十全湖退漁還湖生態(tài)修復方案研究

陳運梅，喻 婷，陳曉群，吳雪潔，張秀蓮

(湖北省水利水電科學研究院，湖北 武漢 430070)

十全湖位于東經(jīng)113.42°～113.45°，北緯30.30°～30.32°之間，毗鄰仙桃市主城區(qū)西南區(qū)。十全湖流域總面積 15.37 km2。受農(nóng)業(yè)種植和淡水養(yǎng)殖業(yè)發(fā)展的影響，目前十全湖湖區(qū)已被圍墾殆盡。由于圍墾被土埂阻隔，破壞了湖泊生態(tài)環(huán)境和調(diào)蓄功能，排澇壓力增大，減弱了天然的調(diào)蓄作用和納污自凈的能力，生物多樣性急劇下降。加之城市工業(yè)廢水的排放，造成湖區(qū)內(nèi)水土污染，部分魚塘、農(nóng)田污染嚴重，生態(tài)系統(tǒng)遭到破壞，對現(xiàn)狀當?shù)鼐用窠】蛋踩纬奢^大威脅。

根據(jù)《仙桃市城鄉(xiāng)總體規(guī)劃(2008-2030)》，十全湖及其周邊河渠被納入新城區(qū)建設(shè)范圍。十全湖湖區(qū)在十全湖休閑公園中心地帶，湖區(qū)周圍規(guī)劃為適合人居的生態(tài)社區(qū)，故仙桃市新城市建設(shè)的需要對十全湖的生態(tài)修復提出了新的要求。因此，十全湖退漁還湖生態(tài)修復工程的盡快實施對區(qū)域降低區(qū)域排澇壓力，改善湖泊水生態(tài)環(huán)境是十分迫切的。

1 十全湖現(xiàn)狀

1)湖泊形態(tài)現(xiàn)狀。受農(nóng)業(yè)種植和淡水養(yǎng)殖業(yè)發(fā)展的影響，目前十全湖湖區(qū)已被圍墾殆盡，取而代之的是約3 000 m2的淺水池塘和17 000 m2的水田，降低了湖泊調(diào)蓄能力，影響了湖泊納污自凈能力；同時湖泊水深過淺，限制了生物多樣性的發(fā)展，打破了湖泊原有生態(tài)體系。十全湖被魚塘和水田分割，影響了水體交換，阻礙了水生生物洄游，破壞了湖泊生態(tài)環(huán)境[1]。

2)湖泊水質(zhì)現(xiàn)狀。受農(nóng)業(yè)種植業(yè)和淡水養(yǎng)殖業(yè)的影響，十全湖湖區(qū)的面源污染比較嚴重，水質(zhì)情況惡劣。受淺水環(huán)境的影響，十全湖自凈能力較差；水系不連通，水質(zhì)得不到改善。根據(jù)環(huán)保部門的監(jiān)測數(shù)據(jù)，十全湖目前水質(zhì)為IV～V類，主要超標污染物為總氮、高錳酸鹽指數(shù)。

3)湖泊水生態(tài)現(xiàn)狀。十全湖擬恢復湖區(qū)現(xiàn)狀多為圍湖養(yǎng)魚的魚塘和種植蓮藕的藕塘，彼此由田埂隔離，生物交換通道中斷或受阻，導致湖泊調(diào)蓄能力減小，生態(tài)功能退化嚴重；同時多年漁業(yè)養(yǎng)殖產(chǎn)生的魚類排泄物和投肥污染積累在底泥中，以及蓮藕死亡后的腐敗物也聚集在底質(zhì)中，導致湖底淤積和污染嚴重；魚類養(yǎng)殖以四大家魚為主，主要有青魚、白鰱、團頭魴、鯽魚、草魚、鯉魚、鳙魚等；湖周邊的田埂周圍存在挺水植物群落，主要有蘆葦、香蒲等?？傮w評價湖泊生態(tài)功能單一，基本受人為活動支配。

總的來說，十全湖目前已喪失防洪調(diào)蓄、水量供給和休閑旅行等功能。根據(jù)《湖北省湖泊保護條例》，亟需開展十全湖修復和保護工作。

2 退漁還湖工程方案研究

2.1 湖泊規(guī)模確定

十全湖退漁還湖生態(tài)修復工程通過清淤擴大湖泊調(diào)蓄容積可將工程區(qū)的排澇標準提高到20年一遇。十全湖湖容的確定方法：先確定湖泊最低生態(tài)水位和湖泊調(diào)蓄水深，并通過位于湖泊出口渠尾段東風泵站的水位推算十全湖的特征水位，從而推算十全湖退漁還湖后的湖容曲線。

由于缺乏歷史長期的水文和湖泊特性數(shù)據(jù)，不能使用天然水位資料統(tǒng)計法和湖泊形態(tài)分析法確定湖泊的最低生態(tài)水深。因此，本次主要使用功能法、經(jīng)驗法和湖泊納污能力推算三種方法推算湖泊最低設(shè)計水深，并參照相關(guān)研究確定十全湖的最低生態(tài)水深為1.3 m。

2.1.1 湖泊最低設(shè)計水深

1)采用功能法推算湖泊最低生態(tài)水深。根據(jù)生態(tài)系統(tǒng)功能，確定湖泊最低生態(tài)水深主要考慮漁業(yè)、旅游業(yè)、蘆葦以及其他水生植物所需要的水深。由植物學原理可知，蘆葦?shù)韧λ参锏纳L水深最小應滿足0.8 m?；趧游飳W原理，平原湖區(qū)當水深在1.3 m左右時，是魚、蝦、河蟹和元魚等生存所需要的最佳水深。對旅游休閑來說，主要包括劃船、垂釣以及其他水上娛樂等。一般來說，當水深達到0.7 m時即可滿足旅游休閑功能的需求。因此，初步確定十全湖的最低生態(tài)水深為1.3 m。

2)采用經(jīng)驗法推算湖泊最低設(shè)計水深。無論初始水位如何，水位的永久性抬升或降低，會導致湖泊物種多樣性的減少和植被覆蓋度降低，隨著時間的推移，部分地區(qū)的物種會慢慢恢復以適應新的水位，但也有地區(qū)物種長時間后仍無法自行恢復；水位波動幅度的增加或減少對植被的影響不盡相同，從無波動到高波動，物種多樣性經(jīng)歷先增加后減少的過程，對于多數(shù)調(diào)控而言，1～2 m的年內(nèi)變幅對生態(tài)系統(tǒng)生物多樣性的增加和穩(wěn)定最為有利。根據(jù)相關(guān)研究，洪澤湖生態(tài)系統(tǒng)的最低生態(tài)水深為1.24 m，洪湖生態(tài)系統(tǒng)的最低生態(tài)水深為1.14 m，南四湖生態(tài)系統(tǒng)的最低生態(tài)水深為1 m。綜上所述，初步確定十全湖的設(shè)計最低生態(tài)水深為1.3 m。

3)采用湖泊納污能力推算湖泊最低設(shè)計水深。根據(jù)《地表水環(huán)境質(zhì)量標準》(GB3838-2002)，按《仙桃市十全湖生態(tài)修復項目》規(guī)劃，十全湖的水質(zhì)以Ⅳ類水質(zhì)標準計。

在規(guī)劃區(qū)內(nèi)，城鎮(zhèn)生活和生產(chǎn)污水均由污水管網(wǎng)統(tǒng)一排入污水廠進行處理，不進入十全湖；同時十全湖以休閑旅游為主，湖區(qū)不存在水產(chǎn)養(yǎng)殖情況。十全湖周邊無點源污染和內(nèi)源污染，其主要污染源為大氣沉降污染、屋面徑流污染、街道徑流污染、建筑工地地表徑流和排水灌渠沉積物污染等面源污染。借鑒武漢市雨水污染物監(jiān)測結(jié)果，單位面積徑流污染物負荷中COD、BOD、SS、TN和TP分別為52.5、25.3、117.8、20.1和2.66 kg/(ha*a)。十全湖的承雨面積為15.37 km2，計算得到COD、BOD、SS、TN和TP年入湖總量分別為80.69、38.87、181.06、30.89 t和4.09 t。十全湖設(shè)計水質(zhì)中COD、TN和TP的濃度分別為30、1.5 mg/L和0.1 mg/L，為達到設(shè)計水質(zhì)，則分別需要268.98、2 059.58萬m3和4 088.42萬m3的水量對污染物進行稀釋。若以湖區(qū)面積為承水面積，則湖區(qū)設(shè)計深度分別為0.13、1.03 m和2.04 m，根據(jù)取大值原則初步確定十全湖的最低水深為2.04 m。

4)最低生態(tài)水深比選。根據(jù)上述的計算結(jié)果，十全湖的最低生態(tài)水深有1.30和2.04 m兩種設(shè)計方案。在第一種方案下，工程量和經(jīng)濟預算較小，但需要借助水生態(tài)修復工程對入湖污染物進行凈化以維持十全湖的水環(huán)境健康發(fā)展；在第二種方案下，工程量和經(jīng)濟預算較第一種方案顯著增大，但方案實施后主要依靠水體自凈能力凈化水質(zhì)，而對水生態(tài)修復過程考慮較少。根據(jù)功能定位，十全湖以休閑旅游為主，水生態(tài)修復和濱水綠化工程是本次規(guī)劃的主要內(nèi)容之一。因此，在水生態(tài)修復和濱水綠化工程建設(shè)過程可以兼具對入湖污染的凈化。綜上所述，選擇1.30 m的最小水深設(shè)計方案比較合理。

2.1.2 湖泊調(diào)蓄水深

規(guī)劃區(qū)屬于濕潤平原河網(wǎng)區(qū)域，其洪水過程受集中降水過程的影響較大，而在濕潤地區(qū)，一次大暴雨事件的降水量主要集中分布在1 d之內(nèi)。由1957～2016年規(guī)劃區(qū)年最大1 d降水量統(tǒng)計結(jié)果可知，1961、1969、1991和2011年的最大1 d降水量均接近190 mm，與P=5%的設(shè)計1 d最大暴雨量接近，因此本項目采用20年一遇的設(shè)計暴雨對規(guī)劃區(qū)的水文過程進行研究。由《灌溉與排水工程設(shè)計規(guī)范》(GB 50288-2018)可知，旱作區(qū)一般可采用1～3 d暴雨從作物受淹起1～3 d排至田面無積水。規(guī)劃區(qū)屬城鎮(zhèn)區(qū)域，其排水模數(shù)則與旱作區(qū)類似，且排水效率應進一步提高，因此確定規(guī)劃區(qū)的排澇標準為20年一遇最大1 d暴雨1 d排完。

由規(guī)劃區(qū)的排澇體系可知，排區(qū)多余的水量通過升級改造后的東風泵站，以18 m3/s的流量排入到通順河，從而可以確定排區(qū)的設(shè)計排澇流量為18 m3/s。計算得到規(guī)劃區(qū)的調(diào)蓄水量為83.08萬m3。在規(guī)劃區(qū)內(nèi)，調(diào)蓄起始水深為設(shè)計最小生態(tài)水位，即1.3 m，在此基礎(chǔ)上增加調(diào)蓄湖容83.08萬m3。計算得到十全湖需增加的調(diào)蓄水深為0.42 m。

2.1.3 湖泊湖容曲線的確定

東風泵站進水池設(shè)計運行水位為21.63 m，最低運行水位為21.33 m，最高運行水位為22.13 m。考慮十全湖至東風泵站徑流過程中存在的沿程水頭損失，根據(jù)沿程比降、流量、建筑物等情況，通過試算法進行水面線推算。

水面線推求采用實測地形圖進行計算。本次工程范圍內(nèi)的河道寬為5～10 m，屬小型河道，河道順直，河岸阻力較小，考慮生態(tài)護岸工程的實施，本次計算選取主槽糙率為0.035。根據(jù)東風泵站的最高運行水位按水面線推求至十全湖處，得到十全湖的控制水位為22.26 m。因此，兩者比較得到十全湖的設(shè)計水位為22.26 m，對應湖容為445.9萬m3。東風泵站的最低運行水位為21.33 m，十全湖的最低水位為21.37 m，對應湖容為268.31萬m3。由于十全湖的最低生態(tài)水深為1.30 m，因此十全湖的設(shè)計湖底高程為20.07 m，取為20.00 m。東風泵站進水池設(shè)計運行水位為21.63 m，得到湖泊常水位為21.67 m，對應湖容為327.79萬m3。計算得到調(diào)蓄水深為0.42 m，小于十全湖控制水位與常水位之差(0.59 m),表明十全湖特征水位設(shè)計值具有安全合理性。從而得到水位-面積-湖容曲線。

2.2 退魚還湖工程

2.2.1 清淤工程

根據(jù)《仙桃市江漢水城·十全湖生態(tài)休閑公園規(guī)劃》，十全湖公園的用地類型可劃分為綠地及水面兩部分，面積分別為1.85 km2和2.0 km2。由于湖區(qū)現(xiàn)狀多數(shù)為魚塘，魚塘底部高程為22.22～22.80 m，湖岸線所在位置現(xiàn)狀地面高程約為22.22～22.80 m，本次設(shè)計的湖底開挖高程為20.00 m，常水位為21.67 m，故十全湖的水面形成需進行清淤疏挖而成，開挖的土體回填到湖周圍的公園綠地和規(guī)劃的建設(shè)用地，回填后周邊地面高程約為23.7 m。

2.2.2 護岸工程

該工程的湖岸斷面均為在原地面上開挖和堆土碾壓相結(jié)合而成，湖區(qū)內(nèi)清淤疏挖的土體回填至十全湖周邊規(guī)劃的建設(shè)用地和綠地用地內(nèi)，據(jù)估算回填后湖岸岸頂高程約為23.70 m，根據(jù)《公園設(shè)計規(guī)范》(GB51192-2016)要求，游憩綠地適宜坡度宜為5.0%～20.0%，本次土體回填的綠地岸坡坡度分兩個形式：在設(shè)置有親水平臺處的綠地岸坡采用20%，其余岸坡采用10%[2]。

由于湖岸岸線布局為不規(guī)則線條組成，湖岸結(jié)構(gòu)需進行相應變化。本次設(shè)計從結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、景觀效果和便于施工等多方面綜合考慮， 結(jié)合十全湖岸線的不同功能分區(qū)采用三種生態(tài)護岸型式，分別為自然緩坡入水護岸、人工擺石護岸及硬質(zhì)護岸(設(shè)置親水平臺)三種[3-4]。

1)自然緩坡入水護岸。適用于現(xiàn)狀岸坡平緩，沿湖岸綠地面積寬闊，沿線有居民小區(qū)，離規(guī)劃道路有一定距離的岸線。自綠道處以1∶10緩坡接至湖區(qū)綠地高程22.26 m。自內(nèi)湖岸線處以1∶4.0緩坡從高程22.26 m接至設(shè)計湖底高程20.00 m。自外湖岸線至內(nèi)湖岸線間湖區(qū)綠地范圍可種植各類景觀植物，自內(nèi)湖岸線至湖區(qū)水面依次種植各類挺水、浮葉、沉水植物，改善湖區(qū)生態(tài)環(huán)境。

2)人工擺石護岸。適用于湖岸規(guī)劃為濱水公園的岸線。自綠道處以1∶10緩坡接至湖區(qū)綠地高程22.26 m。自內(nèi)湖岸線處以1∶4.0緩坡從高程22.26 m接至設(shè)計湖底高程20.00 m。沿內(nèi)湖岸線處新建人工擺石護岸，護岸高0.5 m。自外湖岸線至內(nèi)湖岸線間湖區(qū)綠地范圍可種植各類景觀植物，自內(nèi)湖岸線至湖區(qū)水面依次種植各類挺水、浮葉、沉水植物，改善湖區(qū)生態(tài)環(huán)境。

3)硬質(zhì)護岸。適用于設(shè)置親水平臺的湖岸段。自綠道處以1∶20緩坡接至湖區(qū)綠地高程22.26 m，每隔50 m設(shè)一條人行慢道至親水平臺。自內(nèi)湖岸線處以1∶4.0緩坡從高程22.26 m接至設(shè)計湖底高程20.00 m。擋墻采用C20混凝土重力式擋墻，墻高1.5 m，頂寬0.5 m，臨水面直立，背水面坡比1∶0.4，擋墻底部設(shè)100厚砂礫石墊層。

3 湖泊水生態(tài)修復工程方案

本工程任務是通過實施退漁還湖、水系連通、水生態(tài)保護及修復等措施恢復十全湖水生態(tài)，并與仙桃市新城區(qū)的城市規(guī)劃相結(jié)合，使十全湖成為水清、岸綠、景美的生態(tài)湖泊。十全湖退漁還湖生態(tài)修復工程通過清淤擴大湖泊調(diào)蓄容積可將工程區(qū)的排澇標準提高到20年一遇；通過實施水系連通和水生態(tài)保護與修復將十全湖水質(zhì)保持在Ⅳ類。

3.1 水系連通工程

1)水系連通現(xiàn)狀分析。十全湖四面被三條河流圍繞，北邊為洛江河、西邊和南邊為通順河、東邊為全東渠(前通河)，十全湖現(xiàn)狀為魚塘和藕塘。湖區(qū)內(nèi)無主要河道支流來水，湖區(qū)內(nèi)灌溉用水通過沙嘴閘抬高汪洲河水位進行引水，經(jīng)過洛江河流入全東灌渠。湖區(qū)內(nèi)灌溉水系相當發(fā)達，由聯(lián)船灌渠、船東灌渠和11條斗渠斗溝組成的田間工程。 湖區(qū)內(nèi)的排水一部分通過底溝流入全東渠(前通河)，一部分直接流入全東渠(前通河)再經(jīng)東風閘和東風泵站排入通順河。

2)水系連通工程。根據(jù)《仙桃市江漢水城·十全湖生態(tài)休閑公園規(guī)劃》，十全湖退漁還湖面積200 hm2，定位為十全湖生態(tài)休閑公園，湖周圍規(guī)劃為仙桃市政府、生態(tài)社區(qū)、文體廣場等城市用地，無農(nóng)業(yè)用地。為了實現(xiàn)十全湖與周邊水系的連通，規(guī)劃十全湖水系連通線路為：汪洲河→洛江河→全東渠(前通河)→十全湖→底溝→全東渠(前通河)→通順河。

3.2 湖泊生態(tài)修復工程

通過湖盆物理形狀改造、底質(zhì)改善、高等水生植被構(gòu)建、食物網(wǎng)構(gòu)建、清水態(tài)生態(tài)系統(tǒng)優(yōu)化與穩(wěn)定等工程措施重建十全湖水生態(tài)系統(tǒng)，恢復岸帶挺水植被37 500 m2，沉水植被2 km2，并構(gòu)建與之相協(xié)調(diào)的食物網(wǎng)。

生態(tài)重建完成后，黑藻、金魚藻、狐尾藻和馬來眼子菜等“植冠型”大型沉水植物等覆蓋面積1 km2，苦草、微齒眼子菜等不影響景觀的“地毯型”沉水植被覆蓋面積1 km2。

根據(jù)十全湖承雨面積15.37 km2計算，流域內(nèi)面源污染中總氮和總磷的年入湖總量分別為30.89 t和4.09 t；根據(jù)十全湖的引水水源情況，將十全湖的背景水質(zhì)現(xiàn)狀視為Ⅲ類，十全湖以Ⅳ類水質(zhì)標準計，計算得到十全湖能夠容納的TN為1.64 t，TP為0，因此需要治理的TN和TP年總量分別為29.25 t和4.09 t。由此計算，通過十全湖的生態(tài)措施可分別削減下游總氮負荷的56.5%、總磷負荷的84.4%，在很大程度上減小下游的水體富營養(yǎng)化風險。

4 結(jié) 語

1)十全湖退漁還湖生態(tài)修復工程可以恢復十全湖的湖容，使其充分發(fā)揮海綿城市建設(shè)中海綿體接納和調(diào)蓄城市洪水的作用，同時水系連通工程中的生態(tài)修復模塊也可以凈化水質(zhì)，減小城市面源污染對水功能區(qū)的不利影響，發(fā)揮海綿體的凈化水質(zhì)作用。

2)十全湖水退漁還湖生態(tài)修復工程，可加快十全湖與外部水體的交換，促進十全湖水體自凈，提高十全湖的水資源承載能力；疏通生物交換通道，改善生境，對于保持生物多樣性、塑造良性生態(tài)平衡關(guān)系具有積極作用。提高湖泊抗干擾和自然修復能力，合理平衡自然功能與社會功能間關(guān)系，是保障水生態(tài)安全，改善十全湖水生態(tài)環(huán)境的需要[5]。

3)十全湖退漁還湖生態(tài)修復工程，改善周邊生態(tài)環(huán)境，使其充分發(fā)揮工程的經(jīng)濟、社會和環(huán)境效益。退漁還湖生態(tài)修復后的十全湖仙桃城郊地，將會成為仙桃又一個風景優(yōu)美的城市核心區(qū)。對促進項目區(qū)經(jīng)濟發(fā)展具有十分重要的意義，工程實施對促進地區(qū)經(jīng)濟持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展具有巨大作用，社會、經(jīng)濟效益顯著[6]。