蓝藻水华程度、规模分级标准

认识蓝藻，预防“水华”爆发作者：闫成皋来源：《发明与创新(学生版)》2009年第08期2007年4月，太湖流域高温少雨，太湖水位偏低，部分水域大规模暴发蓝藻，无锡市太湖饮用水水源地受到严重影响。

一段时间内，用来食用的自来水水质也变得极坏，发出恶臭，严重影响了居民的饮用水安全，甚至一度出现了抢购瓶装纯净水的风潮。

2007年5月份，巢湖继太湖之后，也出现了蓝藻爆发的迹象，威胁着巢湖市的饮水安全。

那么，究竟什么是蓝藻呢?蓝藻到底有哪些危害呢?蓝藻在地球上大约存在了35～33亿年。

已知的蓝藻约2000种，中国已有记录的约900种。

它们分布十分广泛，遍及世界各地，但大多数(约75％)是淡水产，少数海产；有些蓝藻可生活在60℃～85℃的温泉中；有些种类的蓝藻与菌、苔藓、蕨类和裸子植物共生；有些还可穿入钙质岩石或介壳中(如穿钙藻类)或土壤深层中(如土壤蓝藻)。

太湖中的蓝藻是一种水生生物，在湖水遭到严重有机污染，氮、磷含量超标呈重富营养化状态下，再遇上适宜的温度(气温在18℃左右)等条件，蓝藻就可能疯狂生长。

蓝藻其实呈绿颜色，大量的漂浮蓝藻覆盖在水面上，像一层粘糊糊的“绿油漆”，专家们为它取了个靓丽的名称——蓝藻水华。

水华爆发时，水中的溶解氧被蓝藻大量消耗，鱼类等其他水生生物因缺氧而死亡，水体不仅变了颜色，还有臭味。

长期如此，湖泊失去了功能，成为死湖。

而高温天气和阳光的暴晒导致“蓝藻”在岸边大量死亡并腐烂，发出刺鼻的臭味，污染了湖水。

由于太湖附近的自来水的水源几乎全部取自太湖，因此，也导致居民家中的自来水发生了污染。

一、蓝藻的生物学特征蓝藻是藻类生物，又叫蓝绿藻。

大多数蓝藻的细胞壁外面有胶质衣，因此又叫粘藻。

在所有藻类生物中，蓝藻是最简单、最原始的一种。

蓝藻属蓝藻门，门下分为两个纲，即色球藻纲和藻殖段纲。

色球藻纲藻体为单细胞体或群体；藻殖段纲藻体为丝状体，有藻殖段。

蓝藻是单细胞生物，没有细胞核，但细胞中央含有核物质，通常呈颗粒状或网状，染色体和色素均匀分布在细胞质中，其细胞核没有核膜和核仁，但具有核的功能，故称其为原核。

太湖蓝藻水华种类及其演替规律研究朱冰川黄君宋挺吴蔚张军毅（无锡市环境监测中心站江苏无锡214121）摘要通过2013 年1-12 月对太湖蓝藻水华的调查和研究，蓝藻水华种类主要有微囊藻属Microcystis 和鱼腥藻属Anabaena，共计2 属13 种。

太湖的东部和南部，春季个别水域水体中藻类颗粒主要为鱼腥藻属，但是总体来看，太湖蓝藻水华仍为微囊藻水华。

微囊藻属的演替规律为春（水华微囊藻M.flos-aquae、鱼害微囊藻M. ichthyoblabe）→夏（鱼害微囊藻M. ichthyoblabe、惠氏微囊藻M. wesenbergii）→秋（惠氏微囊藻M. wesenbergii、铜绿微囊藻M. aeruginosa）→冬季（水华微囊藻M. flos-aquae、片状微囊藻M. panniformis）。

此外，夏秋季蓝藻水华的种类多样性最好。

关键词太湖微囊藻属鱼腥藻属蓝藻水华季节演替一、研究背景2007 年无锡―供水危机‖之后，国家、省市投入了大量的人力和物力进行太湖综合整治并取得了丰硕成果。

2007 年以来，太湖总磷、总氮、高锰酸盐指数、氨氮的分别下降了37.4%、22.2%、17.5%和76.3%。

太湖水质虽然有了较大幅度改善，但近年来好转的趋势向缓，外来污染及太湖生态环境的关系仍不明晰，蓝藻的生长机理与暴发仍是世界性难题，尤以近年来，蓝藻水华的持续暴发和最大聚集面积有冬季后移的倾向，这在一定程度上体现了蓝藻水华监测及其治理的复杂性和艰巨性。

由于蓝藻水华各种类存在一些生理差异（如是否产毒、光合效率的高低、生长的快慢等），尤其是藻毒素释放的类型和LD50 有较大差异[1-2]，对水体环境的危害程度不同。

例如，铜绿微囊藻和绿色微囊藻是被国际上公认释放藻毒素的种类，尽管其毒素受地域，季节和生理状态等因素影响，但惠氏微囊藻作为太湖水华的主要优势种之一，是否释放毒性一直备受争议。

徐瑶（2008）通过对太湖惠氏微囊藻进行了mcy A 的PCR 检测、ELISA 和HPLC 的化学分析[3]。

太湖蓝藻水华遥感监测方法一、本文概述太湖，作为中国最大的淡水湖之一，近年来面临着严重的蓝藻水华污染问题。

蓝藻水华的大面积爆发不仅破坏了水生态系统，还对周边地区的水资源安全构成了严重威胁。

因此，对太湖蓝藻水华的有效监测与管理显得尤为重要。

本文旨在探讨遥感技术在太湖蓝藻水华监测中的应用方法，以期为相关领域的研究与实践提供有价值的参考。

本文首先介绍了太湖蓝藻水华问题的严重性和遥感技术在该领域的应用背景，阐述了遥感监测的重要性和可行性。

接着，文章详细介绍了遥感监测方法的基本原理和流程，包括遥感数据源的选择、数据预处理、特征提取以及蓝藻水华信息的提取与识别等关键步骤。

在此基础上，文章还深入探讨了遥感监测方法的优缺点，以及在实际应用中可能面临的挑战和问题。

本文总结了遥感技术在太湖蓝藻水华监测中的实际应用案例和效果评估，展望了遥感技术在未来蓝藻水华监测与管理中的发展前景和趋势。

通过本文的研究，旨在为太湖蓝藻水华的遥感监测提供一套科学、有效、可行的方法论，为水环境保护和水资源管理提供有力支持。

二、太湖蓝藻水华概述太湖，作为中国第三大淡水湖，其生态环境和水质状况对于周边地区乃至全国都具有重要影响。

然而，近年来，太湖蓝藻水华频繁爆发，严重影响了太湖的水质和生态环境。

蓝藻水华是一种由蓝藻（一种原核生物）过度繁殖引起的水体污染现象，其大量繁殖会消耗水中的氧气，导致水生生物死亡，同时还会产生有害的次生代谢产物，对人类和其他生物的健康构成威胁。

太湖蓝藻水华的发生与多种因素有关，包括气候条件、水体营养状况、湖泊地形等。

其中，气候因素如温度、光照、风速等直接影响蓝藻的生长和繁殖；水体营养状况，如氮、磷等营养物质的含量，为蓝藻提供了生长所需的营养物质；而太湖独特的湖泊地形和水文条件，也为蓝藻的聚集和繁殖提供了有利条件。

为了有效监测和防控太湖蓝藻水华，遥感技术被广泛应用于太湖蓝藻水华的监测中。

遥感技术具有覆盖范围广、获取信息量大、更新速度快等优势，能够实现对太湖蓝藻水华的快速、准确监测。

蓝藻知识问答一、什么是蓝藻蓝藻是一种原始而古老的藻类原核生物，常于夏秋季大量繁殖，腐败死亡后在水面形成一层蓝绿色而有腥臭味的浮沫，称为“水华”。

二、爆发的成因蓝藻爆发成因为富营养化。

过量的养分主要来自于以下这些源头：1. 化肥流失，化肥是很多富营养化区域的主要养分来源。

2. 生活污水，包括人类的生活废水和含磷清洁剂。

3. 畜禽养殖，畜禽的粪便含有大量营养废物如氮和磷，这些元素都能导致富营养化。

4. 工业污染，包括化肥厂和废水排放。

三、蓝藻形成条件1.蓝藻的必要条件是水体富营养化。

2.充分条件之一是温度，目前高温提前，是导致蓝藻较早爆发的直接原因。

3.充分条件之二是蓝藻爆发主要是水体静止，流体环境下蓝藻不容易聚集。

四、水华的形成条件1、蓝藻的覆盖面积大于5%；2、藻类密度大于200万个每升；满足这二个条件的，可形成零星水华。

五、水华的危害在一些营养丰富的水体中，有些蓝藻常于夏季大量繁殖，并在水面形成一层蓝绿色而有腥臭味的浮沫，称为“水华”，大规模的蓝藻爆发，被称为“绿潮”（和海洋发生的赤潮对应）。

绿潮引起水质恶化，严重时耗尽水中氧气而造成鱼类的死亡。

更为严重的是，蓝藻中有些种类（如微囊藻）还会产生毒素（简称MC），大约50%的绿潮中含有大量MC。

MC除了直接对鱼类、人畜产生毒害之外，也是肝癌的重要诱因。

六、减少蓝藻爆发的方法蓝藻等藻类是鲢鱼的食物，可以通过投放此类鱼苗来治理藻类，防止藻类爆发。

七、蓝藻的处理方式蓝藻极难处理，1998年12月，国务院发起了太湖水污染治理“零点行动”，拉开了太湖水污染治理的序幕。

但9年多过去了，投资过百亿元，太湖水质并未明显改善，工业污染、农业污染和城市生活污水控制没有达到预期目的，太湖水质污染甚至有加重趋势。

蓝藻处理方式有多种，有化学处理法、用硫酸铜等重金属盐类进行杀灭等，但无一例外都对处理后的水质产生不良影响。

经专家门多方讨论，到目前为止最适合的方式是打捞的方式，这种原始的方法不会对原水质产生不良影响，但是效果不是十分明显，要等蓝藻爆发才能打捞，投入人力物力较大。

水产养殖中的几种藻类淡水常见藻类大致分为：蓝藻门、裸藻门、金藻门、甲藻门、隐藻门、硅藻门、绿藻门、黄藻门等。

蓝藻、微囊藻（死亡后产生的毒素更大，抑制其它藻类生长）；螺旋藻（不易消化）、颤藻（不易消化）、平裂藻、项圈藻、鱼腥藻、微囊藻（易产生水华）。

其中有的是有益藻，有的是有害藻。

一、蓝藻蓝藻的发生很大程度上取决于温度。

蓝藻繁殖时对温度敏感，水温在17℃以下时，不会大量发生，或者不会对鱼类构成危害。

当水温上升到28℃时，由于其它藻类的生长受到抑制，同时又大量被鱼类吞食(温度高鱼类摄食代谢增强)，蓝藻很容易形成优势种群而大量爆发。

（1）蓝藻的习性1、PH值：藻类喜欢偏碱性的水体，高PH(PH8.0—PH9.5)会促进蓝藻的发生，故应避免单一使用泼洒石灰水的方法改善水质。

2、氮磷比：蓝藻既可利用水体中的氮，又具有更高的利用磷的能力，低氮磷比或含磷较高富营养化的水体都可能导致蓝藻的大量发生。

适当提高氮磷比可在一定程度上抑制的蓝藻的生长。

3、生态关系：蓝藻与其它藻类一起构成池塘生态系统的生产者，提供了89%以上的溶氧。

因此这些生产者除了参与生态系统的物质循环外，还影响到鱼类的生存。

4、蓝藻水华的成因：不同阶段的关键因素不同，一般可以将蓝藻水华的形成分为四个阶段：休眠、复苏、生物量增加、上浮。

上浮后形成蓝藻水华，然后开始出现转水。

5、蓝藻的危害：蓝藻可以改变膨压，在高温强光照的天气情况下，聚集在水体表层，吸收了大部分的阳光，在自己大量繁殖的同时抑制其它藻类的生长。

蓝藻的大量繁殖，不断向水体分泌有毒代谢物质，从而影响浮游生物的种群演替、繁殖周期，还可引起一些浮游动物的大量死亡。

（2）蓝藻大量发生的危害蓝藻颗粒很难被鱼类消化，大量繁殖后很快就会成为优势种群。

这种通过种空间竞争形成的过度繁殖，必然也会带来种内斗争，这种内斗的结果又将导致大量的蓝藻死亡。

蓝藻的大量死亡使得水体的生产者锐减，造成水体中的溶氧供应严重不足。

太湖蓝藻水华灾害程度评价方法刘聚涛;高俊峰;赵家虎;黄佳聪;姜加虎【摘要】通过对太湖蓝藻水华灾害分析,借鉴赤潮灾害评价指标,采取蓝藻水华面积和Chla浓度作为灾害程度分级评价指标,应用层次分析法确定权重,结合隶属度函数,采用模糊综合评价建立太湖蓝藻水华灾度分级评价方法,定量描述蓝藻水华灾害程度.结合2008年太湖蓝藻水华灾害事件对该方法进行验证.结果表明,2008年太湖监藻水华灾害规模主要为小型、中型和大型,无重大和特大蓝藻水华灾害发生;其中小型蓝藻水华灾害在各月都有分布,中型和大型蓝藻水华灾害主要分布在5月和7～9月.评价结果表明该方法具有一定的科学性和适用性.【期刊名称】《中国环境科学》【年(卷),期】2010(030)006【总页数】4页(P829-832)【关键词】蓝藻水华灾害;灾害程度;评价方法;太湖【作者】刘聚涛;高俊峰;赵家虎;黄佳聪;姜加虎【作者单位】中国科学院南京地理与湖泊研究所,江苏,南京,210008;中国科学院研究生院,北京,100049;中国科学院南京地理与湖泊研究所,江苏,南京,210008;中国科学院南京地理与湖泊研究所,江苏,南京,210008;中国科学院研究生院,北京,100049;中国科学院南京地理与湖泊研究所,江苏,南京,210008;中国科学院研究生院,北京,100049;中国科学院南京地理与湖泊研究所,江苏,南京,210008【正文语种】中文【中图分类】X524Abstract：Referring to the indices of red tide hazard evaluation, cyanobacteria bloom area and Chla concentration was took as evaluation indices and a hazard degree evaluation method was established based on the analysis of cyanobacteria bloom hazard in Taihu Lake. AHP method was applied to determine the weights and fuzzy comprehensive evaluation method was adopted to quantitatively estimate the hazard degree. Cyanobacteria bloom hazards in Taihu Lake in 2008 were evaluated through the above method. The hazards of Taihu Lake in 2008 were mainly small, medium and large, and there were no significant and serious cyanobacteria bloom. In the different hazards, the small hazard distributed each month, and the medium and large hazards were mainly distributed in May and from July to December. The evaluation method could be successfully applied in the scientific research and field operation.Key words：cyanobacteria bloom hazard；hazard degree；evaluation method；Taihu Lake从20世纪80年代后期开始,太湖北部的梅梁湾频繁暴发蓝藻水华[1-2],2000年以来,蓝藻水华的持续时间增加,几乎全年都有发生.2001年开始,南部沿岸蓝藻水华频发,且集聚面积逐年扩大,持续时间越来越长.2003年之后,蓝藻水华开始向湖心扩散[3].灾害程度分级是灾害预防和灾后减灾措施实施的重要依据.目前对于蓝藻水华的研究多集中于其发生机理研究[4-7],尚未有关于蓝藻水华灾害程度分级标准及评价方法的研究.本研究采用蓝藻水华面积和Chla浓度作为灾害程度分级评价指标,应用层次分析法确定权重,结合隶属度函数,采用模糊综合评价建立太湖蓝藻水华灾度分级评价方法,并以2008年太湖部分蓝藻水华灾害事件验证该评估方法的适用性,定量描述蓝藻水华灾害程度,为蓝藻水华预防、减灾提供依据.1.1太湖蓝藻水华灾害程度评价指标体系借鉴与蓝藻水华灾害性质和类型相似的赤潮灾害研究成果确定蓝藻水华灾害程度评价指标体系.在赤潮灾害评价中,通常采用赤潮面积、中毒人数和经济损失3个指标来划分[8-9].与赤潮灾害相比,蓝藻水华暴发时,对人类直接影响是蓝藻水华堆积腐烂形成异味,严重时可能导致湖区水厂停水,造成饮用水源危机,而在其他情况下,蓝藻水华暴发的直接影响是湖泊水环境和水生态恶化,因此,在蓝藻水华灾害评价仅选取蓝藻水华面积为评价指标.同时,Chla可表征水体藻类的生物量大小和水华暴发的趋势[10-11],因此,采用蓝藻水华面积和Chla浓度2个指标来对蓝藻水华灾害程度进行评价.1.2太湖蓝藻水华灾害程度分级标准1987～2003年,太湖Chla浓度1987年最低(7mg/m3),1990年最高(43mg/m3),其中1993,2000, 2002年分别为30,39,33mg/m3,其他年份都小于30mg/m3[12-16].根据太湖蓝藻水华面积调查,并结合实地调查资料和数据,同时征询不同专家意见,对太湖蓝藻水华灾害进行分级,如表1所示.1.3权重确定方法采用层次分析法(AHP)[17]确定权重.在专家确定法的基础上,进行数学分析,判断最大特征值的一致性,当一致性检验值(CR)＜ 0.10时,认为层次总排序结果具有较满意的一致性并接受该分析结果,从而确定指标的权重.1.4隶属度函数以隶属度大小表达隶属度资格时,隶属度数值愈大,隶属资格愈高.常用的求隶属度方法为随等级升高因子标准数值增大的因子用“降半梯形分布图”法[18-19],评价因子相应于不同级别的隶属度函数表达式如下.式中: rij表示因子i对j级蓝藻水华灾害程度的隶属度; Ci表示第i个因子的实测指标;Sij表示第i个因子的第j级标准值.1.5综合评估模型在确定单因素模糊评价矩阵R和权重集W之后,采用模糊综合评价方法[18-19]进行计算.B=W·R=[b1,b2,…,bm] (4)根据最大隶属度原则,若bj=max(b1,b2,…,bm),则评价对象级别应该为第j级.2.1数据蓝藻水华面积通过频率为每天1次的分辨率为250m×250m的MODIS遥感影像,采用近红外波段Band2＞0.1,并且Band2/Band4＞1的方法[20]提取.Chla浓度来源于太湖生态站每周2次常规监测数据,根据蓝藻水华预报模型[21]模拟监测日期后2～3d的Chla浓度分布,结合遥感影像统计蓝藻水华面积范围内Chla浓度,并计算其均值,从而确定该天蓝藻水华暴发时Chla浓度.2.2权重确定在太湖蓝藻水华灾害评价指标的基础上,通过蓝藻水华面积和Chla浓度指标的对比,构造判断矩阵,该矩阵的一致性检验值CR为0.0000＜0.10,权重的确定具有可信性,太湖蓝藻水华灾害指标中,蓝藻水华面积、Chla浓度权重分别为0.69,0.31.则太湖蓝藻水华灾害指标权重的矩阵为:W=[0.69 0.31].2.3隶属度函数计算由于隶属度函数无法对没有上限的分级进行评价,因此对于特大灾害的隶属度的确定存在一定问题.根据蓝藻水华暴发状况,分别设1200km2和150mg/m3作为面积和Chla浓度的上限,如果超过该数值,则对于特大灾害的隶属度为1,其他灾害级别的隶属度为0;若面积属于(900,1200]范围内和Chla浓度位于(120,150]区间,则分别计算该指标对于重大蓝藻水华灾害和特大蓝藻水华灾害的隶属度.以2008年5月5日为例,蓝藻水华面积为462 km2, Chla浓度为107.8mg/m3,根据模糊综合评价模型中隶属度函数,蓝藻水华面积指标分别隶属于中型蓝藻水华灾害和大型蓝藻水华灾害,Chla浓度分别隶属于大型蓝藻水华灾害和重大蓝藻水华灾害,采用式(1)～式(3)分别计算蓝藻水华面积和浓度的隶属度,则2008年5月5日实测指标隶属度矩阵为:2.4太湖蓝藻水华灾害程度评估根据模糊综合评价方法,采用W=·BR计算各次蓝藻水华灾害事件对各级别灾害的隶属度.2008年5月5日的模糊综合评价结果为:根据最大隶属度原则,2008年5月5日蓝藻水华灾害应属于中型蓝藻水华灾害.其他日期蓝藻水华灾害事件计算方法相同.根据评价结果,结合最大隶属度原则,2008年不同类型蓝藻水华灾害评价结果见表2.由表2可见,2008年太湖蓝藻水华灾害程度主要为小型、中型和大型蓝藻水华灾害,并无重大和特大蓝藻水华灾害发生.这可能是由于2007年5月份太湖蓝藻水华灾害发生后,太湖流域采取了如人工捞藻、引江济太等措施[22]来削减和稀释太湖蓝藻水华暴发所需营养物质浓度,同时,采取一定的措施来密切关注和监测蓝藻水华状况,一定程度上减小了大面积蓝藻水华灾害发生的机率和风险,因此2008年蓝藻水华灾害规模并无重大和特大型蓝藻水华灾害.根据2008年4～9月太湖蓝藻水华灾害统计结果(表3),小型蓝藻水华灾害在各月都有分布,中型和大型蓝藻水华灾害主要分布在5月和7～9月.4月份,太湖蓝藻水华属于复苏阶段[7],蓝藻生物量处于增加阶段,并且温度相对较低,蓝藻水华灾度较小;由于太湖流域受季风气候影响,6月份多阴雨天气,降雨量较大,太湖水位相对较高,对蓝藻密度具有一定的稀释作用,一定程度上减小了蓝藻大规模聚集的程度,因此6月份蓝藻水华灾度较小;5月、7～9月,由于藻类生物量较大,并且有适合藻类生长的温度,因此蓝藻水华灾害灾度相对较大.借鉴赤潮灾害分级评价指标,通过对蓝藻水华灾害指标分析,确定太湖蓝藻水华灾害程度分级的标准以及评价方法,并采用2008年太湖不同类型蓝藻水华灾害对该方法进行验证.结果表明,2008年太湖蓝藻水华灾害程度主要为小型、中型和大型,无重大和特大蓝藻水华灾害发生,其中小型蓝藻水华灾害在各月都有分布,中型和大型蓝藻水华灾害主要分布在5月和7～9月.该评价结果表明该方法具有一定的科学性和适用性.[1] CHEN Yu-wei, Qin Bo-qiang, Teubner K, et a1. 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China Environmental Science, 2010,30(6)：829～832。

中国环境科学 2011,31(3)：498~503 China Environmental Science 太湖蓝藻水华灾害风险分区评估方法研究刘聚涛1,杨永生1,姜加虎2,高俊峰2*(1.江西省水利科学研究院,江西南昌 330029；2.中国科学院南京地理与湖泊研究所,江苏南京 210008)摘要：通过对太湖蓝藻水华灾害风险分析,构建太湖蓝藻水华风险评估指标体系,结合风险评估概念,建立太湖蓝藻水华灾害风险评估方法.在此基础上,以2008年为基准年,结合太湖9个分区,评估各湖区蓝藻水华灾害危险性、易损性、脆弱性和综合风险.结果表明,综合风险最大的区域集中在太湖的北部,尤其作为水源地的贡湖风险最大,为重度风险;竺山湖、梅梁湾和西部沿岸由于其危险性较大,而总体风险较大,为中度风险;其他湖区风险较小,胥湖、南部沿岸和大太湖为轻度风险;太湖的东南部湖区箭湖东茭咀和东太湖由于水体富营养化程度较低,植物覆盖率较高,蓝藻水华发生危险性较小,综合风险指数较小,为轻微风险.关键词：蓝藻水华灾害；风险评估；太湖中图分类号：X824 文献标识码：A 文章编号：1000-6923(2011)03-0498-06Risk evaluation method of cyanobacteria bloom hazard in Taihu Lake. LIU Ju-tao1, YANG Yong-sheng1, JIANG Jia-hu2, GAO Jun-feng2* (1.Jiangxi Provincial Institute of Water Sciences, Nanchang 330029, China；2.Nanjing Institute of Geography and Limnology, Chinese Academy of Sciences, Nanjing 210008, China). China Environmental Science, 2011,31(3)：498~503Abstract：Based on the risk analysis of cynaobacteria bloom hazard in Taihu Lake, the index system for the cynaobacteria bloom risk evaluation was constructed. Combined with the concept of risk evaluation, the risk evaluation method was established. On the basis, the hazard risk, exposure risk, vulnerability risk, and comprehensive risk of the nine lake regions in Taihu Lake were evaluated taking 2008 as the base year. The largest risk regions were in northern part of Taihu Lake, especially the Gonghu Lake was the most serious as the water source area. The risk in Zhushan Lake, Meiliang Bay and western coastal was middle for the large hazard risk. In the other regions, the risk in Xuhu Lake, southern coastal and big Taihu Lake was light risk, and there were almost no cyanobacteria bloom outbreak risk for the light eutrophication and large vegetation cover in the southwest regions of Taihu Lake.Key words：cyanobacteria bloom hazard；risk evaluation；Taihu Lake20世纪80年代后期开始,太湖北部的梅梁湾频繁暴发蓝藻水华,2000年以来,蓝藻水华发生频率增加,范围扩大,并且逐渐向湖心扩散[1-3].蓝藻水华频发导致水环境质量下降,直接威胁着周边城市饮水水源.2007年太湖蓝藻水华事件导致无锡市200多万居民饮水困难,引起社会的广泛关注.有效的蓝藻水华灾害风险管理是实现太湖水资源和周边社会经济可持续发展的重要保障.为有针对性地制定防灾预案,需从区域上对蓝藻水华灾害进行风险评估.开展太湖蓝藻水华灾害风险分区评估,有利于认识太湖各湖区蓝藻水华灾害发生及其可能造成危害大小,对于蓝藻水华灾害风险管理具有重要的现实意义.作者通过对蓝藻水华灾害的分析,分别从自然属性和社会属性两方面评估了蓝藻水华灾害的强度和灾情[4].并在评估的基础上,根据历史灾害状况和蓝藻水华发生的主要环境因子,对太湖进行蓝藻水华灾害发生危险性分区评价,估算各湖区蓝藻水华发生的可能性[5].在危险性评价的基础上,结合蓝藻水华灾害的易损性、脆弱性和易损性分析,构建太湖蓝藻水华灾害风险评估指收稿日期：2010-07-12基金项目：国家“973”项目(2008CB418106);中国科学院知识创新工程重大交叉项目(KZCX1-YW-14-6).* 责任作者, 研究员, gaojunf@3期 刘聚涛等：太湖蓝藻水华灾害风险分区评估方法研究 499标体系,运用综合指数构建风险评估模型,并以2008年数据对该评估模型进行验证,以期为太湖各湖区防灾减灾以及蓝藻水华灾害风险管理提供科学依据和技术支持. 1 太湖蓝藻水华灾害风险评估指标体系构建参考赤潮灾害风险评估指标体系[6],结合风险评估概念[6-8],构建多层次蓝藻水华评估指标体系,如表1所示,目标层为蓝藻水华灾害风险评估,准则层为危险性指标、易损性指标和脆弱性指标[9],指标层为评估时选取的具体指标.表1 太湖蓝藻水华灾害风险评估指标体系Table 1 Index system for the risk evaluation ofcynaobacteria bloom hazard in Taihu Lake目标层 准则层 指标层历史灾害密度历史危险性指标历史灾害规模 湖区沿风向所处位置湖区封闭程度Chla 浓度TN 浓度 TP 浓度潜在危险性指标 水生植物覆盖面积百分比饮用水源地影响人口易损性指标经济损失蓝藻水华 风险评估指标体系 脆弱性指标 影响人口占区域百分比 危险性评价指标包括历史灾害危险性和潜在灾害危险性指标.历史灾害危险性指标主要包括历史灾害密度和历史灾害规模.潜在危险性是预测蓝藻水华灾害发生和程度的自然属性.通过采用Chla 浓度、TN 浓度和TP 浓度来进行潜在危险性评价[5],由于该指标相对简单,主要集中于水环境因子,故在此基础上,增加了风向和水生植被的指标.构建指标体系主要包括湖区沿风向所处位置、湖区封闭程度、Chla 浓度、TN 浓度、TP 浓度和水生植物覆盖面积百分比.在灾害风险评价中, 受灾害危害对象的数量、密度、价值称为易损性条件.易损性指标包括人口易损性和经济易损性,其中人口易损性主要为饮用水源地影响人口;经济易损性指标包括直接经济损失和间接经济损失[10-13],其中直接经济损失包括生活用水损失和旅游损失,间接经济损失为灾后救灾投入. 脆弱性表示受灾区社会或环境受蓝藻水华灾害影响的程度,主要指蓝藻水华灾害影响人口占区域百分比.2 太湖蓝藻水华灾害风险评估方法 2.1 数据标准化方法首先需要对各指标进行标准化处理,去除各指标的量纲.与蓝藻水华灾害风险呈正相关和负相关的指标分别按式(1)和式(2)进行计算. A ij =(x ij -x j min )/(x j max -x j min ) (1) A ij =(x j max -x ij )/(x j max -x j min ) (2) 式中: i 表示第i 个湖区; j 表示第j 个指标; A i ;表示第i 个湖区第j 个指标标准化值; x ij 表示实测值; x j max 表示第j 个指标中最大值; x j min 表示第j 个指标中最小值. 规范化后的指标特征值具有相同的取值趋势(值越大,风险越大)和取值范围(［0,1］区间),使得指标值的优劣具有可比性,保证了评价结果的一致性. 2.2 权重确定方法 由于对与蓝藻水华灾害风险的研究相对较少,专家经验对指标权重的确定具有重要指导作用,因此本研究采用定性与定量相结合的权重赋值方法即层次分析法(AHP)[14-15]来确定权重.该方法在专家确定法的基础上,进行数学分析,判断最大特征值的一致性,当一致性检验值(CR)< 0.10时,接受该分析结果. 2.3 风险分级体系 参考国内外风险评价标准,对太湖蓝藻水华灾害风险程度进行分级(表2). 表2 太湖蓝藻水华灾害风险程度分级体系Table 2 Grading system of risk degree for cynaobacteria bloom hazard in Taihu Lake 风险级别一级 二级 三级 四级 五级综合评分[0,0.2)[0.2,0.4)[0.4,0.6) [0.6,0.8) [0.8,1] 风险程度轻微 轻度 中度 重度 极重500 中 国 环 境 科 学 31卷2.4 综合评估方法 根据太湖蓝藻水华灾害风险评估指标框架和自然灾害风险计算公式,利用层次分析法和加权综合评分法,建立太湖蓝藻水华灾害风险评估模型:H E V RI W H W E W V =++ (3) 8h h 1i i i H W A ==∑ (4)2e e 1i i i E W A ==∑ (5)v v V W A = (6)式中: RI 表示风险综合指数,其值越大,说明蓝藻水华灾害风险越大; H 、E 和V 分别表示太湖蓝藻水华灾害危险性、易损性和脆弱性大小, A 为各评价指标的量化值,W 为权重系数,i 为评价因子.3 太湖蓝藻水华灾害风险分区评估 3.1 评估单元划分根据参考文献[5],把太湖分为9个湖区,如图1所示.梅梁湾竺山湖西部沿岸大太湖胥湖贡湖东太湖箭湖东茭咀南部沿岸N 0510km图1 太湖9个分区示意Fig.1 Sketch of of nine regions in Taihu lake3.2 指标含义历史灾害密度和规模:历史灾害密度指各湖区平均蓝藻水华灾害发生次数,单位为次/年;历史灾害规模指平均蓝藻水华面积占湖区百分比.根据灾害评估方法,分别对近几年灾害进行统计.湖区沿风向所处位置:按照湖泊分区沿夏季盛行东南风向所处位置分为3类,分别进行打分,如表3所示. 表3 不同湖区所处位置赋值 Table 3 Assignment of the different regions in Taihu Lake湖区湖区位置赋值梅梁湾、竺山湖、北部沿岸 西北区 5 贡湖、大太湖、西部沿岸 中部区 3 胥湖、东太湖、箭湖东茭咀东南区 1湖区封闭程度:湖区封闭程度是指湖区岸线长度与湖区面积圆形周长之比,无纲量.Chla 浓度、TN 浓度、TP 浓度:以2004~2008年Chla 、TN 和TP 浓度为基础,计算各湖区该指标平均浓度,单位为mg/L.水生植物覆盖面积百分比:以2007年夏季水生植物覆盖面积为基础,计算各湖区覆盖面积所占百分比,无量纲.饮用水源地影响人口:指蓝藻水华灾害发生后影响的人口数量,单位为万人.经济损失:指受蓝藻水华灾害影响,导致水厂停水而造成的居民生活用水增加成本、旅游损失和灾后减灾救灾投入,单位为万元. 影响人口占区域百分比:指受蓝藻水华发生影响饮用水源地人口占区域总人口百分比.数据来源于2009年江苏统计年鉴[16]和浙江统计年鉴[17].3.3 指标权重的确定 通过对指标两两比较,构造判断矩阵,通过计算一致性检验,确定各准则层及指标层内各指标的单排序权重值,权重计算结果如表4所示.其中,危险性指标权重一致性检验值CR=0.0037,易损性、脆弱性和风险综合评估指标权重的一致性检验值CR=0.0000,根据计算结果, CR<0.10,说明权重的计算具有可信性.在危险性指标、易损性指标和脆弱性指标中,通过层次分析法进行分析并经过一致性检验,3个指标的权重分别为0.4906、0.3289和0.1805.危险性指标表示蓝藻水华灾害发生的可能性,其权重最大,表明一旦蓝藻水华灾3期 刘聚涛等：太湖蓝藻水华灾害风险分区评估方法研究 501害发生,其可能造成较大的人口和经济影响.表4 太湖蓝藻水华灾害风险评估指标权重 Table 4 Index weights of cynaobacteria bloom hazard risk evaluation in Taihu Lake 目标层 准则层 指标层 历史灾害密度(0.1289)历史灾害规模(0. 1289)湖区沿风向所处位置(0.1166)湖区封闭程度(0.1166)Chla 浓度(0.1655) TN 浓度(0.0931)TP 浓度(0.0931)危险性指标 (0.4906) 水生植被覆盖面积百分比(0.1574)饮用水源地影响人口(0.5987) 易损性指标 (0.3289) 经济损失(0.4013)太湖蓝藻水华灾害 风险评估(1.0000)脆弱性指标(0.1805)影响人口占区域百分比(1.0000)3.4 太湖蓝藻水华灾害风险评估根据太湖蓝藻水华灾害风险评估方法,以太湖九个湖区为评估单元,评估各湖区蓝藻水华灾害的危险性、易损性和脆弱性,在此基础上进行风险综合评估,为预防和减轻蓝藻水华灾害提供理论基础和科学依据.3.4.1 危险性评估 根据风险评估方法,对太湖蓝藻水华灾害危险性进行分区评估,各湖区危险性评分及排序如表5所示. 根据评价结果可知,竺山湖和西部沿岸危险性指数最大,分别为0.8360和0.8189,为极重危险性;梅梁湾居第3位,危险性指数0.7457,为重度危险性;南部沿岸、贡湖和大太湖危险性指数分别为0.4433、0.4431和0.4408,三者危险性相差不大,为中度危险性;胥湖、箭湖东茭咀和东太湖最小,危险性指数分别为0.1974、0.1188和0.1182,为轻微危险性,评价结果与文献[5]基本相一致.竺山湖、西部沿岸和梅梁湾危险性最大,南部沿岸、贡湖和大太湖居中,胥湖、箭湖东茭咀和东太湖最小,太湖各湖区危险性指数排序基本与湖区沿风向所处位置相一致.夏季盛行东南季风,蓝藻水华在湖区西北部聚集,危险性沿风向在西北部最大,东南部最小,说明夏季风向对蓝藻水华灾害危险性具有重要作用.在胥湖、箭湖东茭咀和东太湖3个湖区,由于历史灾害危险性较小,并且,箭湖东茭咀和东太湖水生植物覆盖率最大,减小蓝藻水华发生机率;因此该3个湖区危险性指数最小,基本无蓝藻水华灾害风险. 表5 太湖蓝藻水华灾害危险性评估Table 5 Hazard risk evaluation of cynaobacteria bloom in Taihu Lake项目竺山湖西部 沿岸梅梁湾南部 沿岸贡湖大太湖胥湖箭湖 东茭咀东太湖灾害密度 0.5959 1 0.8219 0.661 0.44180.976 0 0.0100 0 灾害规模 1 0.90670.8027 0.568 0.41330.2213 0 0.0600 0湖区沿风向所处位置 1 1 1 0.5000 0.50000.5000 0 0湖区封闭程度 0.2141 0.14460.3746 0.205 0.33580 0.5230 0.4400 1 Chla 浓度 0.8768 1 0.4709 0.3134 0.22240.206 0.0050 0 0.0094 TN 浓度 1 0.61760.7421 0.2146 0.26070.2385 0.0510 0.0400 0 TP 浓度1 0.63620.7689 0.2589 0.26290.2468 0.0370 0.0200 0 植被覆盖率 1 1 1 0.6783 0.95210.9456 0.8087 0.3335 0 H (危险性) 0.8360 0.81890.7457 0.4433 0.44310.4408 0.1974 0.1188 0.1182排序 1 2 3 4 5 6 7 8 93.4.2 易损性评估 根据风险评估方法,对太湖蓝藻水华灾害易损性进行分区评估,各湖区易损性评分及排序如表6所示.各湖区中,贡湖、东太湖和胥湖3个湖区作为饮用水源地具有一定的人口易损性,在2007年之后,梅梁湾不再作为重要饮用水源地,因此该湖区人口易损性为0.在经济易损性指标中,经济损失结合各湖区受不同类型灾害影响概率来计算,因此,对于蓝藻水华灾害发生概率相近的湖区经济易损性相近.东太湖、胥湖和箭湖东茭咀由于502 中 国 环 境 科 学 31卷无蓝藻水华灾害发生,该湖区经济易损性为0;梅梁湾和南部沿岸经济易损性较大,经济易损性指数分别为1和0.9866;贡湖和竺山湖分别为0.7676和0.7356;大太湖和西部沿岸由于造成的经济损失相同,经济易损性指数皆为0.5009. 表6 太湖蓝藻水华灾害易损性评估 Table 6 Exposure risk evaluation of cyanobacteria bloom hazard in Taihu Lake 湖区 人口易损性 (饮用水源地 影响人口)经济易损性(经济损失) E(易损性评价)排序贡湖 1 0.7676 0.9067 1梅梁湾 0 1 0.4013 2南部沿岸 0.0000 0.9866 0.3959 3胥湖 0.6322 0 0.3785 4竺山湖 0 0.7356 0.2952 5大太湖 0 0.5009 0.2010 6西部沿岸 0 0.5009 0.2010 6东太湖 0.2652 0 0.1588 8箭湖东茭咀 0.00009表7 太湖蓝藻水华灾害脆弱性评估Table 7 Vulnerability risk evaluation of cynaobacteriabloom hazard in Taihu Lake脆弱性指标湖区(影响人口占区域百分比)V (脆弱性评价)排序胥湖 1 1 1贡湖 0.9089 0.9089 2东太湖 0.3789 0.3789 3西部沿岸 0.0176 0.0176 4南部沿岸 0.0091 0.0091 5梅梁湾 0.0091 0.0091 5 大太湖 0.0018 0.0018 7箭湖东茭咀 0.0011 0.0011 8竺山湖 0.0000 0.0000 9通过对太湖各湖区易损性评价,贡湖易损性最大,易损性指数为0.9067,为极重易损性;其次为梅梁湾,易损性指数为0.4013,为中度易损性;南部沿岸、胥湖、竺山湖和大太湖易损性指数分别为0.3785,0.2952,0.2010和0.2010,为轻度易损性;东太湖较小,为0.1588,为轻微易损性;箭湖东茭咀易损性指数为0.3.4.3 脆弱性评估 根据风险评估方法,对太湖蓝藻水华灾害脆弱性进行分区评估,各湖区脆弱性评分及排序如表7所示. 通过对太湖各湖区脆弱性评价,胥湖、贡湖和东太湖3个湖区易损性较大,分别为1、0.9089和0.3789;其它湖区的脆弱性较小,都小于0.1.太湖9个湖区中,由于胥湖、贡湖和东太湖3个湖区属于水源地,水源供给人口较多,因此影响人口占区域百分比相对较大,这3个湖区易损性较大;其他湖区,由于影响人口的统计主要为湖区1km 范围内人口,并无水源地影响人口,因此,脆弱性较小.3.4.4 风险综合评估 根据风险评估方法,对太湖蓝藻水华灾害风险进行分区评估,各湖区风险综合指数及排序如表8所示.表8 太湖蓝藻水华灾害风险综合评估Table 8 Comprehensive risk evaluation of cynaobacteriabloom hazard in Taihu Lake湖区危险性易损性脆弱性综合评估 排序贡湖 0.4527 1 0.9089 0.7150 1 竺山湖 1.0000 0.32560.0000 0.5977 2 梅梁湾 0.8742 0.44260.0091 0.5761 3 西部沿岸 0.9762 0.22170.0176 0.5550 4 胥湖 0.1103 0.4174 1 0.3719 5 南部沿岸 0.4530 0.43670.0091 0.3675 6 大太湖 0.4494 0.22170.0018 0.2937 7 东太湖 0.0000 0.17510.3789 0.1260 8 箭湖东茭咀0.0008 0.22170.0011 0.0006 9通过对太湖各湖区蓝藻水华灾害风险综合评估,贡湖风险综合指数分别为0.7150,为重度风险区;竺山湖、梅梁湾和西部沿岸风险综合指数分别为0.5977,0.5761和0.5550,为中度风险区;胥湖、南部沿岸和大太湖风险综合指数分别为0.3719,0.3675和0.2937,为轻度风险区;东太湖和箭湖东茭咀最小,风险综合指数分别为0.1260和0.0006,为轻微风险区.在各湖区综合风险评价中,贡湖由于其作为太湖重要饮用水源地,供水人口最多,并且该湖区存在蓝藻水华灾害危险性,可能引起一定的人口影响和经济损失,风险程度最大.竺山湖、梅梁湾3期刘聚涛等：太湖蓝藻水华灾害风险分区评估方法研究 503和西部沿岸3个湖区蓝藻水华灾害发生的危险性最大,尽管易损性和脆弱性较小,但其综合风险评分仍然较高,分居各湖区第2、第3和第4位,为中度风险区.胥湖由于其作为饮用水源地存在,供给人口较多,易损性和脆弱性较大,所以,尽管其在该湖区蓝藻水华灾害发生的危险性较小,综合评分也相对较高,为轻度风险区.南部沿岸和大太湖存在一定的蓝藻水华发生危险性,但其易损性和脆弱性较小,风险综合评分也相对较小,为轻度风险区.尽管东太湖和箭湖东茭咀位于太湖东南部,水质较好,植被覆盖率较大,并且无蓝藻水华发生危险性,综合风险指数较小,为轻微风险区.4结论4.1构建了太湖蓝藻水华灾害风险评估指标体系,主要包括危险性评价指标、易损性评价指标和脆弱性评价指标.4.2根据太湖蓝藻水华灾害风险评估指标框架和自然灾害风险计算公式,利用加权综合评分法和层次分析法,建立太湖蓝藻水华灾害风险评估模型.把蓝藻水华灾害风险分级体系分为轻微、轻度、中度、中度和极重风险5个等级.4.3根据评估指标体系和评估模型,以目前太湖各指标所处状态,对太湖各湖区蓝藻水华发生的危险性、易损性、脆弱性和综合风险进行评价.评价结果与目前认识水平基本相一致.参考文献：[1]Chen Yu-wei, Qin Bo-qiang, Teubner K, et a1. Long-termdynamics of phytoplankton assemblages: Microcystis-domination in Lake Taihu, a large shallow lake in China [J]. Journal of Plankton Research, 2003,25(1):445-453.[2]朱广伟.太湖富营养化现状及原因分析 [J]. 湖泊科学, 2008,20(1):21-26.[3]旷达,韩秀珍,刘翔,等.基于环境一号卫星的太湖叶绿素a浓度提取 [J]. 中国环境科学, 2010,30(9):1268-1273.[4]刘聚涛,高俊峰,赵家虎,等.太湖蓝藻水华灾害程度评价方法[J]. 中国环境科学, 2010,30(6):829-832.[5]刘聚涛,高俊峰,姜加虎,等.基于突变理论的太湖蓝藻水华危险性分区评价 [J]. 湖泊科学, 2010,22(4):488-494.[6]文世勇,赵东至,张丰收,等.赤潮灾害风险评估方法 [J]. 自然灾害学报, 2009,18(1):106-111. 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蓝藻水华对鱼类的危害和蓝藻水华的控制我国蓝藻（蓝细菌）分布广泛，养殖水体富营养化严重，养殖中后期水温适宜，水体pH升高，导致近几年来全国主要鱼类养殖区养殖中后期蓝藻大量繁殖和高密度聚集，水华频繁发生，给鱼类养殖带来很大的危害。

我国大型湖泊由于水体日趋严重的富营养化而加剧了蓝藻水华的频繁发生，如我国云南滇池、太湖、巢湖等每年都有不同程度的蓝藻水华发生。

蓝藻水华发生时，蓝藻漂浮于水面成翠绿色的水体或薄层，江浙一带称为“湖靛”，福建称“铜锈水”。

通过调查发现，微囊藻是我国湖泊最常发生的蓝藻水华之一，微囊藻是一种能形成囊状不定形群体的藻类,其群体常由几十个、数百个甚至上千个单个细胞组成。

通过对广州番禺养殖池塘、湖北东部多个水库，江苏滩涂等地多个养殖池塘发生的蓝藻水华进行分离、检验，发现主要是由微囊藻繁殖发生的水华。

一．蓝藻水华形成的条件蓝藻水华多发生在夏季6～9月，有明显的季节性，温度、光照、营养物质、气候条件等都有可能成为制约因素。

适宜的水温（20℃以上），水体富营养化，较高的pH值，适宜的光照强度和光照时间，蓝藻形成气囊，上浮到水体表面，群体繁殖迅速，利于蓝藻水华在水面的形成。

二．蓝藻水华对水体环境的影响蓝藻是养鱼池塘中常见的藻类之一，数量多时易形成水华。

1.鱼类不喜摄食蓝藻，藻类难以消化，利用率低，但在水华盛期鲢、鳙、鲤和草鱼的肠道里混有大量藻体，对其前、中、后肠的内含物进行镜检时看到一个个藻团完好无损，不易消化；2.水体生物多样性急剧降低。

蓝藻大量繁殖恶化了池水的通风及光照条件、抑制了鱼池中浮游生物有益种类的生长繁殖、阻碍水藻的光合作用，挤占鱼类易消化藻类的生存空间，使鱼池中的丝状藻和浮游藻等不能合成本身所需要的营养成分而死亡；3.蓝藻大量繁殖以及死亡藻类的分解，消耗了大量溶解氧，可以导致水体缺氧甚至无氧状态，易导致养殖水体发生泛塘；4.蓝藻大量死亡时容易败坏水质，可产生藻毒素、大量羟胺及硫化氢等有毒物质直接危害水生动物；5.死亡的蓝藻释放大量的有机质，刺激了化能异养细菌的生长，其中部分对鱼类来说是致病菌，导致继发感染细菌性疾病；6.蓝藻大量繁殖时，散发腥臭味，影响水体的正常功能；7.环境恶化引起水生动物死亡。