1、水华程度分级与监测技术规程编制说明水华程度分级与监测技术规程编制小组二零二零年九月项目名称：水华程度分级与监测技术规程组织单位：广东省生态环境厅承担单位：生态环境部华南环境科学研究所广东省环境监测中心主要起草人：赵学敏、苟婷、严惠华、马千里、周纯、赵瑞、姚玲爱、虢清伟、曾凡棠、鲁言波、梁荣昌、范中亚，李思阳、蓝郁。目 录1 项目背景11.1 项目来源11.2 工作过程12 规程制定的必要性32.1 相关法律、法规和政策需求32.2 相关环保工作的需求32.3 我国水华的监测现状42.3.1 水华发生的现状42.3.2 水华水生态监测现状73 规程制订的目的、原则和技术路线83.1 制订目的83
2、2 制订原则83.3 制订依据83.4 技术路线94 国内外相关标准分析94.1 国外水生态监测标准分析94.2 国内水生态监测标准分析104.3 与现行相关标准的关系及特色性115 适用范围及主要内容125.1 适用范围125.2 总体框架和主要内容125.3 主要技术问题研究135.3.1 术语的来源与出处135.3.2 水华判别指标的确定135.3.3 水华程度分级225.3.4 监测断面和监测频次确定346 规程实施的建议377 参考文献381 项目背景1.1 项目来源水华监测对于准确及时掌握水华发生现状和趋势，减轻和避免水华对环境与人体健康的损害等方面具有重要意义。目前我国尚没有水
3、华监测技术标准，导致在水华实际监测过程中缺乏规范化作业指导。为提升广东省水生态监测能力，推动水华评价及水环境保护工作，经广东省生态环境厅组织申报，2018年5月生态环境部华南环境科学研究所联合广东省环境监测中心申请的广东省地方标准水华风险分级与监测技术规程，于2019年1月由广东省市场监督管理局正式立项。1.2 工作过程（1）预研阶段2015年1月，依托生态环境部华南环境科学研究所承担的广东省科技计划研究项目水华监测技术规程和国家“十二五”水体污染控制与治理科技重大专项 “东江流域水质与水生态风险控制技术集成与综合示范”项目任务，成立水华风险分级与监测技术规程编制组。2015年，编制组收集整理
4、了国内外水华监测方面相关的政策、监测标准、技术指南、技术规范等资料，为全面分析研究我国水华分级与监测技术提供必要的基础。此外，编制组到省内外对典型河流、湖泊和水库不同类型的水华进行实地调研，了解不同水体水华暴发的特征，为水华分级提供现场补充资料。2016年，编制组多次召开内部讨论会，编写完成水华风险分级与监测技术规程及编制说明（初稿），广东省生态环境厅组织召开水华风险分级与监测技术规程（初稿）专家咨询会，与会专家审阅了相关技术文件，听取项目组对规程主要内容的汇报，提出相应的意见和建议。2017年，编制组根据专家意见，修改完善水华风险分级与监测技术规程及编制说明。（2）立项阶段2018年5月-1
5、0月，经广东省生态环境厅组织申报，编制组向广东省市场监督管理局提交广东省地方标准制修订计划项目水华风险分级与监测技术规程任务书及申报补充材料。2019年1月经审批，广东省市场监督管理局正式批准下达水华风险分级与监测技术规程地方标准制修订计划项目，归口部门为广东省生态环境厅，技术归口单位为省环境管理标委会。由生态环境部华南环境科学研究所、广东省环境监测中心承担起草工作。（3）起草阶段2019年2月-5月，编制组召开水华风险分级与监测技术规程内部讨论会，针对规程主要内容“水华分级”等任务，进行数据整理与丰富。2019年6月-10月，进一步对思路修改完善，修改规程及编制说明，形成征求意见稿，寻求专家
6、进行指导。（4）征求意见阶段2019年11月-12月将最后确定的规程及编制说明征求意见稿送广东省住房和城乡建设厅、省水利厅等省直部门以及全省21个地级以上市生态环境部门进行公开征求意见。（5）送审稿阶段2020年1月-4月将反馈意见进行统一处理，并根据反馈意见对标准文本进行了修改与完善。完成标准送审稿。意见采纳情况详见水华风险分级与监测技术规程意见汇总处理表。2020年8月20日，受广东省市场监督管理局委托，广东省标准化研究院在广州主持召开了广东省地方标准水华风险分级与监测技术规程审定会，会议邀请了7位专家组成专家组，与会专家与代表认真听取了水华风险分级与监测技术规程标准起草组的介绍，对本标准
7、送审稿和送审稿编制说明的内容逐条进行了认真细致的讨论，认为本标准技术路线合理，起草过程符合规定，内容和格式符合现行相关法律法规、强制性标准和GB/T 1.12020要求，符合广东省公平竞争审查制度实施办法（暂行）规定。标准规定了广东省常见藻类水华的初步识别、程度分级及水华监测的内容和方法等要求，具有科学性、实用性和可操作性。标准的制定和实施为规范和指导我省水华监测工作，保护生态环境、保障人体健康，提供有力支撑。专家组同意本标准通过审定，并建议将标准名称改为水华程度分级与监测技术规程。建议制定单位对审定专家提及的意见进行修改完善，尽快形成报批稿，作为推荐性地方标准上报广东省市场监督管理局审批发布
8、6）报批稿阶段2020年8月20日至2020年9月20日，起草组对审定专家提出的意见进行汇总，讨论。根据专家意见将标准名称改为水华程度分级与监测技术规程，并对送审稿和编制说明进行修改，同时对于修改过程中新发现的问题进行了补充和修正，形成报批稿。2 规程制定的必要性2.1 相关法律、法规和政策需求根据中华人民共和国环境保护法，“国务院环境保护行政主管部门建立监测制度，制定监测规范，会同有关部门组织监测网络，加强对环境监测和管理”；全国生态保护“十三五”规划纲要和广东省生态环境监测“十三五”规划的要求，建立生态安全监测预警及评估体系，完善生态调查评估、监测预警、风险防范等管理技术体系，提高环境
9、监测体系的系统化、科学化、精准化和信息化水平。制定本技术规程，对于满足生态环境部门开展水华监测与评估工作是十分必要的。2.2 相关环保工作的需求2014年环境保护部、发展改革委、财政部印发的水质较好湖泊生态环境保护总体规划（2013-2020）提出要加强湖泊生态监测，制定湖泊水质异常、突发性水污染事件、藻类防控等应急预案。2016年国家“十三五”生态环境保护规划指出，我国重点治理的湖库需分区分步开展生态修复，防范蓝藻暴发，逐步恢复水生态系统，确保饮用水安全。2017年环境保护部、国家发展改革委和水利部联合印发的重点流域水污染防治规划（2016-2020年）提出虽然重点流域水污染防治工作取得明显
10、成效，但部分水体水环境质量差、水资源供需不平衡、水生态受损严重，各流域仍需加大水生态保护力度，维护优良水质和水生态。2018年中共中央 国务院关于全面加强生态环境保护坚决打好污染防治攻坚战的意见中指出要着力打好碧水保卫战，深入实施水污染防治行动计划，推进水生态系统恢复，保障饮用水安全。以上规划均对我国水生态保护、水华预警与防范、饮用水安全保障提出了要求。根据2018年中国生态环境状况公报显示，已监测的107个湖泊（水库）营养状态中，贫营养状态10个，占9.3%；中营养状态66个，占61.7%；轻度富营养状态25个，占23.4%；中度富营养状态6个，占5.6%。即中富营养状态的湖库已达到90.7
11、水体日趋富营养化，湖泊与河流库区发生水华的频率也在上升，且水华事件由大型湖泊扩展到河流库区，呈现由点到面不断蔓延趋势，而水华监测对于准确及时掌握水华发生现状和趋势，减轻和避免水华对水生态系统与人体的危害等方面具有重要意义。目前我国尚没有水华监测技术标准，导致在水华实际监测过程中缺乏规范化作业指导。开展水华监测技术规程研究，分析现行的水华监测管理规定和技术标准，确定不同条件下水华监测项目、监测临界值与监测频次，提出水华监测方法，对于推动我国水华监测技术的规范化与标准化具有重要作用。2.3 我国水华的监测现状2.3.1 水华发生的现状 水体富营养化与淡水藻华（水华）是全球普遍现象，我国是一个高
12、氮磷投入的国家，在人类活动和全球气候变化背景条件下，河流湖库富营养化问题日益突出。富营养化的水体中，在合适的气象水文条件下容易产生水华，优势藻类暴发性繁殖，致使水质恶化、缺氧、产生腥臭等异味物质，甚至产生藻毒素并通过食物链对人畜和水生生物造成毒害、影响城市供水和饮用水安全。根据陈能汪1对我国近30年来水华事件文献资料统计研究，总结我国水华发生的基本特征、变化规律及其主要成因。结果表明：1）按发生频率统计，约77%的水华发生在湖泊，河流库区水华占23%。在空间上呈现从湖泊向河流库区扩展的趋势。且水华问题主要集中在人口密集、污染严重的长江中下游地区和东部沿海地区，这些地方往往是经济发展较快的大中城
13、市近郊或下游区域。人类活动是我国河流湖库富营养化和水华问题日趋严重的根本原因。2）据统计，水华发生时间集中在3-9月份(占总案例数的83%)，主要原因在于水温较高有利于藻类进行光合作用。单次水华事件的持续时间最短为3d，最长可达50d，平均20d左右。近年来持续时间有延长的趋势。河流库区水华事件持续时间平均20d。3）据水华资料统计，我国常见水华藻有：蓝藻占81%，甲藻、绿藻、硅藻各占6%，裸藻占1%。在蓝藻水华中，主要涉及蓝藻门(Cyanophyta)的种类，其中最常见的有微囊藻(Microcystis)、鱼腥藻(Anabaena)、颤藻(Oscillatoria)、束丝藻(Aphanizo
14、menon)等。其他还有裸藻门(Euglenophyta)中的裸藻(Euglena)、绿藻门(Chlorophyta)中的小球藻(Chlorella)、硅藻门(Bacillaeiophyta)中的小环藻(Cyclotella)、甲藻门(Pyrrophyta)中的多甲藻(Peridinium)等。湖泊与河流库区的水华优势藻种具有很大的差异，湖泊中除极少数出现甲藻水华和硅藻水华外，其余的均为蓝藻水华(占98%)。河流中的水华藻种则比较多样化，发生绿藻、甲藻、硅藻、蓝藻水华的频次相当。河流湖库日趋富营养化，水体中氮磷负荷增加是水华发生频率持续上升的主因。近年来，随着社会经济的不断发展与湖泊流域人类活
15、动的加剧，过剩污染物就近的排进湖泊河流中，导致内陆地区很多湖泊水库都发生了富营养化问题，且蓝藻水华发生的频率显著增加。其次，我国是世界上拥有大坝最多的国家，大量的梯级电站建设造成河流湖库化现象严重，电站大坝造成河流湖库化，水华呈现由湖泊向河流库区扩展，由点到面蔓延的趋势。大坝的建立破坏了自然河流流动状态，降低了其纳污和自净能力，容易富集营养盐，使得河流“湖库化”，库区和支流回水区（如三峡库区）静水条件成为富营养化和水华暴发的重要原因2; 3。此外，气温上升和营养盐结构变化将增加水华发生的风险。受全球气候变暖影响，我国气候也出现了明显的变暖趋势，中国气象局发布的中国气候变化蓝皮书（2019）指出
16、1951年到2018年，中国地表年平均气温呈显著上升趋势，2018年中国属异常偏暖年份。1951年到2018年，中国年平均气温每10年升高0.24，升温率明显高于同期全球平均水平。气温上升（同时影响水文循环)将加大水华发生概率，并引起水华藻种演替、生长季节的不确定性。Paerl等4发表在Science的文章指出，全球气候变化是蓝藻暴发的诱因，不断上升的温度通过多种方式来促进蓝藻生长，使蓝藻比其他浮游藻类更能适应较高温度(通常高于25)，一些蓝藻已经扩大了它们的地理分布范围。我国湖库水华频频暴发，以重点研究流域太湖为例。众所周知，2007年5月太湖暴发了有史以来规模最大的蓝藻水华事件，造成无锡
17、全城自来水污染，生活用水和饮用水严重短缺，超市、商店里的桶装水被抢购一空。该事件造成了严重的供水危机，引起国内外的高度关注，也敲响了饮用水安全的警钟。任健5等根据卫星遥感监测和实地观测发现，2007年3-12月太湖均有蓝藻水华存在，较大范围的蓝藻水华出现在5月下旬-8月，11月中旬末-12月上旬仍偶尔会出现较大范围的蓝藻水华；较密集的蓝藻水华主要出现在太湖中西部和北部，严重时扩散到东部沿岸地区；东太湖地区大部分时间不会出现蓝藻水华，只有西北部的蓝藻水华扩散到东太湖时才会出现并且比较稀疏，东南部沿岸更是稀疏或者根本不出现蓝藻水华。从大背景来看，2007年蓝藻暴发是太湖水体富营养化和气候变暖共同影
18、响的结果。夏健6等同样对2007年5月太湖暴发的蓝藻水华进行研究，重点研究影响蓝藻水华形成的气象要素，分阶段研究的过程为：1）下沉休眠期。冬季，全年温度最低的时期，蓝藻处于下沉、死亡或休眠期，分布在底泥表面，冬季温度的高低决定着蓝藻能否平安地度过冬季，也决定着来年藻种源数目的多寡。2）上浮复苏期。春季，底泥蓝藻的复苏与环境温度的变化是密切相关：当水体温度达到14时底泥蓝藻开始少量复苏，其最佳复苏温度则为18-20，此时经过休眠的藻种大量复苏，并从底泥中上浮进入水体中，为水华形成提供了丰富的种源7。3）大量生长期。蓝藻在水体中悬浮，并通过光合作用细胞增殖，逐渐形成优势。此时光合作用和细胞分裂所需
19、要的物质与能量就成了此阶段的主导因子。如果温高光足，蓝藻生长快数量多，反之则生长慢数量少。4）上浮积聚期。一旦有合适的气象与水文条件，已经在水体中积累的大量蓝藻群体将上浮到水体表面积聚，形成可见的水华。水库中的围栏实验证实当水温为26时，最适宜于微囊藻的聚集、上浮而形成水华。而且在夏季水华常发季节，只要气象和水文条件适合，在太湖水体中早已存在的大量微囊藻群体在一天内可以多次上浮与下沉8。结果表明由于北方冷空气强度偏弱，位置偏北，导致2007年冬春季气候异常，气温记录连创新高，降水偏少，风向转换提前，造成越冬蓝藻种源丰富，复苏繁殖提早，从而导致蓝藻水华提前暴发。张宁红9等，针对2000-2006
20、年太湖实际监测结果，结合流域水环境质量的变化，初步归纳了当前太湖蓝藻水华暴发的地域特征、时间周期特点及主要水质指标的变化规律。总结了太湖蓝藻水华的暴发呈多峰形状态，一般从6月中旬进入蓝藻水华暴发危险期，到10月中旬结束。各年度藻类生物量均出现多个峰值，暴发的周期不尽相同，一般出现2-6次不同程度的大暴发。且蓝藻水华暴发起点藻类生物量抬高趋势明显，平稳期回落点亦增高。水源水库的主要功能是供水，此外还兼有防洪、灌溉、发电等功能。随着中国经济建设的飞速发展，众多水源水体水华的频繁暴发，导致水源水库水质安全问题日益突出，同时也造成居民的健康和财产损失。目前广东高州水库、南水水库、鹤地水库，广西龟石水库
21、合面狮水库、赤水水库，湖南六都寨水库等众多水源水体均发生过藻类水华现象。开展水华分级与监测，及时提出有效的水华预警和管理措施，为保护水质水生态、保障饮用水源安全提供技术支撑。2.3.2 水华水生态监测现状我国水生态监测工作起步较晚，藻类水华监测就更为薄弱。近年来，水利部、生态环境部等部委相继启动河流湖库生态系统健康评估、生态安全调查等工作，藻类生态监测日益得到重视。2007年生态环境部门启动全国重点湖泊水库生态安全调查及评估，在太湖、巢湖、三峡、滇池、鄱阳湖、洞庭湖、洪泽湖等重点湖库开展水生态监测、调查与评估；中国水利学会在沈阳召开了“2008水生态监测与分析学术论坛”；2009年水利部启动
22、太湖、巢湖、滇池、密云水库、三峡水库、丹江口水库等湖库浮游藻类群落监测试点工作；2010年水利部印发全国重要河湖健康评估工作大纲，开展全国范围内河流水生态监测工作；2014年环境保护部、发展改革委和财政部共同发布水质较好湖泊生态环境保护总体规划（2013-2020年），提出“按照环境监测和监察标准化建设要求，配置监测、监察仪器设备，强化湖泊流域生态环境监测、监察和环境污染事故应急能力建设”的规划要求；2015年环保护、财政部和水利部提出关于开展国土江河综合整治试点工作的指导意见，提出“开展流域资源、环境、生态状况等调查评估”的要求。2017年广东省人民政府办公厅发布的关于印发广东省生态环境监测
23、网络建设实施方案的通知中明确提出，要在全国环境质量监测网络基础上，按照统一的标准规范开展监测和评价，提升全省水生态监测能力及监测科技创新能力。2017年环保部印发的2017年国家生态环境监测方案和2017年全国生态环境监测工作要点，主要提出做好太湖、巢湖、滇池和三峡库区等重点湖库蓝藻水华预警和应急监测工作，重点流域松花江流域开展湖库富营养化和水生生物多样性研究。2018年环保部印发2018年生态环境监测工作要点明确了要结合卫星遥感手段，组织开展“老三湖”(太湖、滇池、巢湖)水华监测预警，做好应急监测，组织开展重要流域生物监测，探索形成系统完整的水生态指标体系和监测技术体系。2019年国家生态环
24、境监测方案和2019年全国生态环境监测工作要点要求继续组织做好南水北调东线、中线工程调水水质监测、“老三湖”（太湖、巢湖、滇池）、“新三湖”（丹江口、洱海、白洋淀）水质监测和三峡库区水华监测预警，推进松花江流域水生生物试点监测，鼓励有条件的省份选择重要水生态功能区开展生物监测。目前全国很多水体均已开展过浮游藻类监测，但因缺乏规范化的作业指导，常导致监测数据可比性差，水华应急响应不及时，影响水华分析与应急决策。如2008年湖北恩施大龙潭水库藻类水华，2009年广东高州水库10、南水水库蓝藻水华11，2010年湖北汉江流域水华12、内蒙古乌梁素海刚毛藻水华、湖北襄樊唐河硅藻水华，2013年广西贺江
25、合面狮水库甲藻水华等均因缺乏监测规范，导致无法快速开展高效的调查与监测，延误了对水华发生发展趋势的判断，对应急决策造成一定的影响，甚至导致部分水华事件上升至需由生态环境部直接调度或处置的级别。近年来，各地水体水华事件频繁发生，由于缺乏标准化的调查与监测方法导致的水华应急不足或过度应急情况时有发生，在一定程度上造成资源浪费甚至可能影响社会稳定。因此开展水华监测技术规程研究，对于推动水华监测技术的规范化、标准化以及环境管理决策具有重要作用。3 规程制订的目的、原则和技术路线3.1 制订目的编制水华程度分级与监测技术规程，可为不同水域水华水生态的现状及动态变化的监测提供一个系统、科学、可靠、适用性较
26、广泛的指导，可促进水生态环境的监测、水华的评价及水环境质量的保护与恢复工作。 3.2 制订原则既参考国外的水华监测技术、指南，又考虑国内现有监测机构的监测能力和实际情况，确保规程的科学性、先进性、可行性和可操作性。3.3 制订依据GB 6920 水质 pH的测定 玻璃电极法GB 7489 水质 溶解氧的测定 碘量法GB/T 11892 水质 高锰酸盐指数的测定 酸性高锰酸钾法GB/T 11893 水质 总磷的测定 钼酸铵分光光度法GB/T 11903 水质 色度的测定 铂钴比色法GB 13195 水质 水温的测定 温度计或颠倒温度计测定法GB/T 20466 水质 水中微囊藻毒素的测定HJ 1
27、99 水质 总氮的测定 气相分子吸收光谱法HJ 506 水质 溶解氧的测定 电化学探头法HJ 636 水质 总氮的测定 碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法HJ 668 水质 总氮的测定 流动注射-盐酸萘乙二胺分光光度法HJ 671 水质 总磷的测定 流动注射-钼酸铵分光光度法HJ 897 水质 叶绿素a的测定 分光光度法HJ 1098 水华遥感与地面监测评价技术规范SL 87 透明度的测定 塞氏盘法国家环境保护总局 水和废水监测分析方法（第四版增补版）3.4 技术路线本技术规程的编制遵循以下技术路线（如图3.4-1）。成立编制工作组、咨询专家制定工作计划和编写大纲国内、外资料相关调研书面调研现场调
28、研专家咨询编制水华风险分级与监测技术规程及编制说明初稿内部讨论、并咨询专家意见修改形成规程及编制说明征求意见稿广泛征求意见，修改完善后报送市场监管局图3.4-1 水华程度分级与监测技术规程编制技术路线4 国内外相关标准分析4.1 国外水生态监测标准分析为应对水华频繁发生这一全球性水环境问题，开展准确及时的水华监测是重要措施之一。美国20个州均已出台应对蓝藻水华的规范方法，并在淡水水体公众健康指南中对藻毒素水平进行了规定；英国环保署发布了应用卫星照片和模型模拟的藻类水华识别与预警指导方法；澳大利亚13依据蓝藻细胞密度对娱乐用水蓝藻水华进行预警分级，并依据不同等级提出相应的监测要求；新西兰14饮用
29、水水质管理指南对藻细胞密度限值及监测方法均有明确规定；2000年10月23日欧洲议会与欧盟理事会15通过欧盟水政策领域的行动框架指令，该指令概述了优化河流监测的战略，河流的监测内容主要包括河流的生物质量要素、河流中支持生物质量要素的水文形态质量要素和河流中支持生物质量要素的化学与物理化学质量要素；世界卫生组织16也于2000年发布指南，依据水体蓝藻细胞密度和叶绿素含量对娱乐用水进行分级。4.2 国内水生态监测标准分析 我国在水生态监测方面的研究起步较晚，现有的水华监测规范大都针对水生态健康方面。2010年水利部印发河流健康评估指标、标准与方法(试点工作用)与全国重要河湖健康评估(试点)工作大纲
30、后，全国范围内正式启动了河湖健康评估试点工作。中国环境监测总站编制了河流水生态环境质量监测技术指南，指导我国河流水生态环境质量的评估工作，同时也贯彻落实了党中央和国务院让江河湖泊休养生息的要求，加强流域生态环境保护，维护流域生态系统的健康，并将生态环境部关于开展流域生态健康评估试点工作的通知（环办函20121163 号）任务的成果进一步落实并推广。哈尔滨市第十三届人民代表大会常务委员会公布并实施的哈尔滨市水生态监测条例，加强了哈尔滨市的水生态监测，保护与修复了水生态系统，促进经济社会可持续发展。青海省环境保护厅于2011年5月发布的三江源生态监测技术规范，规定了三江源区遥感监测的数据准备、监测
31、内容及监测方法，地面监测站点布设、监测内容、监测指标及监测方法，生态监测质量保证和质量控制等内容，可适用于三江源区遥感监测和地面监测，以及对在三江源区实施的生态保护和建设工程的跟踪监测。2015年由中国环境科学研究院、中科院南京地理与湖泊研究所等单位联合编制的湖泊生态安全调查与评估技术指南（试行），主要用于指导水质较好湖泊、水库的生态安全的调查与评估工作开展与报告编制，为湖泊生态安全调查与评估、识别湖泊主要生态环境问题提出可参考的技术方法，为湖泊生态环境保护工作的具体实施提供科学依据。2016年2月财政部、环境保护部和水利部联合发布江河生态安全调查与评估技术指南（试行），该指南分别从江河生态系
32、统面临的压力、当前的状态、发挥的功能、潜在的风险等方面介绍了江河生态安全评估的技术方法，为正确诊断江河主要生态环境问题提供可靠依据，从而为确定江河生态环境保护的具体工程项目奠定科学基础，做好江河生态环境保护工作。2017年5月江苏省水利厅工程管理处等单位编制的地方标准DB 32/ T 3202-2017湖泊水生态监测规范提出了湖泊形态、水体理化、沉积物理化及水生生物的监测方法，规范了湖泊水生态系统各类水生生物的监测方法。因此，水环境保护从过去单纯的水质保护扩展到对河湖生态系统的保护，水生生物监测与评价已成为河湖健康评估试点工作的重点。4.3 与现行相关标准的关系及特色性在水华监测方面的标准，目
33、前有2013年中国气象局发布的QX/T 207-2013 湖泊蓝藻水华卫星遥感监测技术导则和2020年生态环境部发布的HJ 1098-2020 水华遥感与地面监测评价技术规范。湖泊蓝藻水华卫星遥感监测技术导则（QX/T 207-2013）中规定了湖泊蓝藻水华卫星遥感监测方法和处理流程，只适用于利用空间分辨率高于500m的可见光和近红外波段卫星遥感资料的湖泊蓝藻水华监测，不适用于小型水体蓝藻水华及河流中常发生的硅藻、甲藻水华分级与监测。水华遥感与地面监测评价技术规范（HJ 1098-2020）规定了淡水水体蓝藻水华遥感监测方法、地面监测方法和水华程度评价方法等内容，适用于我国淡水湖库蓝藻水华监测
34、评价与管理。主要特点：1）着重于卫星遥感监测技术的监测和蓝藻水华评价。2）利用卫星遥感监测技术，根据卫星遥感数据不同的空间分辨率、光谱分辨率和波段设置等识别水华，减少了人为因素，但是会受到影像质量、云层干扰等，尤其是在全云覆盖或者阴雨天气，无法开展水华遥感监测。3）卫星遥感监测技术可以满足大范围蓝藻监测的需要，也可动态跟踪蓝藻水华的发生、发展，但对于其他藻类如硅藻、甲藻等的藻类水华的监测，没有涉及到。4）地面监测通过人工显微镜观测和识别，能较好的应用于小型水体。本标准水华程度分级与监测技术规程是广东省地方标准，主要针对广东省地域的特殊性和藻类水华的特色性：1）常年气候适宜、光照充足，适宜水体
35、中藻类的暴发性繁殖生长，水体中水华的风险高。2）藻类水华的种类较多，其中蓝藻水华是广东省水体频发的一种藻类水华，另外，甲藻水华和硅藻水华也是常见的水华种类，且在建设有梯级电站的河流中尤为常见。3）目前还没有现行有效的针对不同类型水华（蓝藻、甲藻、硅藻）分级与监测技术的国家、地方标准和行业标准。因此，本标准规定了广东省常见藻类水华的初步识别、程度分级及水华监测的内容和方法等要求，对于满足生态环境部门开展不同类型的水华监测与评估工作十分必要，为规范和指导广东省水华监测工作，保护生态环境、保障人体健康，提供有力支撑。5 适用范围及主要内容5.1 适用范围本标准规定了常见藻类蓝藻、硅藻和甲藻水华的程度
36、判别、分级以及监测的内容和方法。本标准适用于河流和湖库的水华判别、监测与评价。5.2 总体框架和主要内容本规程主要包括适用范围、规范性引用文件、术语和定义、水华程度分级、水华监测方法和监测报告编制等内容。1）规范性引用文件：明确了编制水华程度分级与监测技术规程所依据的标准、规范。2）术语和定义：列出了水华监测过程中遇到的专业术语，并给出了科学详尽的解释说明。3）水华程度分级：包括水华程度的初步识别、水华程度分级，其中水华初步识别根据感官指标进行初步筛查，水华程度分级是根据藻细胞密度和叶绿素a进行分级。4）水华监测方法：列出了水华监测断面的布设要求及频次的确定，主要根据水华程度分级来确定，列出了
37、相应水华监测要素的具体监测方法和参考标准。5）监测报告编制：水华程度分级与监测技术报告包括但不限于前言、水华发生水体的概况、研究方法、水环境质量状况、水华发生态势判断分析及应对措施及建议等。5.3 主要技术问题研究5.3.1 术语的来源与出处本标准的术语来源于陈宜瑜主编的生物学大辞典（科学出版社），夏征农、陈至立主编的辞海第六版（上海辞书出版社），第二届微生物学名词审定委员会主编的科学技术名词.自然科学卷 微生物学名词第二版（科学出版社）和胡鸿钧、魏印心主编的中国淡水藻类-系统、分类及生态（科学出版社）等书籍。（1）蓝藻 （Cyanophyta）：一类革兰氏阴性、无鞭毛、含叶绿素a和藻蓝素、但
38、不形成叶绿体、进行产氧性光合作用的大型原核微生物。（2）甲藻（Pyrrophyta）：一类多数具有两条不等长鞭毛和1个大而明显的细胞核、多个色素体的单细胞生物。（3）硅藻（Bacillariophyta）：一类具有硅质外壳且细胞壳面形态多样呈现各种细致的花纹，含1个或多个色素体的单细胞生物。（4）微囊藻毒素（Microcystins）：一种由藻类原核生物蓝藻产生的天然毒素，是一种非核糖体编码的环状七肽，具有极强的环肽肝毒素。（5）拟柱胞藻毒素（Cylindrospermopsin）：一种由藻类原核生物蓝藻产生的具细胞毒性的生物碱毒素，抑制蛋白质和谷胱甘肽合成。具细胞毒性、肝毒性、遗传毒性和神经
39、毒性等。（6）加密监测（Encryption monitoring）在水华暴发期，水华水体环境突发改变或采取应急处理措施后，应根据需要增加监测频次而采取的监测行为。5.3.2 水华判别指标的确定水华，是由于淡水水体富营养化而导致藻类生物大量繁殖的现象，是水体富营养化的一种表现特征。水华从表观上看是瞬时的“暴发”，但其本质是藻类生物量在水体中逐渐增加、上浮、聚集、迁移至水体表面的一个缓慢过程，而非藻类生物在短期内连续快速的生长所致。研究表明，太湖蓝藻水华的暴发及其发生程度与水体富营养化状况密切相关17; 18。因此，有研究19使用富营养化状况来评价蓝藻水华的发生程度，即用富营养化评价指标，如TN
40、TP、叶绿素a来判别蓝藻水华暴发的程度20；还有研究通过遥感反演水体表面藻类分布特性如分布范围、聚集面积来判别蓝藻水华程度21。此外，蓝藻水华的暴发还与气象因子（水温、风速等）有密切关系22。本规程通过对国内外水华监测相关文献资料的整理、归纳和总结，从中筛选出识别水华的感官指标和定量判别水华的生物指标。（1）感官指标：初步反映水体的水质状况，对于水华的预警和监测具有重要意义。蓝藻水华作为湖泊、水库水体中常见的藻类水华，目前研究的较多，对其感官指标的研究更为深入，能清晰的判断其水华的严重程度。俞洁23等根据浙江省部分地区的蓝藻水华暴发情况，提出了在浙江省开展蓝藻水华应急与预警监测的初步方法。首
41、要步骤是通过视觉监测，详细记录水体中藻类呈现的颜色、形态、透明度及波及的水面面积。对曾经暴发过蓝藻水华的水体在多发季节(一般为5月底到10月初)需密切加强感官上的监测。熊晶24等通过对湖北省重要水体历年水华相关文献的研究分析并结合水华监测工作经验，提出了湖北省开展水华预警监测的技术体系。其中感官指标的监测主要通过视觉和嗅觉，选取水色和异味来判断水体是否有水华的表观现象。梁柱25等认为人工现场观测是最原始的监测方式，但也是最直观、最有效的监测方法。水华暴发的一大视觉特征，是整个水体中有大量藻类颗粒聚集，藻类颗粒增大，水体颜色由清澈见底的青灰色，逐渐变成黄绿色、灰黄色。当可见水华现象暴发以后，整个
42、湖体表面出现成片的蓝藻层，蓝藻水华暴发后，如果藻类开始死亡，水面成片藻类中间会出现白色泡沫，同时还有明显的味觉特征，即湖面出现腥臭味。因此可以通过水面颜色、形态、气味等判别水华的严重程度。太湖蓝藻水华预警监测的方法之一是现场巡视，主要通过感官特征藻类颗粒大小、颜色、聚集形态、气味等，初步判断藻类生物密度和藻龄的大小26。李发荣27通过滇池水华研究，发现在夏、秋季节，滇池大量的蓝藻水华聚集在西山脚、海埂大坝、蓝色庄园的滇池北部一带。根据遥感卫星观测的图片显示滇池蓝藻水华覆盖面积达50余平方千米，占到滇池水面的六分之一，水面是绿色的蓝藻，近岸边积聚大量藻浆，厚达10多厘米，散发着难闻的腥臭气味，严
43、重影响到当地的旅游业和人群健康。庄曦28通过研究山仔水库的蓝藻水华发现，当3-6月份藻类开始增多的时候水体透明度会较低，冬季藻类较少水体透明度较高。甲藻水华通常发生在河流中或有梯级建设的水库，目前国内甲藻水华暴发的频率也越来越高。张才武29通过九龙江北溪江东库区水面发现的大面积藻类漂浮，水体表面呈褐色来识别水体暴发藻类水华，继而进行鉴定，并经环保、水利、供水、电力、水文等各部门紧密配合，采取多项应对措施，减缓甲藻水华造成的危害。边归国30通过九龙江水体的颜色、聚集形态结合其他指标对水华进行预警分级，并采取相应的应急处置措施，加强防范水华的暴发。汤宏波31通过武汉东湖甲藻水华环境因素的研究，发现
44、水体透明度会随着水华严重程度的演变而变化，水华暴发严重期，透明度急剧下降，水华消亡期，透明度逐渐升高。边归国32研究了福建省龙潭湖甲藻水华的过程，通过采取化学方法（二氧化氯、漂白粉）应急除藻，随着药剂的喷洒，龙潭湖水面在感官上有了明显变化，湖水颜色由绿色逐渐演变成乳白色，岸边带状甲藻褐色水华逐渐消失，但在湖中仍可见少量甲藻褐色水华，应急第二天整个湖面全部呈乳白色，条、片状甲藻褐色水华基本消失。张婷33研究了熊河水库中藻类动态变化情况，发现甲藻的细胞密度通常较低，但在硅藻水华消退后以10-30倍增长，导致库区水体呈红褐色。硅藻水华通常发生在河流中，目前研究的相对较少。崔扬34研究天目湖沙河水库硅
45、藻群落动态变化发现，春季藻类优势种为硅藻门的针杆藻，营养盐的增多促进藻类的繁殖，藻类密度越高，导致透明度越低，水质越差，藻类的快速繁殖是沙河水库水体透明度的主要影响因子。杨亮杰35研究发现浙江横山水库春季优势种为硅藻门的颗粒直链藻、梅尼小环藻和尖针杆藻等，透明度对藻类种群变化影响很大，水体透明度通过影响水体的光照强度，从而影响水体浮游藻类的生长与繁殖，浮游藻类的生长同样会影响透明度的变化，其影响方式主要通过对光的吸收和散射作用，并且随着藻类的生长繁殖，水体pH随之升高，使颗粒物质更易形成胶体，从而进一步降低水体透明度。2011年和2012年9-10月，广州市番禺区沙湾水道饮用水源保护区内出现了
46、较严重的硅藻水华现象，水体透明度下降，严重影响了沙湾水道饮用水源水质安全。水华暴发后，对水华发生的面积范围进行确定是初步判断水华暴发严重程度的一个直观指标，目前常用的方法是遥感监测法，而且遥感监测对于大水体水华的监测也是比较先进的技术手段，但是针对小型水体，或者技术力量比较缺乏的地区，遥感的监测比较难推广，如有条件采用遥感监测，可以参考国家标准HJ 1098-2020 水华遥感与地面监测评价技术规范，如果技术缺乏，仍以人工现场观测为主。图5.3.2-1（a）太湖、巢湖和滇池蓝藻水华表观图图5.3.2-1（b）龟石水库和三峡水库香溪河库湾蓝藻水华表观图图5.3.2-2 龙江和三峡水库香溪河库湾甲
47、藻水华表观图 图5.3.2-3汉江、沙湾水道硅藻水华表观图（2）水化学指标：本规程选择pH和溶解氧（DO）作为水华监测化学指标。大量研究表明，水华期间水体会呈现高pH、高DO的特点36; 37。水体pH值与水华藻细胞密度和生物量均显著正相关，pH值呈现随藻类生长而显著增高的趋势，不断升高的pH值反过来又促使藻类大量繁殖，进而加重水华发生程度31; 38-41。从机理上分析，藻类在水体中的生命活动、物质代谢等与水体的pH值关系密切，pH随着藻类数量的剧增有较大变化。pH在富营养化水体中主要受CO2含量的影响，CO2含量则主要由藻类生长过程控制。当藻类通过光合作用大量繁殖和生长时，会大量消耗水体的CO2，如果水体CO2浓度得不到及时补充，藻类就开始利用水中HCO3-脱水生成CO2供其使用，同时生成一个OH-，进而提高了水中的pH。因此，水华水体中pH值升高主要是由藻类光合作用吸收CO2，释放O2，影响HCO3-、CO2、OH-平衡的结果42。在藻类生物量与水体pH的相关性研究中，谢平43等根据在武汉东湖的围隔实验推算，藻类生物量每上升70-100 mg/L ，pH升高约1个单位；而根据巢湖野外观察的数据,藻类生物量每上升 37 mg/L，pH 升高约1个单位，且pH与浮游藻类初级生产率呈显著正相关。所以也有学者44提出，通过对pH的监测，
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