菌能力较弱，对控制藻类生长有不利影响。同济大学环境科学与工程学院徐斌教授重点介绍了饮用水消毒期间OC的生成机理以及OC转化为含氮消毒副产物的过程研究。研究表明，青草沙水库的水比黄浦江水更容易形成OC；相比较于腐殖酸和富里酸，藻类有机质产生的OC含量更多，尤其是在氯气消毒时；紫外消毒对OC的形成无显著影响，但是会提高OC至含氮消毒副产物的产率；在氯气消毒和氯胺消毒的持续进程中，OC更容易进一步转化形成含氮消毒副产物，从而加大了饮用水管网中的消毒副产物风险。
除了藻类问题和后续的消毒副产物问题，宏观全面了解水库的状况对后续研究也具有重要意义。来自Riverside加州大学的Dr. Michael Anderson带来了一项生动有趣的水质监测技术——采用水声探测技术来诊断湖泊和水库的状况。水声探测是利用传感器发射已知能量和波长的声波，该声波随后在水体中传播，并在待测物体表面散射开来，其散射声波的强度与物体的大小、性状以及密度呈一定比例。发射声波作用与底部沉积物、水生植物、鱼类、浮游生物、昆虫幼虫、气泡等都会产生声波。Dr. Michael Anderson主要介绍了水声学在湖泊环境诊断方面的三个最新应用，以及其在湖泊管理策略制定方面的发展情况。通过水声探测可以快速计算出水库深度、底部沉积物的特性及其在湖中的分布情况，因此可以认为，在远程感应沉积物性质和其在湖泊中的重要迁移过程方面，水声学是一种非常有利的工具。除此以外，水声学还可以用于确定浮游动物和水生昆虫的数量及行为，能为渔民广泛使用。
青草沙水库作为上海市目前水质状况最好的水源地，目前仍面临着水动力条件复杂，地理位置特殊以及气象、水中营养盐等影响因素，且由于长江口水质氮、磷含量偏高，使青草沙水库存在富营养化、产生蓝藻水华的可能，对水库取水安全性有一定隐患。因此，通过有效的监测预警手段以维护青草沙水库稳定运行显得尤为重要。本次会议，上海城市水资源开发利用国家工程中心有限公司作为东道主，将青草沙水库的实际情况进行聚焦，展开探讨，拟对解决上海的实际问题提供助力。针对上海的实际问题，上海城投原水有限公司朱宜平高级工程师，对青草沙水库水质监测与藻类控制对策分别作了交流和介绍。为避免水域咸潮入侵，青草沙水库针对咸潮期和非咸潮期分别设计了不同的水库泵闸取水方式，以维持库内良好水质，那么咸水入侵实时水质监控系统就显得至关重要。除此以外，青草沙水库还配备了实验室监测系统、在线监测系统、移动监测系统以及其他生态监测系统，严格控制水质，使其符合《地表水环境质量标准》（GB 3838-2002）中城镇集中式饮用水源地一级保护区水质的标准。为有效控制藻类生长，应尽可能缩短水库的水力停留时间（保持在20 d左右），也可以通过投加高效滤食性动物的方式进行生物调控。次氯酸钠预氯化消毒能大大降低水中藻密度，所产生的消毒副产物残留量也不会对取水安全性产生任何影响。而当水中藻类密度＞5×107 cells/L时，可以考虑采用活性炭联合次氯酸钠的投加方法，可有效控制藻类生长。除此之外，据统计，种植湿地植物每年可降解水中29 t总氮和3 t总磷，这也大大降低了水体富营养化的风险。
通常来讲，每年11月至次年4月是咸潮期，青草沙水库上游长江水的流量相应减小，会给水库带来高浓度的离子。已有研究表明，胞内微囊藻毒素的含量与硫酸盐浓度呈正相关；同样，水中微囊藻毒素的含量与Cl-、SO42-、Ca2+、Mg2+、Na+及K+的浓度呈正相关，说明咸潮入侵可能会影响藻类的生长和毒素的产生。为验证此观点，上海城市水资源开发利用国家工程中心有限公司陈蕾博士采集了青草沙水库的水样，并研究氯离子浓度对微囊藻的负面效应。陈蕾博士分别考察了氯离子浓度对微囊藻毒素浓度的影响，色素含量变化、电子转移变化对光合作用的影响以及微囊藻暴露于氯离子环境后基因转录的一系列变化情况。当微囊藻暴露于氯离子环境中时，氯离子会通过抑制DNA复制来影响微囊藻的生长、减弱碳水化合物代谢过程中基因的表达、引起光合作用和能量代谢的异常、提高胞内和胞外藻毒素基因的表达。陈蕾博士认为，咸潮入侵对于水库环境而言是一把双刃剑，一方面，盐分可以缓和藻类的爆发；另一方面，在高盐度环境下，微囊藻会产生更多的毒素，这对环境和人类健康将造成极大的威胁。朱宜平高工和陈蕾博士，一方面介绍了上海青草沙水库目前的情况和所做的工作，另一方面也是提出问题，期待通过本次研讨会，凝聚众人智慧，在后续的交流过程中，以及2017年第四届国际湖库水大会中得以进一步地研讨，取得对上海有重要意义的解决方案和突破。
近年来，国内外高度重视湖泊水库型饮用水水源的保护研究和工程化实践。从2003年开始，在气候、水文、环境等因子的影响下，洱海水质不断退化、水质波动较大，并且洱海浮游植物的组成及群落结构也在发生重大变化，水华藻类的优势种由硅藻演变为鱼腥藻，再演变为微囊藻，这也是浮游植物和蓝藻爆发的重要原因，急剧增加的浮游植物细胞数量为洱海藻类水华的治理工作带来了极大挑战。中国环境科学研究院储昭升研究员通过研究测定在多个环境因素下，浮游植物试验功能群的相对生物量丰度，从而分析得出影响洱海浮游植物功能群演替的几个重要因素。研究表明：浮游植物生物量、叶绿素a、总磷、总氮、氨氮、pH、高锰酸盐指数等环境因素对洱海浮游植物功能群的演替有较大影响，除此以外，如果天气持续干旱且突降暴雨，降雨过后气温会持续上升，这正是导致蓝藻爆发的关键因素。这样一来，就能清楚地理解了2013年洱海藻类爆发的可能原因：1月~7月，高温和干旱天气会导致水中污染物积累，此时的蓝藻为主导藻类物质，但生物量较低；到了8月~11月时，降雨量增多，污染物得以释放，氮磷含量在短期内剧增，导致蓝藻迅速生长，并在水面表层大量积聚。
那么，如果水库发生富营养化现象，我们该如何有效治理水库水质呢？美国弗吉尼亚理工大学Dr.John Little提出了一个设想：利用下层滞水带曝气与水面温水层掺混的方法改善富营养化水库的水质。Dr.John Little以落溪水库为采样点和试验地点展开研究，落溪水库是弗吉尼亚州水资源管理局运行管理的一个水库，其下层滞水带容易发生缺氧并导致水华爆发，因此作为此次研究对象，落溪水库具有很强的代表性。通过在下层滞水带曝气加氧、水面温水层掺混、间歇操作的方法，并实时监测水库不同水深处的叶绿素a和浊度水平、温度和溶解氧水平、铁和锰含量、绿藻、蓝藻和硅藻数量等参数。研究表明：利用下层滞水带曝气能够抑制沉积物中铁和锰的释放；在下层滞水带曝气和水面温水层掺混能够促进沿岸区域与水库中心的水体交换；水面温水层掺混的方法能够降低水中叶绿素a的含量，但其降解机理还需进一步研究。此外，Dr. John Little还建议将水质模型与实际测量技术结合在一起研究，以方便进一步探索其机理。
从我国的工程应用上来看，扬水曝气法工艺已被应用于我国多个饮用水源水库的治理，其能实现充氧和扬水混合有机地结合。西安建筑科技大学环境与市政工程学院张海涵博士在黄廷林教授所带领的团队中，通过试验研究多个水库水质、观察水库水华爆发和衰退过程中的微生物群落动态变化、测定水库藻类群落、探究水库生态系统中功能性微生物的活动和结构，成功开发了扬水曝气装置，为其在水库中的应用提供了技术支持。张海涵博士在报告中指出，该团队开发的扬水曝气系统目前已经在金盆水库、石砭峪水库、汾河水库和周村水库中得到了应用，并都取得了较佳效果。其中，汾河水库应用扬水曝气设备后，底泥释放的内源性污染物大大减少，有效控制了水体富营养化；在金盆水库的主要区域应用了8台扬水曝气设备后，水体混合充分，叶绿素a、总氮和铁的浓度均降低至较佳水平；在周村水库的应用中，扬水曝气法能有效降低氨氮以及从底物释放的磷铁锰元素，提高了微生物群落活性。从经济性的角度，扬水曝气设备在水库中的应用，确实大大节约了原水在水厂处理中的运行费用。
众多经验表明，饮用水湖泊出现的一系列生态环境问题，大多是由于人类对湖泊资源不合理、高强度的开发利用以及管理不善等原因造成的。中国科学院水生生物研究所宋立荣研究员的报告以“江苏省盐龙湖生态工程”和“江苏省昆山市傀儡湖生物调控工程”为研究范例，重点讲述了生态工程与生物处理在饮用水湖泊管理中的应用。在盐龙湖的水质调查过程中，着重对异味来源、水生植物、浮游植物、营养元素、溶解氧等因素进行分析研究，并采取人工控制鱼类群落的方式，以减少易破坏水生植物的底栖鱼类、促进水生植物的生长、加强生态系统功能。该生态工程系统能有效改善饮用水原水质量，但鱼类群落管理对整个生态系统稳定化的影响还有待进一步评估。紧接着鱼类群落管理的问题，宋立荣研究员在傀儡湖生物调控案例的介绍中指出，控制食浮游动物鱼类的数量、增加肉食性鱼类、减少易破坏水生植物的底栖鱼类（如鲤鱼类），能够使鱼类群落结构得以最优化，使鱼类多样性增加，进而使得饮用水湖泊的生态结构和功能长期稳定的运转。
本次研讨会采用宏观和微观相结合，理论与实践相结合的方式，既探讨了藻类和嗅味等研究热点的最新研究进展，也聚焦青草沙水库和国内外水源地在水质保障、预警监测等领域的最新科研成果和工程应用，取得了良好的交流互动效果，期待通过本次研讨，及2017年国际水协湖库水大会的契机，进一步在我国国内形成一个以工程应用为核心、科研攻关为智囊、国外经验为借鉴的战略产业联盟，为上海青草沙水源地及国内其他湖泊水库型饮用水源的水质保障提供助力。