洪澤湖生態(tài)系統(tǒng)健康狀況評價和保護

蔡永久，張 禎，唐榮桂，陳 業(yè)，黃 蔚，龔志軍

(1.中國科學院南京地理與湖泊研究所，江蘇 南京 210008； 2.江蘇省洪澤湖管理委員會，江蘇 淮安 223100;3.安徽師范大學生命科學學院，安徽 蕪湖 241000)

1 概 述

湖泊生態(tài)系統(tǒng)是生物與環(huán)境的綜合體，具有復雜的結(jié)構(gòu)和功能[1-3]。洪澤湖是中國五大淡水湖之一，是蘇北地區(qū)重要水源地，也是南水北調(diào)東線重要調(diào)蓄庫，具有飲用水源地、防洪、灌溉、航運、水產(chǎn)養(yǎng)殖、生態(tài)保護、文化旅游等多種功能[4-5]。長期以來，洪澤湖為促進地區(qū)經(jīng)濟社會的發(fā)展發(fā)揮了重要作用，但是受粗放式發(fā)展模式的影響，洪澤湖非法侵占水域、富營養(yǎng)化、水產(chǎn)養(yǎng)殖等生態(tài)環(huán)境問題較為嚴重，削弱了洪澤湖綜合功能的發(fā)揮，洪澤湖的健康遭受嚴重威脅[6-7]。為準確把握洪澤湖健康狀況，本研究從湖泊生態(tài)系統(tǒng)的自然屬性和社會服務(wù)功能兩方面考慮，通過對調(diào)查收集洪澤湖自然形態(tài)、水文水資源、水環(huán)境質(zhì)量、水生態(tài)等資料，評估洪澤湖健康狀態(tài)，診斷水生態(tài)系統(tǒng)面臨的主要問題和驅(qū)動因素，以期為洪澤湖生態(tài)環(huán)境的保護與修復提供科學支撐。

2 研究區(qū)概況

洪澤湖位于江蘇省西北部淮安、宿遷兩市境內(nèi)，為淮河流域最大湖泊，是我省第二大、全國第四大的淡水湖泊，地理位置在東經(jīng)118°10′～118°52′、北緯33°06′～33°40′之間[8]。平均水深1.9 m，最大水深4.5 m；湖泊最大長度約60 km，平均寬度約24.4 km?，F(xiàn)狀正常蓄水位13.00 m，南水北調(diào)東線一期工程實施后規(guī)劃蓄水位13.50 m，相應水面積1 793 km2、蓄水量37.3×108m3。全湖水域由成子湖灣、溧河湖灣、淮河湖灣等湖灣組成，其中西北部為成子湖灣、西部為溧河湖灣、西南部為淮河干流入湖口，東部為洪澤湖大堤。入湖河流主要在湖西側(cè)，主要有淮河、懷洪新河、新汴河、汴河、新(老)濉河和徐洪河等，淮河入湖水量占總?cè)牒康?0%以上。出湖主要河道有淮河入江水道、入海水道、淮沭新河和蘇北灌溉總渠(廢黃河)等，其中淮河入江水道為主要泄洪通道，約70%的洪水由三河閘下泄后，經(jīng)入江水道流入長江。

3 評價方法與數(shù)據(jù)獲取

3.1 指標體系和評價方法

參考水利行業(yè)標準《河湖健康評估技術(shù)導則(征求意見稿)》和“太湖健康評估指標體系”[9]，構(gòu)建洪澤湖健康評估指標體系。為遵循科學性、系統(tǒng)性、層次性、獨立性、指標定量性與可操作性等原則，指標構(gòu)建過程中需考慮洪澤湖的生態(tài)環(huán)境特征[10-11]、各評價指標數(shù)據(jù)和資料能及時獲取，并兼顧指標變化的敏感性，以及公眾在湖泊管理中的作用。通過綜合分析，提出涵蓋水文水資源、自然形態(tài)、水環(huán)境、水生態(tài)、社會服務(wù)功能5個方面共12項指標(表1)，對湖區(qū)的健康狀況先進行單項評估評估，并根據(jù)各指標權(quán)重系數(shù)，綜合評價洪澤湖的健康狀況。賦分結(jié)果對應0～100數(shù)值區(qū)間，把湖泊各指標健康狀況及綜合評價狀況分為“優(yōu)”、“良”、“中”、“差”和“劣”的5個等級(表2)。

表1 洪澤湖健康評價指標體系

表2 洪澤湖生態(tài)系統(tǒng)健康評價分級標準

3.2 數(shù)據(jù)獲取

水位數(shù)據(jù)采用蔣壩水文站日平均水位數(shù)據(jù)。湖泊自然形態(tài)以自由水面率指標表征，利用衛(wèi)星遙感圖片解譯獲取。水生態(tài)監(jiān)測綜合考慮洪澤湖的形狀、地形、地貌、湖泊養(yǎng)殖狀況以及入湖、出湖河流情況，設(shè)置了10個監(jiān)測點位(圖1)，基本覆蓋了洪澤湖的典型水域。水質(zhì)監(jiān)測項目主要包括總氮、總磷、高錳酸鹽指數(shù)、氨氮、化學需氧量、五日生化需氧量、葉綠素a、透明度等指標，監(jiān)測頻次為每月1次。水生態(tài)監(jiān)測的指標主要包括浮游植物、浮游動物、水生高等植物、底棲動物等內(nèi)容，監(jiān)測方法依據(jù)《湖泊水生態(tài)監(jiān)測規(guī)范》(DB32/T 3202—2017)。浮游植物、浮游動物、底棲動物監(jiān)測于2018年1月至2018年12月每月1次；水生高等植物監(jiān)測選擇夏季(2018年5月)和秋季(2018年9月)進行2次全湖調(diào)查。水功能區(qū)達標率參照《地表水資源質(zhì)量評價技術(shù)規(guī)程》(SL 395—2007)。公眾滿意度指公眾對湖泊水質(zhì)、水量、景觀、舒適性、美學價值等水文化建設(shè)以及湖長履職、管理情況等方面的滿意程度，通過發(fā)放公眾調(diào)查問卷方式進行評價。

圖1 洪澤湖水生生物監(jiān)測點位分布圖

4 評價結(jié)果和討論

4.1 洪澤湖生態(tài)環(huán)境現(xiàn)狀分析評價

4.1.1 水文水資源

2018年平均水位12.97 m，較歷年均值偏高0.15 m年最高水位13.81 m 3月15日)；年最低水位11.99 m 8月14日)(圖2)。日平均水位均高出最低生態(tài)水位(11.5 m)，生態(tài)用水滿足程度評價得分100分，評價結(jié)果為“優(yōu)”(圖3)。年內(nèi)水位最大變幅1.80 m，對比洪澤湖歷年月平均水位，2018年洪澤湖的湖泊水位變幅程度得分70.3分，評價結(jié)果為“良”。

圖2 洪澤湖2018年日平均水位與多年均值比較

圖3 洪澤湖健康狀況評價風玫瑰圖

4.1.2 自然形態(tài)

洪澤湖自然形態(tài)健康狀況較差，評價等級為“中”，接近“差”等級。目前洪澤湖自由水面面積為1 262.5 km2，自由水面率70%，自由水面率不高，湖泊生態(tài)空間開發(fā)強度較大。雖然洪澤湖一直在開展退漁還湖、退圩還湖工作，但是圍網(wǎng)養(yǎng)殖、圈圩面積仍然較大。圈圩養(yǎng)殖會侵占湖泊自由水面、降低湖泊水環(huán)境容量、增加湖泊污染物負荷，對水環(huán)境負面影響較大。

4.1.3 水環(huán)境質(zhì)量

洪澤湖水質(zhì)較差，健康等級為“中”。其中水質(zhì)類別狀況賦分最低(24.6分)，評估結(jié)果為“差”；營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)均值為55.6，評價等級為“中”(圖3)。本年度調(diào)查中，洪澤湖透明度在10～95 cm之間，平均值僅為32 cm，水體中總氮總磷質(zhì)量濃度偏高，總氮質(zhì)量濃度年均值達1.89 mg/L(Ⅳ～劣Ⅴ類)，而總磷質(zhì)量濃度年均值為0.10 mg/L(Ⅲ～Ⅴ類)(圖4)。各月份營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)基本穩(wěn)定，介于52.9～59.8，均屬于輕度富營養(yǎng)。從評估結(jié)果可知，TN、TP質(zhì)量濃度偏高是導致水質(zhì)狀況、營養(yǎng)狀態(tài)偏差的主要原因，雖然洪澤湖屬于過水型湖泊，換水頻率高，發(fā)生大面積藍藻水華的可能性不大，但水流速度緩慢的局部湖區(qū)，有利于藍藻生長聚集，加大了發(fā)生水華的風險[12]。

圖4 2018年洪澤湖總氮和總磷質(zhì)量濃度變化情況

4.1.4 水生態(tài)狀況

洪澤湖水生態(tài)健康評價等級為“良”。 其中浮游植物數(shù)量、浮游動物多樣性、大型水生植物覆蓋度、底棲動物生物學指數(shù)4個指標以大型水生植物覆蓋度得分最低(47分)，是導致水生態(tài)功能層降低的主要指標，其他3個指標評價結(jié)果為“良”(圖3)。

大型水生植物共記錄到16科28種，其中挺水植物9種，沉水植物11種，浮葉植物4種，漂浮植物4種。水生植物的優(yōu)勢種主要有莕菜、菱和穗花狐尾藻。以沉水植物占優(yōu)勢，沉水植物主要分布在成子湖灣內(nèi)，其次是順河灘附近水域。水生植被覆蓋面積總體不高，植被群落結(jié)構(gòu)較為簡單，部分湖區(qū)優(yōu)勢種類頻繁更替，系統(tǒng)穩(wěn)定性不高。空間分布上，植物主要分布在沿岸帶，尤其是北部和西部湖灣的沿岸帶，而東部岸帶大型水生植物分布較少，通常只有菱、馬來眼子菜和蓖齒眼子菜零星分布。在溧河洼水域，因圍網(wǎng)密度較高，大型水生植物的生長明顯受阻，這與長期集約式的圍網(wǎng)養(yǎng)殖和漁民收割非圍網(wǎng)區(qū)的大型水生植物有關(guān)[13]。

浮游植物共鏡檢到99種(屬)，綠藻門、硅藻門和藍藻門是出現(xiàn)種類數(shù)最多的門類。優(yōu)勢種主要是富營養(yǎng)化指示物種，如盤星藻、顆粒直鏈硅藻、裸藻和隱藻。浮游植物年均生物量為2.33 mg/L，最大值為26.18 mg/L。在空間分布上，浮游植物生物量呈現(xiàn)由北向南、由東向西逐漸遞減趨勢。生物量高值主要出現(xiàn)在主湖區(qū)和成子湖等水域，以及溧河洼水域和蔣壩水域，生物量范圍2.0～4.9 mg/L，夏秋季節(jié)藍藻細胞豐度所占比例較高?？傮w上生物量優(yōu)勢類群主要為綠藻和硅藻。

圖5 洪澤湖浮游植物年均密度和生物量空間格局

浮游動物共采集到81種，其中原生動物25種、輪蟲20種、枝角類15種和橈足類21種。優(yōu)勢種主要有輪蟲的曲腿龜甲輪蟲、針簇多肢輪蟲、萼花臂尾輪蟲和矩形龜甲輪蟲，枝角類的簡弧象鼻溞、老年低額溞和長額象鼻溞，橈足類的鋸緣真劍水蚤、湯匙華哲水蚤和中華哲水蚤。洪澤湖全湖浮游動物密度上原生動物占優(yōu)勢，而生物量上枝角類為絕對優(yōu)勢類群(109.3 μg/L)。年平均密度最高出現(xiàn)在成子湖北部水域，最低出現(xiàn)在老子山東部水域；年平均生物量高值出現(xiàn)在成河鄉(xiāng)東部水域，最低出現(xiàn)在蔣壩水域(圖6)。

圖6 洪澤湖浮游動物年均密度和生物量空間格局

底棲動物共采集到27種，其中節(jié)肢動物門9種，軟體動物門11種，環(huán)節(jié)動物門7種，優(yōu)勢種主要有河蜆、背蚓蟲、霍甫水絲蚓、寡鰓齒吻沙蠶、大螯蜚等。密度高值出現(xiàn)在成子湖高湖區(qū)域，而主湖區(qū)的高良澗閘出湖水域和成河鄉(xiāng)東部水域密度最低。雙殼類和多毛類密度總體上在各樣點占據(jù)優(yōu)勢，寡毛類也在部分樣點占據(jù)一定比重，甲殼類僅在少數(shù)點位占據(jù)優(yōu)勢(圖7)。生物量高值出現(xiàn)在老子山北部水域、成子湖和溧河洼，低值葉出現(xiàn)在主湖區(qū)高良澗閘出湖水域和成河鄉(xiāng)東部水域。生物量較高的點位均為雙殼類(主要是河蜆)和腹足類所主導，而低值的點位則被多毛類、雙殼類和甲殼類共同主導。

圖7 洪澤湖底棲動物年均密度和生物量空間格局

4.2 社會服務(wù)功能評價

洪澤湖共有2個水功能區(qū)，分別為洪澤湖調(diào)水保護區(qū)(淮安)和洪澤湖調(diào)水保護區(qū)(宿遷)，2個水功能區(qū)達標率分別為100%和91.7%，均值賦分95.8分，健康等級為“優(yōu)”。洪澤湖公眾滿意度調(diào)查得分為78分，公眾反映湖區(qū)的河湖環(huán)境、水質(zhì)水量、涉水景觀、舒適性、美學價值等有待進一步改善和提高。

4.3 健康狀況綜合評價

洪澤湖2018年健康狀況綜合得分69分，健康等級為“良”。自然屬性得分62.6，評價等級為“良”，其中各功能層得分：水文水資源91.1分，自然形態(tài)41.8分，水體質(zhì)量57.4分，水生態(tài)質(zhì)量61.4分。社會服務(wù)功能綜合得分為83.4分，其中水功能區(qū)達標率95.8分、公眾滿意度78分(圖3)。評價結(jié)果表明現(xiàn)階段洪澤湖健康狀態(tài)面臨的主要問題為：蓄水保護范圍內(nèi)水域開發(fā)利用強度大，湖泊自由水面率低，水生植物覆蓋度低；水質(zhì)類別較差，總氮、總磷質(zhì)量濃度偏高，水體處于輕度富營養(yǎng)狀態(tài)。

5 生態(tài)環(huán)境保護對策和建議

基于上述對洪澤湖生態(tài)系統(tǒng)健康狀況的評價和分析，為保障和改善洪澤湖的健康狀況，提出以下幾個方面保護措施和建議：

(1)加強入湖污染治理，防治湖泊富營養(yǎng)化

受到淮河污染物輸入以及洪澤湖周邊工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的影響，洪澤湖的營養(yǎng)程度已經(jīng)達到較高水平，通過目前的調(diào)查及對比分析，洪澤湖營養(yǎng)鹽濃度與藍藻頻頻爆發(fā)的太湖基本相當，其總磷濃度甚至超過了太湖，表明洪澤湖營養(yǎng)水平足夠形成藍藻水華，但夏季微囊藻密度遠較太湖低很多，這可能與洪澤湖夏季的高換水率有關(guān)，夏季洪澤湖入湖徑流量大，湖流流速較快及湖水混濁，這不利于微囊藻生長、增殖和聚集[14]。然而一旦出現(xiàn)上游來水減少，加之洪澤湖開始蓄水，水流變緩，湖水的滯留時間變長，根據(jù)相關(guān)研究表明湖水滯留時間超過3 d,果其他條件合適，就能形成水華。為了降低洪澤湖發(fā)生水華的風險，需控制湖泊營養(yǎng)鹽水平。長期來看，洪澤湖富營養(yǎng)化控制主要工作還是削減氮磷污染?？刂迫牒廴疚铮麥p外源負荷，可有效控制因水流速度緩慢而引發(fā)的局部湖區(qū)藍藻水華。外源污染物控制可根據(jù)其特征采取以下措施：

整治入湖河道，入湖河道水質(zhì)的好壞將直接影響到洪澤湖生態(tài)系統(tǒng)的健康狀況。針對湖區(qū)西部主要入河河流環(huán)境現(xiàn)狀，開展河道環(huán)境綜合整治工作，以河道疏浚、岸坡整治、生態(tài)修復等為主要整治措施[6]，提升入湖河流水環(huán)境的自我修復和凈化能力。

面源污染治理，洪澤湖周邊地區(qū)相對落后和粗放的經(jīng)濟模式已不再適應當前經(jīng)濟社會發(fā)展要求。相關(guān)部門加大對沿湖地方的產(chǎn)業(yè)扶持，鼓勵推進農(nóng)業(yè)綠色發(fā)展，發(fā)展生態(tài)農(nóng)業(yè)和有機農(nóng)業(yè)，有效遏制農(nóng)業(yè)面源污染和生態(tài)退化以減少地表徑流對洪澤湖的污染。鼓勵發(fā)展生態(tài)養(yǎng)殖業(yè)，構(gòu)建科學合理的畜牧業(yè)布局。

(2)加強底泥內(nèi)源和湖區(qū)生產(chǎn)生活污染治理

加強底泥內(nèi)源污染治理。洪澤湖是典型淺水湖泊，其底泥在強風浪擾動下必然發(fā)生再懸浮，沉積物再懸浮過程中也釋放大量營養(yǎng)鹽進入水體，其引起的內(nèi)源磷釋放濃度可達無擾動條件下沉積物磷釋放的20～30倍[15]。雖然現(xiàn)階段洪澤湖沉積物營養(yǎng)鹽含量總體低、換水周期快，但在成子湖等封湖灣，沉積物也有可能成為污染物的來源。建議開展洪澤湖底泥調(diào)查，進行污染底泥在不同沉積層的污染物釋放實驗用來模擬不同疏浚深度產(chǎn)生的污染物釋放，獲得最佳疏浚深度等關(guān)鍵參數(shù)。依據(jù)國內(nèi)外底泥污染物釋放與不同類型動力擾動的研究成果調(diào)研，結(jié)合洪澤湖底泥調(diào)查結(jié)果，繪制洪澤湖底泥清淤深度空間分布圖，參照太湖經(jīng)驗[16]，制定分區(qū)域、分步驟的底泥生態(tài)清淤方案。

湖區(qū)生活和船舶污染防治。洪澤湖湖區(qū)漁民眾多，其生活污水和船舶是另一重要污染源。建議對管理范圍內(nèi)餐飲船、住家船、旅游船、運輸船進行調(diào)查摸底，并制定綜合整治方案。研究制定漁民安置政策，分階段逐漸推進，對上岸的漁民應妥善解決安置、就業(yè)等問題，充分利用現(xiàn)行有關(guān)城鄉(xiāng)住房和社會保障相關(guān)政策，多渠道支持漁民上岸安居工程。嚴格船舶污染防治，在現(xiàn)有船舶上必須安裝油水分離設(shè)備、油污水收集存儲裝置，避免向湖中隨意傾倒。

(3)穩(wěn)步推進退圩還湖，開展水生態(tài)修復

洪澤湖自2012年開展清障行動，歷時3年經(jīng)過兩輪洪澤湖清障行動累計清除非法圈圩372處、面積0.527萬hm2，共恢復洪澤湖調(diào)蓄庫容1億m3。2016年，實施網(wǎng)格化管理以來，網(wǎng)格長加強巡查，基本實現(xiàn)了新增圈圩的及時發(fā)現(xiàn)和及時處置，洪澤湖非法圈圩達到“零增長”目標。2017年底，宿遷市水務(wù)局編制了《洪澤湖(泗陽縣)退圩還湖實施方案》，規(guī)劃清退圈圩總面積37.64 km2。近日編制完成并報批的《江蘇省洪澤湖退圩還湖規(guī)劃》，劃定了湖濱帶退圩還湖的面積和范圍。即便如此，目前洪澤湖自由水面率僅有70%左右，圍網(wǎng)和圈圩養(yǎng)殖面積仍然較大，因此需根據(jù)規(guī)劃穩(wěn)步推進退圩還湖工作。

對于退圩還湖騰讓出來的水面，應及時開展生態(tài)修復?？梢罁?jù)退圩還湖區(qū)的防洪、供水、生態(tài)與景觀等功能需求，結(jié)合湖盆湖岸地形地貌特征與功能類型分布格局，在系統(tǒng)分析水文、水質(zhì)、底質(zhì)以及生物特征等基礎(chǔ)上，集成生態(tài)護坡、基底改造、基質(zhì)改良、生態(tài)實島、濱岸生態(tài)廊道以及生態(tài)河口等技術(shù)，并兼顧湖流通暢、生物友好與景觀優(yōu)美等期望，開展洪澤湖退圩還湖區(qū)湖濱帶草型生態(tài)系統(tǒng)重構(gòu)。

(4)落實洪澤湖網(wǎng)格化管理，加強水環(huán)境與水生態(tài)監(jiān)測

2016年4月，省洪澤湖管理委員會第一次全體成員會議研究通過了《洪澤湖網(wǎng)格化管理實施意見》，將洪澤湖蓄水范圍線內(nèi)的區(qū)域劃分為455個網(wǎng)格，其中陸域三級網(wǎng)格125個、水域三級網(wǎng)格330個[17]。在今后工作中，需要進一步落實屬地管理，進一步明確相關(guān)部門職責，充分發(fā)揮好牽頭部門、相關(guān)部門作用。沿湖曲線應將任務(wù)分解好、責任落實好。推進和完善洪澤湖管理網(wǎng)格化管理，落實網(wǎng)格長，同河長制以及湖長制工作有效結(jié)合，實現(xiàn)洪澤湖生態(tài)環(huán)境保護精細化管理。

洪澤湖作為南水北調(diào)東線工程重要的調(diào)蓄庫，其健康狀況對于關(guān)系到南北北調(diào)的安全運行。因此需要持續(xù)對洪澤湖生態(tài)環(huán)境要去開展長期監(jiān)測，在監(jiān)測過程中，需要考慮以下方面：(1)完善監(jiān)測體系，可采用人工監(jiān)測、自動監(jiān)測、衛(wèi)星遙感、視頻監(jiān)控等監(jiān)測技術(shù)相結(jié)合的方式，特別是取水口等重要水域，獲取高頻監(jiān)測水質(zhì)動態(tài)變化數(shù)據(jù)，為準確預測水質(zhì)變化提供科學數(shù)據(jù)，從而采取合適應對措施；(2)加強水生態(tài)的監(jiān)測，藻類水華是江蘇省湖泊面臨的主要問題之一，盡管現(xiàn)階段洪澤湖并未大面積暴發(fā)藍藻水華，但其營養(yǎng)鹽濃度并不低，已具備相應條件，目前藻類生物量并不到可能得益于其較短的換水周期，但藻類群落結(jié)構(gòu)的監(jiān)測工作應持續(xù)開展，為預測水華的發(fā)生和預防措施的制定提供依據(jù)；(3)全覆蓋入湖河流監(jiān)測，外源輸入是洪澤湖污染物的主要來源，然而目前數(shù)據(jù)較為缺乏，無法估算污染物的入湖量及滯留量，因此有必要開展流域外源入湖污染物的監(jiān)測，為污染減排和氮磷削減方案制定提供科學依據(jù)。