第五节 长江三峡水库“水华”暴发
长江是我国第一大江，全长约6294km，流域面积为181万km2，多年平均入海水量9192亿m3。宜昌以上为上游，长度为4504km，其中宜宾以上称金沙江，以下始称长江；宜昌至鄱阳湖湖口为中游，长度为955km；以下为下游，长度为835km。
三峡为峡谷型天然河道，建设拦河大坝后即成为拦河型三峡水库，175m高程蓄水393亿m3，水面积为1084km2，坝长2.3km，我国第一大水库，水位年内变幅30～50m。
一、三峡库区干流水质和蓝藻（藻类）情况
长江三峡库区蓄水后流速减慢，有利于藻类生长繁殖，藻密度明显上升，但藻密度没有达到“水华”暴发程度，所以三峡库区干流无“水华”暴发。
（一）三峡库区干流蓄水后流速明显减慢
库区干流蓄水前洪水期最大流速为6～7m/s，枯水期为3～4m/s；2003年开始蓄水后库区江段变宽变深，平均宽1100m，流速减慢，如大坝附近官渡口断面流速由蓄水前1.0～5.3m/s下降为蓄水后0.1～0.9m/s，其库区中游的沱口断面流速由1.0～2.2m/s下降为0.1～1.3m/s。
（二）三峡库区干流蓄水后富营养程度有所下降
由于库区干流蓄水后流速减慢，悬浮物沉降，水体富营养程度有所下降。如沱口断面TP，蓄水前2000年均值0.08mg/L下降为2008年0.075mg/L。其中该断面浑水样TP下降幅度更大，由2000年的0.29mg/L下降为2008年的0.20mg/L。
（三）三峡库区干流藻种蓄水前后相仿
三峡库区干流藻种蓄水前后均主要为硅藻、绿藻、蓝藻等3门，合计占藻类全部种数90%，其中硅藻占全部种数50%左右。但蓄水后靠近大坝段的绿藻（衣藻、小球藻）、蓝藻（颤藻、微囊藻）明显有所上升。
（四）三峡库区干流藻密度蓄水后明显上升
蓄水前库首至库尾的藻密度基本相仿，年均值5万cells/L；库区干流蓄水后藻密度明显上升，各断面年均值10万～25万cells/L，且从库首至库尾藻密度上升幅度呈逐渐增加趋势，如库首的寸滩断面蓄水后较蓄水前藻密度年均值增加1.17倍，库尾的官渡口断面年均值增加6.51倍，藻密度2003年年均值达到48万cells/L。
（五）三峡库区干流蓄水后没有发生“水华”暴发现象
库区干流蓄水后水质一般为Ⅳ～Ⅴ类（均为湖泊标准，下同），有时水质还差一些，此为适宜藻类生长的营养水平，藻类生长高峰的春夏季节，其藻密度虽较2003年均值48万cells/L可增加数倍，但整个库区干流由于流速较快，不适合藻类快速生长繁殖，同时由于库区流量大带走的藻类多，此两个因素的叠加，使藻类春夏季节生长高峰期的藻密度低于其暴发临界密度，所以整个库区干流在蓄水后如蓄水前一样无蓝藻（藻类）“水华”暴发现象。同样三峡水库大坝以下的长江中下游水体富营养和藻类状况与库区干流相仿，也无“水华”暴发现象。
二、三峡水库支流水质和“水华”暴发情况
长江三峡水库建成运行以后曾发生多次库区支流回水区河段的“水华”暴发，一般均为间隔性的非每年暴发。
（一）三峡库区支流水质和蓝藻（藻类）总体情况
库区支流蓄水后流速降低。蓄水前平均流速为1.0m/s以上，蓄水后随着蓄水水位的提高流速逐渐减慢，达到172m蓄水位时，支流平均流速低于0.01m/s。
库区支流流速降低后有两方面作用：一是有利于泥沙沉降，降低水体N P；二是泥沙沉降后提高透明度和增加透光性，有利于藻类光合作用，使藻类的密度、生物量增加。此两方面作用相互影响、抵消，不同时间段产生不同的效果。在没有发生“水华”暴发期间，N P浓度下降；在“水华”暴发期间，外水域带入藻类和本水域产生藻类聚集在支流回水河段，其后数天藻类即大量死亡，这样经藻类增殖、死亡的若干反复后，库区支流N P有相当程度增加，其中N可能在“水华”暴发期结束后由于水体的自我净化作用而逐步减少。
库区支流的富营养程度（主要是TP）总体为加重趋势。2006年3月调查的28条流域面积大于100km2的库区支流中，4条为贫营养、14条为富营养；2010年9月调查的24条支流中，已经没有贫营养，有20条为富营养。2010年9月调查的24条库区支流，TP从蓄水前的0.12mg/L升高至175m试验性蓄水后的0.14mg/L，但TN从蓄水前的2.06mg/L下降至175m试验性蓄水后的1.53mg/L。库区支流水质一般为Ⅳ—劣Ⅴ类。
藻细胞密度增加。藻细胞年平均密度已经由蓄水前的每升数十万个增加至蓄水后的每升百万个。库区支流回水段存在由硅、甲藻类向蓝绿藻类开始转化的迹象。
（二）三峡库区支流“水华”暴发总体情况
2005年三峡库区调查的10条支流中有小江、汤溪河、磨刀溪、长滩河、梅溪河、大宁河、香溪河等7条发生蓝藻（藻类）“水华”暴发现象，其Chl a年均值均大于10μg/L，而没有发生“水华”暴发的3条支流Chl a年均值均小于10μg/L。
2009年3—10月，香溪河、梅溪河、神农溪、磨刀溪、小江等多条支流发生“水华”暴发。
2003—2009年库区支流发生“水华”暴发共64起。其中，2003年3起、2004年5起、2005年18起、2006年10起、2007年3起、2008年13起、2009年12起。
（三）香溪河“水华”暴发
香溪河为库区北岸靠三峡大坝最近的支流，其下游河段由于水库回水已成为库湾，也即为水库的一部分。
2003年5—6月，水库蓄水高程135m，香溪河下游河段首次发生甲藻暴发。2004年、2005年也发生甲藻暴发。
2005年7月香溪河下游河段首次发生蓝藻暴发，蓝藻种类主要为颤藻、束丝藻，暴发范围为其入江口顺香溪河上溯20km，其Chl a最大值90μg/L，藻密度1.5亿cells/L。
2008年8月，水库蓄水高程156m，香溪河发生严重蓝藻（微囊藻）“水华”暴发，暴发河段长度25km。其中蓝藻暴发时的部分水域似绿色油漆状。
2009年3月，香溪河发生硅藻暴发。
（四）神农溪蓝藻暴发
神农溪为长江北岸靠近三峡大坝的支流，2009年8月神农溪发生蓝藻（微囊藻）“水华”暴发，长度为9km，藻密度为16.8亿cells/L，Chl a达到2700μg/L，历时2个月。
（五）大宁河“水华”暴发
大宁河为库区北岸较靠近三峡大坝的支流，2005年3月大宁河发生长度15km的小环藻和衣藻“水华”暴发，同年6月发生长度15km的蓝藻（颤藻）和小环藻“水华”暴发，藻密度为2000万～2500万cells/L，其中Chl a最大为105μg/L。
2010年3月大宁河发生以绿藻、甲藻为主的藻类“水华”暴发，暴发期间3月12—16日的Chl a为11.71～32.06μg/L、TN为1.633～1.781mg/L、TP为0.081～0.163mg/L。藻类组成为：绿藻39%、甲藻38%、蓝藻11%、硅藻10%、其他藻2%。
（六）长江干流（三峡水库以下）支流存在“水华”暴发现象
汉江发生多次间隔性藻类暴发。汉江为长江支流，丹江口以上为上游，长度为950km，以下为中下游，长度为620km。
1992年2月中旬至3月初，汉江的潜江以下240km，首次发生硅藻“水华”暴发，黄褐色，藻密度达到1000万cells/L；1998年2月发生硅藻“水华”暴发，其范围一直上溯至宜城；2002年2月下旬至3月中旬，潜江以下发生硅藻“水华”暴发，暴发时间20d；2003年2月4—9日发生大规模硅藻“水华”暴发；以后未发生大规模“水华”。
湖北恩施的入长江支流大清江也多次发生藻类暴发现象。
三、三峡库区支流“水华”暴发原因和特点
长江三峡库区支流发生多次“水华”暴发现象，一般是间隔性暴发，非数年连续暴发。三峡水库支流的“水华”暴发应该是初期暴发，其暴发类型未定型，经常变化，这与外水域流入的蓝藻（藻类）种源及库区支流的生境有关，也即与库区蓄水的高程、调度运行，每年来水及泄水的总水量及其时间早晚、流速、流量等均有关，非常复杂。这里仅对支流“水华”暴发特点、原因进行初步分析。
（一）根本原因是长江三峡水库存在一定密度的蓝藻（藻类）种源
三峡水库存在的藻类（蓝藻）种源包括本水域存在、生产的和外来的两部分。原来长江干流上游的金沙江段的藻类（蓝藻）种源一般很少，长江干流及其支流在原来水流速度快和流量大的情况下，藻类（蓝藻）的增殖速度很慢，一般不会发生“水华”暴发。后由于三峡水库、水库上游干流及其支流及与之相连的湖泊水库生产的藻类（蓝藻）输入，其中滇池自20世纪80年代起就发生“水华”暴发，从1998年起开始打捞以蓝藻为主的藻类，每年打捞浓度不等的蓝藻水数量有数十万立方米至上百万立方米，未经处理直接输往下游金沙江、长江，使长江干流和三峡水库的藻类（蓝藻）种源成倍增加，为三峡库区支流的“水华”提前暴发和扩大暴发规模创造了有利条件。但个别支流（如汉江）的个别时间段存在局部水域水流非常缓慢的情况，在20世纪90年代初就曾发生藻类“水华”暴发现象。
（二）长江三峡库区支流已呈轻度—中度富营养是基本条件
三峡库区支流水质为Ⅳ～劣Ⅴ类，特别是P浓度一般在Ⅴ～劣Ⅴ类，为“水华”暴发提供了基本营养条件。营养物质的来源主要是生活、工业和农业的点源或面源；另外也有P本底值高的原因，如香溪河上游40km处有一家开采P矿企业，增加地面径流中P含量，使香溪河P元素随之增加。
（三）三峡水库运行后的水文水动力条件有利于蓝藻（藻类）增殖和聚集
三峡水库蓄水前，长江是峡谷型河流，大流量的高速水流把蓝藻（藻类）的种源和N P等营养物质带走，同时由于自净能力大，环境容量大，使富营养程度、藻密度的升高速度保持在较低水平。三峡库区支流情况也与此相类似。2003年蓄水运行后，库区及其支流的流速明显减慢，泥沙沉降、透明度提高，藻类光合作用增强，使藻密度增加，其中支流由于回水作用，使干流库区的藻类聚集于回水段，进一步增加藻密度，藻类的死亡又加重富营养程度，所以支流在“水华”暴发期的富营养程度总体有相当程度的上升。而三峡水库以下的长江支流的局部水域在部分时间段也有此类情况。
（四）长江三峡水库支流“水华”暴发主要发生在三峡库区回水段
三峡水库蓄水后，水位提高，支流回水长度可至数10km，回水过程也是减弱其自净能力、增加富营养程度和聚集、增加藻密度的过程，藻类死亡后又加重富营养程度，其后又有利于藻类增殖，直至藻类密度增加至一定程度时就发生“水华”暴发。所以支流“水华”暴发主要发生在其回水段。同样长江干流三峡水库以下的部分支流在局部水域的部分时间段也存在此类情况，如汉江和大清江。
（五）三峡水库支流“水华”暴发主要发生在库区北部支流
由于支流“水华”暴发的时间一般在春天，局部在夏天，此时北半球主要吹东风、东南风，因此库区北部支流的回水水流和同方向的风生流可发生重叠，加大了藻类（蓝藻）向支流回水区聚集的力度和提高了藻密度。且库区北部支流范围内的城市和村镇较多，入水污染负荷也较多和营养程度较丰富。如“水华”暴发的香溪河、神农溪、大宁河、梅溪河、汤溪河、小江均是三峡库区北部依次从东向西的支流，南部仅有长滩河、磨刀溪等2条支流发生“水华”暴发。长江干流三峡水库以下的一部分支流在局部时间段也存在此类情况。如长江北部支流汉江的藻类“水华”暴发程度就较重，南部的大清江也有藻类“水华”暴发，但程度相对较轻。
（六）三峡库区支流“水华”暴发主要发生靠近大坝处
三峡库区支流“水华”暴发主要发生在距离水库大坝相对较近的支流，其原因是距离大坝相对较近，则支流回水河段较长和回水时间较长，水体相对静止，使库区干流的蓝藻（藻类）相对容易向支流聚集和同时提高增殖速度，容易产生“水华”暴发。如3条河流库区“水华”暴发最严重的支流香溪河、神农溪、大宁河均距离水库大坝很近或较近。库尾较远的支流则一般不会发生“水华”暴发。
（七）三峡库区支流“水华”暴发主要发生3—7月
三峡库区蓄水后支流“水华”暴发主要有60次，分布在2—9月，主要在3—7月，其中3月、4月各为16次，5—7月依次为10次、8次、5次，其余2个月共为5次。
每年2—4月支流发生的藻类暴发一般为非蓝藻暴发，6—7月支流主要为蓝藻暴发或蓝藻与非蓝藻的混合暴发。原因是3—4月的日平均水温一般大于9℃，按照太湖的情况（三峡水库可能有差异）这主要是硅藻等非蓝藻藻类经过冬天后开始复苏的温度，所以随着温度的升高而藻类增殖速度加快，形成非蓝藻藻类暴发。而蓝藻最适宜复苏的温度为12.5℃，较非蓝藻复苏为晚，所以其生长增殖速度在同一时间段内比较慢，3—4月一般不会暴发。6—7月，水温一般高于19℃，这是蓝藻生长增殖速度较快的适宜温度，而此温度非蓝藻增殖的速度明显慢于蓝藻，所以支流回水区在此时较容易发生蓝藻“水华”暴发。
另外库区支流均位于高山峡谷，在相同纬度的水域中，较非高山峡谷水体的水温要高一些，所以其“水华”暴发时间也早一些，2月就可能暴发，这在太湖、巢湖一般是不可能的。
（八）三峡水库蓝藻（藻类）的优势种在变化
三峡水库蓄水前难以区分优势或非优势种，2003年6月蓄水后，一般形成了以甲藻、硅藻、绿藻、隐藻等非蓝藻为优势种，如大宁河。2005年6月后有些支流如香溪河则演变为以甲藻、蓝藻、绿藻为优势种，个别时间局部河段以蓝藻为优势种；神农溪有时以蓝藻为优势种；大宁河个别时间段也存在蓝藻优势种现象。
藻类暴发的类型：以大宁河为代表的甲藻-硅藻-绿藻型；以小江为代表的甲藻-硅藻型；2005年6月后以香溪河为代表的甲藻-硅藻-蓝藻型；神农溪的蓝藻（微囊藻）型。
（九）初步结论
根据以上情况分析，长江、金沙江上游滇池等湖泊或水库有相当数量的蓝藻水通过有关支流、金沙江进入三峡水库，使三峡水库在本水域存在、生产种源种群的基础上增加了一定或很多的藻类（蓝藻）种源，为“水华”暴发创造了一定有利的种源条件，又由于三峡水库特别其支流具备N P等物质的富营养基本条件，及有较平缓的水流，库区支流下游因回水成为三峡水库的一部分（库湾），支流回水河段其表面的流速很小，基本处于相对静止状态，在此聚集的藻类（蓝藻）在温度、光照等适宜条件下快速增殖至一定密度后发生“水华”暴发。就是长江干流三峡水库以下，有时也存在长江干流回水入支流现象，使长江干流的藻类（蓝藻）种源相当部分回流入支流，在适当的气候、水文水动力条件下可能发生藻类的快速增殖直至“水华”暴发现象，如汉江、大清江。