淮安市白馬湖退圩（圍）還湖對水質(zhì)影響淺析

楊萬紅 周 霞 車金鈴

（江蘇省水利勘測設(shè)計研究院有限公司，江蘇揚州 225009）

湖泊作為一種重要的自然資源，具有調(diào)蓄洪澇、供水、航運、養(yǎng)殖、旅游，以及維護(hù)水生態(tài)環(huán)境和凈化水質(zhì)等多種功能，在促進(jìn)區(qū)域經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展和維護(hù)區(qū)域生態(tài)平衡中發(fā)揮著重要作用。白馬湖是江蘇省十大湖泊之一，圍墾、圈圩和圍網(wǎng)養(yǎng)殖等開發(fā)利用面積占湖區(qū)水面的92%，由于過度開發(fā)利用，使得湖泊水面明顯減小，水質(zhì)呈逐年下降趨勢。白馬湖的過度開發(fā)對水質(zhì)的影響體現(xiàn)在兩個方面：一是由于過度圈圩（圍）使湖區(qū)水面減小，水體自凈能力下降；二是由于湖泊養(yǎng)殖面積、密度偏大，漁業(yè)生產(chǎn)污染加重了湖區(qū)水體污染，加之工業(yè)、農(nóng)業(yè)、生活排污量增加，入湖污染負(fù)荷遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了湖泊水體的自凈能力，使得水體富營養(yǎng)化趨勢明顯，有機(jī)污染加重，底泥污染，導(dǎo)致湖區(qū)水質(zhì)和水生態(tài)環(huán)境下降，水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)常為Ⅲ～Ⅴ類，偶為劣Ⅴ類。白馬湖為南水北調(diào)過境湖泊，也是區(qū)域主要水源地，根據(jù)《江蘇省地表水（環(huán)境）功能區(qū)劃》，水質(zhì)保護(hù)目標(biāo)為Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)。為了實現(xiàn)白馬湖水質(zhì)保護(hù)目標(biāo)，必須進(jìn)行科學(xué)規(guī)劃，有計劃推進(jìn)退圩（圍）還湖，恢復(fù)和擴(kuò)大蓄水面積，治理湖內(nèi)污染源，壓縮養(yǎng)殖面積，調(diào)整養(yǎng)殖方式，加強(qiáng)入湖污染防治，加強(qiáng)湖區(qū)生態(tài)保護(hù)。

1 基本情況

白馬湖地處淮河流域下游，為河跡洼地型湖泊，分屬淮安市金湖縣、洪澤縣、楚州區(qū)和揚州市寶應(yīng)縣。白馬湖地區(qū)屬北亞熱帶濕潤季風(fēng)氣候區(qū)，降水量年內(nèi)分配不均勻，暴雨主要集中在汛期6～9月。白馬湖是區(qū)域洪澇的調(diào)蓄湖泊，該區(qū)域位于洪澤湖大堤以東、蘇北灌溉總渠以南、里運河以西、白馬湖隔堤和洪金北干渠以北，匯水面積為994 km2，主要出入湖河道有草澤河、潯河、花河、新河、運西河等。受圍湖造田、圈圩養(yǎng)殖等人為活動影響，白馬湖水面面積由建國初期的150 km2減少到現(xiàn)在的113.39 km2。白馬湖地區(qū)的地勢總體呈西高東低，高程在10.5～6.5 m，白馬湖為中間洼地區(qū)，湖底高程在5.0～5.5 m。白馬湖設(shè)計死水位5.7 m，正常蓄水位6.5 m，汛限水位6.8 m，排澇設(shè)計水位7.5 m，防洪設(shè)計水位8.0 m。白馬湖具有調(diào)蓄區(qū)域洪澇、供水、養(yǎng)殖、航運、生態(tài)旅游等多種功能，在區(qū)域經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展和生態(tài)環(huán)境方面有著重要作用。

2 圈圩、圍網(wǎng)養(yǎng)殖現(xiàn)狀

白馬湖湖區(qū)總面積為113.39 km2，根據(jù)調(diào)查、統(tǒng)計，圈圩養(yǎng)殖面積為65.93 km2，圍網(wǎng)養(yǎng)殖面積為37.92 km2，圈圩、圍網(wǎng)面積占湖區(qū)總面積的92%。白馬湖圈圩（圍）情況見表1。

3 水質(zhì)現(xiàn)狀

白馬湖有5 個水質(zhì)監(jiān)測站點，分別是張大門站、白馬湖區(qū)（中）站、東堆站、鄭家大莊站、唐圩站，白馬湖區(qū)（中）站每個月監(jiān)測一次，其它站一個季度監(jiān)測一次。根據(jù)白馬湖區(qū)（中）站監(jiān)測資料，2005～2009年60個月的監(jiān)測成果中，達(dá)標(biāo)的僅有19個月，占31.7%；不達(dá)標(biāo)的有41 個月，占68.3%；水質(zhì)多為Ⅲ～Ⅴ類，水質(zhì)主要超標(biāo)項目為總磷、總氮，水質(zhì)總體呈富營養(yǎng)化趨勢。白馬湖水體污染的污染源有外源污染和內(nèi)源污染，外源污染源包括農(nóng)業(yè)、工業(yè)、生活污水，內(nèi)源污染主要是湖內(nèi)漁業(yè)生產(chǎn)投放的多余飼料和魚蟹排泄物。

表1 白馬湖湖區(qū)圈圩（圍）情況調(diào)查統(tǒng)計表

4 淮安市退圩（圍）還湖近期方案、湖底清淤、漁業(yè)養(yǎng)殖規(guī)劃

根據(jù)淮安市白馬湖退圩（圍）還湖近期方案、漁業(yè)養(yǎng)殖規(guī)劃，淮安市將清退淮安境內(nèi)大部分圈圩，保留基本農(nóng)田和集中居民區(qū)?，F(xiàn)狀圈圩面積為52.48 km2，近期退圩面積為40.66 km2；現(xiàn)狀圍網(wǎng)養(yǎng)殖面積為31.4 km2，本次全部清退后，重新規(guī)劃生態(tài)養(yǎng)殖面積為22 km2。寶應(yīng)縣境內(nèi)維持現(xiàn)狀。

根據(jù)白馬湖湖區(qū)7 個不同位置的底泥污染檢測分析成果，0～10 cm、10～20 cm、20～40 cm、40～60 cm 不同深度的總氮（TN）、總磷（TP）、有機(jī)質(zhì)（OM）、主要重金屬含量均較高，在一定環(huán)境條件下可能再次懸浮釋放，成為影響水環(huán)境質(zhì)量的內(nèi)源因素。根據(jù)檢測分析成果，白馬湖底泥中總氮、總磷、有機(jī)質(zhì)含量隨垂向深度呈遞減趨勢，且遞減明顯。從垂向分布規(guī)律來看，表層0～10 cm 有機(jī)質(zhì)、總氮、總磷、主要重金屬含量最高，其中總磷和總氮含量是底層含量的3～4 倍，有機(jī)質(zhì)含量接近2 倍。白馬湖底泥0～40 cm 范圍內(nèi)銅、鋅、鉛、鎘含量均超標(biāo)；40～60 cm 范圍內(nèi)銅、鋅、鉛含量均符合Ⅰ級標(biāo)準(zhǔn)，鎘含量4、5、7#采樣點略超標(biāo)，1、2、6#符合Ⅰ級標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》和采樣分析成果，1、2、6#采樣點附近污染深度為40 cm 左右，3、4、5、7#采樣點附近污染深度為60 cm 左右。白馬湖底泥中有機(jī)質(zhì)、總磷、總氮含量垂直分布情況詳見表2。

表2 白馬湖底泥監(jiān)測點采樣成果分析平均值

根據(jù)《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》和底泥采樣分析成果，底泥污染深度約為40～60 cm，規(guī)劃清淤厚度為0.6 m，清淤總面積為24.53 km2，清淤總土方約1472 萬m3。

5 規(guī)劃對水質(zhì)影響分析

湖泊富營養(yǎng)化成為水質(zhì)污染的重大問題以后，世界各國紛紛開展了大規(guī)模的湖泊富營養(yǎng)化調(diào)查、研究，建立了一系列的富營養(yǎng)化經(jīng)驗?zāi)Ｐ?，模型可分為兩種：一種是以磷元素為代表的單一營養(yǎng)物質(zhì)負(fù)荷模型；另一種是藻類生物量與營養(yǎng)物質(zhì)負(fù)荷量之間的相關(guān)模型。在正常情況下，淡水環(huán)境中存在的碳、氮、磷元素的化學(xué)計量比例為106C ∶16N ∶1P，氮、磷元素的存量較少，按照利畢格（J.Liebig）的最小量定律，可以認(rèn)為浮游生物生長、繁殖的制約因素是氮與磷，即：氮、磷是富營養(yǎng)化形成的限制物質(zhì)。根據(jù)白馬湖實際情況及現(xiàn)有資料，本次采用湖泊磷負(fù)荷及氮負(fù)荷模型，分別計算退圩（圍）還湖實施前后的水質(zhì)狀況，評價退圩（圍）還湖對水質(zhì)的影響。根據(jù)《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB3838-2002），對高錳酸鹽指數(shù)、總氮、氨氮、總磷含量及水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行判斷。

5.1 湖泊磷負(fù)荷模擬

5.1.1 湖泊磷負(fù)荷模型

磷是絕大多數(shù)湖泊富營養(yǎng)化形成的最關(guān)鍵性的限制物質(zhì)，湖泊磷負(fù)荷常用的模型有弗萊威特磷模型、迪朗磷模型等，本次采用弗萊威特磷模型進(jìn)行分析。弗萊威特（Vollenweider）磷模型是研究湖泊富養(yǎng)營化過程的第一個模型，是由加拿大著名的湖泊專家Vollenweider 于1968-1975年提出的。該模型假定湖泊是完全混合的，且富營養(yǎng)化狀態(tài)只與湖泊的營養(yǎng)物負(fù)荷有關(guān)，在此條件下得到一個關(guān)于磷量收支的長期平衡方程：

式中：

Wptt—年入湖磷總量，g/a；

K3P—磷的沉降速率系數(shù)，a-1；

Q—出湖流量，m3/a；

V—湖水容積，m3；

P—湖水磷的平均濃度，mg/L；

t—時間，a。

其解為：

式中：

Pt—湖泊經(jīng)過t 時間后水中磷濃度，mg/L；

P0—湖泊起始的磷濃度，mg/L；

ρω—沖刷系數(shù)，ρω=T—入湖水在湖中滯留的時間，a）。

其他符號意義同前。

式中：

PI—入湖水量的磷濃度，mg/L。

5.1.2 白馬湖磷負(fù)荷模型率定

白馬湖磷負(fù)荷模型主要采用弗萊威特模型，時段長取1 個月。入湖磷的來源主要考慮：①漁業(yè)，由魚餌及魚的排泄物帶入湖泊；②生活污水，由入河排放口排入河流后進(jìn)入湖泊；③農(nóng)業(yè)排水，暴雨時隨徑流、泥沙注入河流、湖泊。

圍網(wǎng)養(yǎng)魚投放的餌料中有25%～35%起到增加魚類體重的作用，而魚所攝食的餌料中有20%～30%以糞便形式進(jìn)入水體；投喂的餌料有65%～75%殘留于養(yǎng)殖水域環(huán)境中，由此根據(jù)圍網(wǎng)養(yǎng)魚面積計算得到漁業(yè)生產(chǎn)帶入湖區(qū)的磷負(fù)荷。現(xiàn)狀白馬湖圍網(wǎng)養(yǎng)魚面積為0.8 萬hm2，一年投放餌料約200 t。

暴雨徑流污染負(fù)荷中的月入湖水量根據(jù)降雨資料采用降雨徑流關(guān)系計算，暴雨徑流磷污染負(fù)荷量在模型率定時確定，由于非點源磷污染負(fù)荷量沒有系統(tǒng)資料，故也在模型率定時確定。

模型率定根據(jù)2005～2009年各個月的降雨資料及實測的白馬湖水質(zhì)資料采用基欽爾—迪朗（Kitchner-Dillon）建立的經(jīng)驗公式計算RL，然后計算得出K3P，代入模型進(jìn)行計算、驗證。

白馬湖正常蓄水位6.5 m，現(xiàn)狀相應(yīng)庫容為13184 萬m3。模擬與實測磷濃度相對誤差為10%，相對誤差為小于等于10%的測次有41 次，占68.3%。對于水質(zhì)模擬來講，可以認(rèn)為磷負(fù)荷模型率定可用?，F(xiàn)狀白馬湖磷濃度模擬計算結(jié)果見圖1。

5.1.3 退圍（圩）還湖規(guī)劃的磷模擬

根據(jù)建立的白馬湖水質(zhì)模型，采用2005～2009年實測資料，對退圍（圩）還湖方案的水環(huán)境效應(yīng)進(jìn)行分析計算。白馬湖現(xiàn)狀圈圩（圍）養(yǎng)殖面積為103.85 km2，近期規(guī)劃減少50.1 km2。退圩（圍）還湖后正常蓄水位6.5 m 時，白馬湖相應(yīng)庫容為15655 萬m3，模擬計算得到退圍（圩）還湖后磷濃度變化過程，見圖2。

根據(jù)模擬分析成果，白馬湖退圍前平均磷濃度為0.0475 mg/L，退圍后平均磷濃度為0.034 mg/L，下降了28%。按照《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》，白馬湖退圍前磷濃度屬Ⅴ類的1 次，屬Ⅳ類的17 次，Ⅲ類及其優(yōu)于Ⅲ類的42次，達(dá)標(biāo)率70%；退圍后磷濃度屬Ⅴ類的0 次，屬Ⅳ類的7 次，Ⅲ類及優(yōu)于Ⅲ類的53 次，達(dá)標(biāo)率88.3%。模擬計算結(jié)果表明，白馬湖退圍（圩）還湖后磷濃度明顯降低，水質(zhì)得到改善。

5.1.4 清淤后的磷模擬

白馬湖規(guī)劃清淤總面積24.53 km2，清淤厚度0.6 m，根據(jù)建立的白馬湖水質(zhì)模型，仍采用2005～2009年實測資料，對于清淤后湖泊磷濃度進(jìn)行模擬分析計算。根據(jù)底泥清淤對湖泊磷濃度影響的模擬分析，底泥釋放的磷相應(yīng)減小，清淤后整個湖區(qū)底泥的平均磷含量降低。根據(jù)模擬計算成果，白馬湖清淤后平均磷濃度為0.03 mg/L，在退圍的基礎(chǔ)上再下降12%，對水質(zhì)的改善較明顯；清淤后磷濃度屬Ⅴ類的0 次，屬Ⅳ類的僅6 次，Ⅲ類以上54 次，達(dá)標(biāo)率90%。模擬計算結(jié)果表明，退圍并且清淤后磷濃度明顯降低，有利于改善白馬湖水質(zhì)，提高水質(zhì)達(dá)標(biāo)率。

5.2 湖泊氮負(fù)荷模擬

根據(jù)實測資料進(jìn)行氮模型率定，根據(jù)率定后的氮模型，采用2005～2009年實測資料，對退圍（圩）還湖方案的氮負(fù)荷效應(yīng)進(jìn)行分析計算。退圍（圩）還湖氮濃度平均下降3%，有利于改善湖區(qū)水質(zhì)，結(jié)果見圖3。

綜上，從湖泊磷負(fù)荷模型及湖泊氮負(fù)荷模型分析，可見按近期退圩（圍）還湖方案實施后，白馬湖湖水磷濃度不會出現(xiàn)Ⅴ類，Ⅳ類由17 次下降為6次，Ⅲ類由42 次增加到54 次，水質(zhì)達(dá)標(biāo)率達(dá)90%，湖水氮濃度平均下降3%。白馬湖退圩（圍）還湖對改善湖區(qū)水質(zhì)，提高水質(zhì)達(dá)標(biāo)率效果顯著。

圖1 白馬湖現(xiàn)狀磷濃度模擬計算結(jié)果

圖2 白馬湖退圩（圍）還湖磷濃度模擬計算結(jié)果

圖3 白馬湖退圩（圍）還湖氮濃度模擬計算結(jié)果

6 結(jié)語

江蘇省是湖泊大省，受上世紀(jì)圍墾造田、圈圩和圍網(wǎng)養(yǎng)殖影響，大部分湖泊面積明顯減小，湖泊功能明顯衰減，湖區(qū)水質(zhì)和水生態(tài)環(huán)境下降。根據(jù)有關(guān)法規(guī)、規(guī)劃要求，結(jié)合白馬湖圈圩、圍網(wǎng)和水質(zhì)現(xiàn)狀，通過淮安市退圩（圍）還湖、底泥清淤、漁業(yè)養(yǎng)殖規(guī)劃，入湖污染源治理、控制，能明顯改善湖區(qū)水質(zhì)，遠(yuǎn)期結(jié)合寶應(yīng)縣退圩（圍）還湖及湖區(qū)水生態(tài)綜合治理，能基本實現(xiàn)水質(zhì)保護(hù)目標(biāo)。

［1］全為民，嚴(yán)力蛟，沈新強(qiáng).磷模型在千島湖水體污染預(yù)測中的應(yīng)用［J］.生物數(shù)學(xué)學(xué)報，2004（1）.

［2］楊文龍，楊常亮.滇池水環(huán)境容量模型研究及容量計算結(jié)果［J］.云南環(huán)境科學(xué)，2002（3）.