駱馬湖生態(tài)環(huán)境現(xiàn)狀及其保護(hù)措施

申 霞，洪大林，談永鋒，王永平，董家根

(1.南京水利科學(xué)研究院，江蘇南京 210029;2.南京市水利規(guī)劃設(shè)計院有限責(zé)任公司，江蘇南京 210006;3.江蘇省水文水資源勘測局，江蘇南京 210029)

駱馬湖地處江蘇省北部，是江蘇省第4 大淡水湖泊，北臨新沂，西連邳州，南接宿豫，東連馬陵山，具有防洪、灌溉、航運(yùn)、漁業(yè)、旅游、生態(tài)等多種功能和綜合效益。駱馬湖不僅是沂河、中運(yùn)河洪水的主要調(diào)蓄湖泊，也是宿遷、新沂兩市的重要水源地，又是國家南水北調(diào)東線輸水工程的主要調(diào)節(jié)水庫之一。因此，加強(qiáng)駱馬湖的管理與保護(hù)，對保障水資源和水生態(tài)質(zhì)量安全具有重要的戰(zhàn)略意義。筆者在對駱馬湖及周邊水系水文特征進(jìn)行調(diào)查的基礎(chǔ)上，取樣分析駱馬湖水質(zhì)、底質(zhì)及出入湖河道的生態(tài)環(huán)境現(xiàn)狀，并對湖泊污染的主要來源進(jìn)行計算解析，旨在為制定駱馬湖污染控制及水生態(tài)保護(hù)方案提供參考。

1 水文特征

根據(jù)2005 年駱馬湖地形測圖可知，駱馬湖死水位20.50 m(廢黃河高程)時，相應(yīng)水面面積為200 km2，庫容為2.55 億m3;正常蓄水位23.00 m時，相應(yīng)水面面積為287 km2，庫容為9.18 億m3;設(shè)計洪水位25.00 m 時，水面面積320 km2，庫容15.95億m3。根據(jù)洋河灘歷年水位資料統(tǒng)計，駱馬湖多年日平均水位為22.44 m，歷史最低水位為17.85 m，最高水位為25.47 m。年水位變幅為1.90 ～5.73 m，年換水約10 次，為典型的過水型湖泊。駱馬湖周邊水系及采樣點(diǎn)位置見圖1。

駱馬湖的主要入湖河道有中運(yùn)河、沂河，上游來水經(jīng)駱馬湖調(diào)蓄后，分別由嶂山閘經(jīng)新沂河下泄入海，由皂河閘進(jìn)入駱南中運(yùn)河，由洋河灘閘進(jìn)入總六塘河。根據(jù)2011 年駱馬湖出入湖河道及閘涵逐月實(shí)測流量資料，計算出中運(yùn)河、沂河、皂河翻水站年入湖水量分別為17.9 億m3、14.4 億m3、6.9 億m3，合計39.2 億m3;皂河閘、洋河灘閘、嶂山閘出湖水量分別為3.6 億m3、4.8 億m3、16.4 億m3，合計24.8 億m3，可見入湖流量最大的是中運(yùn)河，出湖流量最大的是新沂河。2004 年入、出湖總水量分別為88.7 億m3和75.7 億m3;2008 年入、出湖總水量分別為66.5 億m3和68.5 億m3。分析2003—2011年的出入湖水量資料可知，駱馬湖出入湖水量年際間差別較大，主要是由于降水量的不均衡導(dǎo)致的;同時出入湖總水量呈現(xiàn)出逐年減少的趨勢。

圖1 駱馬湖周邊水系及采樣點(diǎn)位置示意圖

2 生態(tài)環(huán)境現(xiàn)狀

2.1 采樣點(diǎn)布置及分析方法

在湖區(qū)7 個點(diǎn)采集柱狀泥樣，分析其中的TP、TN 及總有機(jī)碳(TOC)含量。分析方法如下:實(shí)驗(yàn)室自然風(fēng)干樣品，經(jīng)研磨過100 目篩后，采用高氯酸-硫酸酸溶-鉬銻抗比色法測定TP，重鉻酸鉀-硫酸消化-凱氏法測定TN，重鉻酸鉀-硫酸消解法測定TOC［1］。同時采用改良彼德森采泥器(開口面積0.025 m2)，在湖區(qū)7 個點(diǎn)采集湖底松軟底質(zhì)，現(xiàn)場篩洗后撿出底棲動物，置于福爾馬林溶液固定，帶至實(shí)驗(yàn)室分類、計數(shù)、稱重。

2.2 湖體水質(zhì)及富營養(yǎng)化狀況

2.2.1 水質(zhì)評價

駱馬湖湖區(qū)及主要出入湖河道水質(zhì)監(jiān)測值及評價結(jié)果見表1。根據(jù)GB 3838—2002《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》，駱馬湖湖區(qū)及周邊河道DO 濃度滿足Ⅰ類水標(biāo)準(zhǔn)，CODMn滿足Ⅱ類標(biāo)準(zhǔn)，NH+4-N 和TP 滿足Ⅲ類水標(biāo)準(zhǔn)(注:TN 指標(biāo)不參與水質(zhì)評價)。各點(diǎn)實(shí)測pH 值在9.6 ～10.2 之間，與標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的pH 值范圍6 ～9 相比，呈微堿性。1 ～5 號采樣點(diǎn)位于駱馬湖周邊河道，總體上看，出湖河道水質(zhì)好于入湖河道(沂河、中運(yùn)河(北))水質(zhì)。其中沂河的TP、TN質(zhì)量濃度最高，分別達(dá)0.074 mg/L、8.88 mg/L;中運(yùn)河(北)TP 質(zhì)量濃度次之，為0.055 mg/L，這兩條河道接納駱馬湖上游山東及江蘇兩省沿河城鎮(zhèn)排放的污水，水質(zhì)相對較差。6 ～12 號采樣點(diǎn)位于駱馬湖湖區(qū)，水質(zhì)好于周邊河道，從水質(zhì)濃度的空間分布看，湖體西北部水質(zhì)差于東南部，這是由于西北片有中運(yùn)河及沂河客水匯入，而這兩條河流接納上游排污。分析1991—2011 年駱馬湖水質(zhì)資料［2-5］可知，歷年來該湖區(qū)水環(huán)境質(zhì)量總體上無明顯惡化趨勢，冬季水質(zhì)好于夏季，湖體水質(zhì)維持在Ⅱ～Ⅲ類，營養(yǎng)鹽濃度略有上升的趨勢。

表1 2011 年駱馬湖湖區(qū)及出入湖河道水質(zhì)狀況

2.2.2 富營養(yǎng)化評價

湖泊富營養(yǎng)化綜合評價是對湖泊富營養(yǎng)化發(fā)展過程中某一階段營養(yǎng)狀態(tài)的定量描述。常用的湖泊富營養(yǎng)化評價方法有營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)法、營養(yǎng)度指數(shù)法、評分法、生物指標(biāo)評價法。筆者選擇Chl-a、SD、TN、TP、CODMn等5 個水質(zhì)指標(biāo)，采用營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)法計算式(1)～(5)對駱馬湖湖區(qū)營養(yǎng)狀態(tài)進(jìn)行評價。根據(jù)營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)計算式(6)得到各指標(biāo)的營養(yǎng)指數(shù)，將各指數(shù)進(jìn)行算術(shù)平均得到駱馬湖綜合營養(yǎng)指數(shù)，結(jié)果見表2。由表2 可見，駱馬湖目前處于中營養(yǎng)化狀態(tài)，離富營養(yǎng)化水平較近。

表2 2011 年駱馬湖營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)計算結(jié)果

2.3 沉積物分析

前人對駱馬湖沉積物分布及粒度開展研究［6］，結(jié)果表明駱馬湖軟底泥主要集中于東南湖區(qū)，面積約126 km2，砂質(zhì)底主要分布在東北部和西部河口三角洲處，硬底基本處于砂質(zhì)底與軟底的過渡帶以及西北部易出露湖區(qū)，分布范圍較廣，僅次于軟泥區(qū)。

本次調(diào)查中，在湖區(qū)水質(zhì)取樣點(diǎn)同時采集了沉積物樣品，表層2 cm 沉積物中營養(yǎng)鹽和有機(jī)質(zhì)的含量分析結(jié)果見表3。從表3 可見，雖然駱馬湖為過水性湖泊，但沉積物中營養(yǎng)物含量仍較高，已接近中等污染湖泊的水平。其中TP 質(zhì)量分?jǐn)?shù)在0.031%～0.048%之間，TN 質(zhì)量分?jǐn)?shù)在0.10% ～0.30%之間，TOC 質(zhì)量分?jǐn)?shù)在0.51% ～ 2.02% 之間。而1998 年2 月駱馬湖沉積物采樣分析結(jié)果為TN 質(zhì)量分?jǐn)?shù)平均在0.10% ～0.25%之間，TP 質(zhì)量分?jǐn)?shù)則在0.03%左右［6］。顯然，駱馬湖在過去的10 余年間，沉積物中營養(yǎng)鹽含量呈明顯增加趨勢。從表3還可見，6 號和11 號點(diǎn)沉積物營養(yǎng)鹽和有機(jī)質(zhì)較高，而西北湖區(qū)沉積物中營養(yǎng)鹽含量相對較低。上覆水中營養(yǎng)鹽空間分布規(guī)律卻與此相反，這是由于駱馬湖西北湖區(qū)為采沙區(qū)，表層富含有機(jī)質(zhì)的沉積物已基本被清除。

表3 2011 年駱馬湖湖區(qū)各采樣點(diǎn)沉積物中營養(yǎng)鹽及有機(jī)質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù) %

2.4 水生生物資源

2.4.1 浮游植物

2011 年11 月7 個水質(zhì)采樣點(diǎn)的浮游植物調(diào)查表明，駱馬湖浮游植物共有藍(lán)藻、硅藻、隱藻、甲藻、裸藻、綠藻、金藻7 門30 屬。其中硅藻門質(zhì)量分?jǐn)?shù)最高，占湖泊浮游植物總量的44.8%;其次是綠藻門，占22.8%;金藻門占19.8%;隱藻門占8.9%;裸藻門占1.8%;甲藻門占1.1%;藍(lán)藻門質(zhì)量分?jǐn)?shù)最低，占0.8%。近年來藻類生物量有明顯增長趨勢［7］，且受上游來水影響較大，上游來水污染嚴(yán)重時，營養(yǎng)物質(zhì)大量入湖，浮游植物生長旺盛。此外，駱馬湖浮游植物分布具有明顯的季節(jié)性和區(qū)域性，春季種類少，秋季種類多。

2.4.2 底棲生物

2011 年11 月對駱馬湖湖區(qū)7 個水質(zhì)采樣點(diǎn)的底棲生物進(jìn)行取樣分析，其中水棲寡毛類包括蘇氏尾鰓蚓、霍甫水絲蚓、厚唇嫩絲蚓，軟體動物包括銅銹環(huán)棱螺、長角涵螺、大沼螺，以及寡鰓齒吻沙蠶。各采樣點(diǎn)底棲生物的密度和生物量統(tǒng)計結(jié)果見表4。從底棲生物樣品分析結(jié)果看，6 號、9 號底棲生物量較豐富，全湖平均生物密度和生物量分別為211.4 個/m2和23.6 g/m2。1976 年江蘇省水產(chǎn)科學(xué)研究所對駱馬湖底棲動物調(diào)查的生物量是288.2～338.9 g/m2，1997 年為90.61 g/m2，1998 年為85.99 g/m2，種類達(dá)26 種;2005 年由于河蜆大量發(fā)現(xiàn)，生物量達(dá)571.1 g/m2，底棲生物種類為8 種［8］。很顯然，近10 余年駱馬湖底棲生物的種類和數(shù)量均有明顯減少。

3 污染源解析

3.1 入湖排污

駱馬湖流域包括邳州市、新沂市、宿豫區(qū)、泗陽縣。其中邳州市處于駱馬湖的上游，區(qū)域內(nèi)的工業(yè)、生活、農(nóng)業(yè)污染源經(jīng)部分處理后，排入中運(yùn)河，最終進(jìn)入駱馬湖。新沂市尾水排入新沂河，宿豫區(qū)和泗陽縣尾水排入六塘河，最終匯入黃海。因此，駱馬湖流域內(nèi)的工業(yè)、農(nóng)業(yè)、生活等污染總量可以通過入湖河道的污染物總量來反映。根據(jù)2011 年入湖河道的流量及污染物濃度，計算得到2011 年中運(yùn)河和沂河進(jìn)入駱馬湖的NH+4-N、TN、TP、CODMn等污染物總量分別為934 t、17735 t、398 t、14154 t。資料顯示［9］，歷年來通過周邊河道入湖的NH+4-N、TN、TP 呈增加趨勢。

3.2 漁業(yè)養(yǎng)殖排污

駱馬湖漁業(yè)養(yǎng)殖起步于1995 年，由此湖區(qū)養(yǎng)殖模式由單一捕撈走上了養(yǎng)捕結(jié)合的道路。作為養(yǎng)殖型湖泊，主要通過人為方式向水體內(nèi)投喂大量餌料，以達(dá)到養(yǎng)殖魚類的高產(chǎn)。隨著近些年養(yǎng)殖規(guī)模的不斷擴(kuò)大，投喂的餌料不斷增加，隨餌料入湖的營養(yǎng)鹽也與日俱增。投喂的餌料除部分為魚類攝食外，未利用的餌料及魚類排泄物成為湖泊營養(yǎng)鹽的來源之一，勢必加速湖水的富營養(yǎng)化，造成水質(zhì)惡化。駱馬湖湖區(qū)主要的漁業(yè)養(yǎng)殖方式為網(wǎng)圍、網(wǎng)箱養(yǎng)殖，現(xiàn)有網(wǎng)圍面積約3 128 hm2、網(wǎng)箱面積約50 hm2，年養(yǎng)殖增產(chǎn)量約0.9 萬t。漁業(yè)養(yǎng)殖排污計算的方法較多，如根據(jù)魚體內(nèi)N、P 含量、餌料中N、P 含量等［10］，但各種方法計算的結(jié)果有一定的出入。結(jié)合駱馬湖養(yǎng)殖的魚種，根據(jù)文獻(xiàn)［11］選取養(yǎng)殖排污質(zhì)量比如下:TN為3.36 g/kg、TP 為0.58 g/kg、COD 為25.4 g/kg，由此可計算得到養(yǎng)殖業(yè)進(jìn)入駱馬湖水體的TN、TP、COD總量分別為30.20 t/a、5.20 t/a、228.60 t/a。

3.3 船舶污染

駱馬湖作為京杭運(yùn)河的一部分，承擔(dān)著江蘇省南北向的航運(yùn)交通重任，船舶污染是駱馬湖水污染防治過程中一個不容忽視的問題。船舶污水包括生活污水及含油廢水，污染物產(chǎn)生量按式(7)、(8)計算。

式中:M1為生活污染物產(chǎn)生總量，kg/d;Q 為航段船舶流量，艘/a;L 為航段長度，km;P 為船舶工作人員數(shù)，人/艘;W 為船員生活污染物產(chǎn)生當(dāng)量，kg/(人·d);T 為船舶平均航行時間，h/d;u 為船舶平均航速，km/h;K 為日流量不均勻系數(shù);M2為石油類產(chǎn)生總量，kg/d;I 為航段油廢水產(chǎn)生量，L/(d·艘);ρ 為船舶油廢水石油類平均質(zhì)量濃度，mg/L。

根據(jù)實(shí)地調(diào)研，2011 年中運(yùn)河駱馬湖航段船舶流量約為37 萬艘，日流量不均勻系數(shù)取1.2，航段長度為11 km，船舶平均航速為30 km/h，平均船舶工作人員6 人/艘，平均航行時間6 h/d。根據(jù)文獻(xiàn)［11］，船員生活污染物中COD、TN、TP 的產(chǎn)生當(dāng)量分別為73 g/(人·d)、12.9g/(人·d)、1.05g/(人·d)，船舶油廢水產(chǎn)生量取實(shí)驗(yàn)平均值為6.74 L/(d·艘)，油廢水石油類平均質(zhì)量濃度取238 mg/L(考慮到現(xiàn)狀油廢水經(jīng)重力分離后排放)。由此計算得到駱馬湖航道內(nèi)船舶產(chǎn)生的COD、TN、TP、石油類總量為11.90 t/a、2.10 t/a、0.18 t/a、0.04 t/a。

3.4 底泥釋放污染

據(jù)調(diào)查，駱馬湖由于水體交換快，湖水年交換次數(shù)為10 次，底質(zhì)沖刷劇烈，湖底大部分沒有底泥覆蓋，為硬質(zhì)湖底，有底泥覆蓋的面積僅為126 km2，占全湖面積的33.7%。由于硬質(zhì)湖底釋放入水體的營養(yǎng)鹽非常少，一般都忽略不計。范成新等［6］進(jìn)行了不同溫度下駱馬湖柱狀沉積物N、P 釋放速率及釋放量計算，結(jié)果顯示全湖內(nèi)源N、P 負(fù)荷分別約為1 113.2 t/a 和12.5 t/a。根據(jù)本次采集的沉積物中營養(yǎng)鹽含量與以上實(shí)驗(yàn)所采用的沉積物營養(yǎng)鹽含量類比，估算出駱馬湖底泥釋放TN、TP 的量約為1 447.00 t/a 和16.00 t/a。

表4 2011 年駱馬湖湖區(qū)各采樣點(diǎn)底棲生物密度及生物量統(tǒng)計結(jié)果

3.5 濕沉降污染

駱馬湖正常蓄水位時，水面面積為287 km2。2011 年，嶂山閘、皂河閘平均降雨量為772.6 mm，進(jìn)入駱馬湖的水量為2.22 億m3。降雨中TN、TP 質(zhì)量濃度分別為1.516 mg/L、0.063 mg/L［12］，計算出降雨進(jìn)入駱馬湖的TN、TP 量分別為336.60 t、14.00 t。

3.6 地表徑流污染

駱馬湖四周建有堤防，堤內(nèi)為湖濱灘地，無耕地及居民點(diǎn)。堤內(nèi)植被生長良好，截留了地表徑流中的部分污染物，因此通過地表徑流進(jìn)入駱馬湖的TN、TP 量較少，約為14.46 t/a 和2.59 t/a［12］。

3.7 各污染源貢獻(xiàn)率

選擇TN、TP 兩項指標(biāo)分析駱馬湖污染來源的構(gòu)成比例，結(jié)果見表5。由表5 可見，中運(yùn)河和沂河的匯入，是駱馬湖中營養(yǎng)鹽的主要來源，占全湖污染來源的90%以上。除此之外，貢獻(xiàn)率從大到小依次為底泥中營養(yǎng)鹽的釋放、大氣濕沉降、漁業(yè)養(yǎng)殖、地表徑流、船舶污染。

表5 駱馬湖各污染源總量排放及貢獻(xiàn)率

4 生態(tài)環(huán)境保護(hù)對策

湖泊有其自身的生命特征和運(yùn)動規(guī)律，只有遵循湖泊的自然規(guī)律，保護(hù)湖泊的健康生態(tài)，才能實(shí)現(xiàn)湖泊資源環(huán)境為人類社會的可持續(xù)利用。根據(jù)駱馬湖生態(tài)環(huán)境現(xiàn)狀及污染源解析結(jié)果，提出以下建議。

a. 防治水污染。駱馬湖作為南水北調(diào)東線工程重要的調(diào)蓄水庫，其水質(zhì)的好壞對于整個工程至關(guān)重要。根據(jù)江蘇省駱馬湖流域水污染防治規(guī)劃中的治污規(guī)劃，擬通過改擴(kuò)建區(qū)域內(nèi)污水處理廠控制工業(yè)及城鎮(zhèn)生活點(diǎn)源，同時加強(qiáng)船舶污染治理，減輕石油類的排放。為防止因調(diào)水水質(zhì)污染對沿線工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及居民生活產(chǎn)生不利影響，需建立水質(zhì)監(jiān)測及預(yù)警系統(tǒng)，制定防范預(yù)案，最大限度減少水污染危害，保證用水安全。

b. 控制富營養(yǎng)化。近年來駱馬湖湖區(qū)及入湖河道營養(yǎng)鹽濃度有增加的趨勢，為從源頭上控制污染物入湖，必須對中運(yùn)河及沂河沿線的農(nóng)業(yè)面源污染進(jìn)行整治，采取工程或非工程措施進(jìn)行截污導(dǎo)流。此外，湖泊內(nèi)源污染也不容忽視，為了增加漁業(yè)產(chǎn)量，餌料的大量投放使得其利用率降低，未被吞食的飼料直接沉入水底，使淤積物越積越多，成為養(yǎng)殖型湖泊沉積物污染的主要來源。因此，控制駱馬湖流域內(nèi)的面源污染以及湖泊的內(nèi)源釋放，是解決湖泊富營養(yǎng)化的重要途徑。

c. 保護(hù)水生生物棲息地。建立駱馬湖湖濱濕地保護(hù)區(qū)是保護(hù)水生生物資源的最有效途徑。鑒于駱馬湖濕地生物資源多樣性現(xiàn)狀，應(yīng)加快濕地自然保護(hù)區(qū)的建設(shè)及管理，制定正確的政策并進(jìn)行科學(xué)的規(guī)劃，確定保護(hù)、治理、開發(fā)和利用濕地資源的總體方針。林業(yè)、水利、航運(yùn)、水產(chǎn)、環(huán)保、農(nóng)業(yè)等部門相互協(xié)調(diào)，確保駱馬湖生態(tài)保護(hù)的全局性和長遠(yuǎn)性。

目前湖區(qū)過度采沙，除易造成灘地、湖岸工程坍塌威脅防洪安全外，還影響著船舶的正常航運(yùn)秩序，增加了船舶溢油溢液等水污染事故的發(fā)生概率，因此嚴(yán)格控制采沙規(guī)模、提高船舶風(fēng)險防范能力，亦是維護(hù)駱馬湖生態(tài)安全的有效途徑。

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