菹草爆发性生长对水库安全运行的影响及防治 李泽军 陈敏 蒋建辉
(1．天津市水文水资源勘测管理中心2．天津市水利勘测设计院3．天津市水文水资源勘测管理中心) 摘要：菹草爆发性生长会对水库的水质及输水、行洪等产生不利影响。本文通过对菹草爆发生长时期现场查勘以及对水质监测结果进行分析，阐明其对水库产生的影响，并根据菹草的生理特点和水库的实际情况提出了防治菹草爆发性生长的措施。 关键词：水质；菹草；水库；安全运行． 前言：
菹草是一种常见的水草，其适量生长对于水库的水体净化有一定作用。但条件适宜时菹草会发生爆发性生长，这对水库安全运行会产生不利影响。通过研究菹草的生长习性，分析其生长繁殖的趋势，采取相应措施加以调控，对于防止水库受其影响，保证城市供水安全具有十分重要的意义。
一、菹草简介
根据《中国植物志》，菹草(Potamogeton crispus)是眼子菜科多年生沉水草本植物，叶条形，无柄，通常长3-8cm，宽3-10mm。喜生于微酸至中性水体中，广泛分布于我国南北各省。
二、菹草生理过程的特点 2．1菹草的生命周期
菹草的生命周期与多数水生植物不同，它在秋季发芽，冬春生长，4～5月为繁殖期，6月份逐渐衰败死亡。菹草的繁殖方式有两种，一是在繁殖期开花结果，二是在死亡前形成腋生的休眠芽，也称冬芽。在天津地区，菹草秋季萌发，越冬生长。冬季在冰层下基本处于休眠状态，在开春解冻后随着气温上升及日照量增加，其生长速度加快，至5月中下旬进入极盛期，开花结果，然后在6月上旬开始衰败死亡。
2．2水温、光照、pH值等条件对菹草的生长的影响
曾有菹草生长实验，采用单因子设计法，研究水温、光照和pH等条件对菹草顶枝净产氧量、毛产氧量的影响。
试验结果表明：水温为10～35℃，菹草顶枝光合作用净产氧量、毛产氧量都与温度呈曲线相关，20℃附近菹草光合作用产氧量最高，适宜的生长温度为15～25歌在光照强度为O．12×10～9．62×10Ix的范围内，菹草顶枝的净产氧量和毛产氧量与光照亦呈曲线相关，光照为5．3×10Ix时菹草光合作用的产氧量最高，适宜的光照为2．6×10～5．5×10Ix。pH为5～ll的范围内，菹草顶枝的净产氧量、毛产氧量与pH值呈线型负相关，表明菹草生长喜中性偏酸的环境。
三、菹草爆发性生长对水库安全运行的影晌
菹草生长时吸收水库中的氮、磷等营养元素，可以降低水体富营养化程度，提高水体透明度，有助于形成水体内良性的生态环境。国内曾有引种菹草以改善湖库水体环境的实例。
本文主要分析过度生长的菹草对水库运行的不利影响，有利影
4
444
4响在本文不做讨论。
3．1生长繁殖期对水质的影响
菹草在生长繁殖期对各项水质参数影响最大的是pH值，pH值会随菹草生长逐渐旺盛而不断上升。
表1是2006年于桥水库库中心断面2月至6月pH值的连续监测结果，其变化趋势如图1所示。
由图1可以清楚看到，2月份水体的pH值处于正常状态，从3月份开始到4月份pH值慢升高，进入5月份pH值迅速升高，在5月中旬达到最大值．这时止是菹草的生长极盛期。然后菹草开始衰败死亡，水体pH值电随之下降。
表2所列是于桥水库库内4个断面在菹草爆发射间2006年5 月 16日的pH值实测值和年均值．通过对比可以看出菹草生长极盛期库内的几个监测断面pH值都有大幅度的升高。
菹草的爆发性生长对水体pH值产生影响是由于水中二氧化碳的电离平衡被菹草的光合作用打破的结果。
二氧化碳在水中的电离平衡，如式(1)、(2)、(3)所示。 H2O十CO2=H2CO3 (1) H2CO3=H＋HCO3一 (2) HCO3一= H+CO3 (3) 另外，水自身存在电离平衡，如平衡式(4)所示。 H2O=H+OH （4) 水体pH值即由水中氢离子和氢氧根离子的浓度决定。 当菹草进入生长繁殖旺盛期时，因光合作用大量吸收水中的二氧化碳。二氧化碳的减少打破了水体中二氧化碳的电离平衡，平衡式(1)、(2)、(3)的反应向电离平衡式的左方移动，由反应方程式可以知道，这个过程是消耗水中氢离子的。水体中氢离子的减少又打破了水的电离平衡，式(4)反应向右方移动，水中氢氧根离子增加，景终导致了，水体pH值上升。 3．2菹草死亡衰败期对水质的影响
菹草死亡后即由基部断开，从水库底质中脱离，浮于水面。在水中细菌和自身分解作用下，菹草会迅速腐败降解，由绿色植株状变为黄绿色粥样物。由于此时水温较高(22～25℃左右)，这个过程可在几天内完成。各种降解产物释放于水中，直接导致水质＋－＋2－＋恶化，水的色、臭、味、透明度、高锰酸盐指数、氨氮、溶解氧等水质参数都受影响。
根据现场观察，在衰败降解时，于桥水库菹草聚集区的水体颜色发黑，臭味很强，透明度降低。
表3是6月6日和7日对死亡菹草聚集的于桥水库放水洞断面进行的水质监测结果，高锰酸盐指数、氨氮、溶解氧3项指标都超过国家地表水环境质量标准(GB3838--2002)的ⅡI类标准。
表4是在完成了对放水洞附近死亡菹草的打捞后，6月8日至14日连续水质监测结果的平均值，高锰酸盐指数、氨氮、溶解氧3项指标已恢复正常。
对比表3和表4的监测结果，可以看出，腐败期水体的高锰酸盐指数上升了将近1倍左右，氨氮上升了近6倍，而溶解氧下降了2倍多。因此，菹草衰败降解所产生的物质会污染水库的水质，如不采取措施将会产生不可低估的影响。 3．3菹草死亡期对输水及行洪的影响
菹草是水生维管束植物，在衰败降解前草体有一定的强度和韧性。从底质中脱离的菹草在风力或水流的作用下聚集在出水口，会造成出水口或拦物栅的堵塞，影响输水。 菹草的死亡期是6月中上旬，这时已有发生暴雨形成洪水的可能性。如果菹草爆发期恰好遇上洪水发生，下泄的洪水中挟带着大量菹草，遇到桥梁闸洞，极有可能造成行洪河道的阻塞，抬高水位发生危险。京密引水渠就曾发生过因菹草堵塞的原因阻碍水流的事件。
四、形成菹草爆发性生长原因分析 4．1气候条件
菹草是喜凉水生植物，适宜的生长温度范围为15-25℃。 于桥水库位于天津市蓟县，属暖温带半湿润大陆季风气候，年内温差变化较大，四季分明。春季干旱多风，夏季炎热多雨，秋季晴朗凉爽，冬季干燥寒冷。蓟县全年平均气温13．2℃，极端最高气温为39．2℃，极端最低气温为-14．0℃全年无霜期214天，雾天数2l天，全年日照时数2216小时(以上数据采用《天津市统计年鉴》2004年统计值)。这种气候类型正是菹草生长所适宜的。
4．2底质中营养物质
菹草是沉水性植物，其根植于水库底质中，底质是赖以生存的必要条件。
于桥水库上游来水含有较多营养物质，水库常年处于富营养化状态。水体中营养物质随供水流失一部分，部分进入库内的生态循环圈，部分随泥沙沉降。经过多年的沉降作用，水库底质中各种营养物质如氮、磷、钾、铁、锰、锌、硅等含量丰富，为菹草的生长提供了各种必需营养元素。 4．3库底地形条件
菹草的生长繁殖既需要扎根于底质中，又需要充足的阳光，于桥水库浅水区的构造正好能够满足菹草的对这两个条件的需求。近年来的干旱又使得于桥水库多年处于低水位运行状态，菹草能够获得生长所必需的充足的阳光。另外水库浅水区化冻后在阳光照射下水温能得以迅速升高，为菹草的生长提供了适宜的水温环境。
4．4水流因素
于桥水库是一座大型水库，其上游来水及放水形成的水流流速甚缓，库内大部分地区流速基本为零。这样的流速条件有利于菹草的果实和冬芽扎根生长。同时这样的条件也利于水体中营养物质的沉积，为菹草的生长源源不断地提供营养元素。
五、结论与建议
通过上述分析我们已经知道菹草的爆发性生长会对水库的水质产生不利影响，另外还有可能水库的输水及行洪产生影响，而于桥水库目前的状况为菹草的生长提供了适宜的环境。针对菹草生理过程的特点及于桥水库的实际情况，可以考虑采取以下措施来抑制菹草的爆发性生长，防止其影响水库的安全运行。 5．1根据天气情况预测菹草生长趋势
充足的光照和适宜的水温是菹草迅速生长的客观必要条件。因此当开春到入夏这一段时间的天气趋势是以晴天为主时，菹草爆发的可能性增大，必须引起注意，应提前制定应急预案，做好准备。
5．2在适当时期增大蓄量，抬高水库水位
3～4月是菹草生长的关键时期，这个时期的菹草如获得充足的阳光和适宜的水温，极有可能发生爆发性生长。为避免这种情况发生，在条件允许的情况下，可以考虑在这一时期适当增大水库蓄量，抬高水位，使菹草接受到的光照量减少，同时使水体处于较低水温，抑制其生长。 5．3改善水库的营养水平
水库处于富营养化状态，不但会引起菹草疯长，藻类也有可能发生爆发性生长，甚至有发生“水华”的危险。于桥水库富营养化的问题已经引起重视，并采取了一系列措施加以治理。随着水库水体营养化水平的改善，对抑制菹草的爆发也将产生作用。 5．4在水库中放养以菹草为食的鱼类
有针对性地在水库中放养以菹草为食的鱼类，可以有效地改善水库的食物链结构，增加生物多样性，避免一种生物居于统治性地位造成局部区域生态环境失衡的局面。 5．5死亡期人工打捞
大型水库水面广，打捞难度大，工作量大，对人力物力需求大。但进行打捞是不得已而为之的办法，如不打捞势必会对水库水质及输水、行洪产生影响。 5．6采取工程性措施 水库经多年运行，底质中积累了大量营养物质。在进行调查勘测的基础上，对菹草聚集生长也可抑制其爆发。
