淮安市白馬湖退圩（圍）還湖對水質影響淺析

楊萬紅 周 霞 車金鈴

（江蘇省水利勘測設計研究院有限公司，江蘇揚州 225009）

湖泊作為一種重要的自然資源，具有調蓄洪澇、供水、航運、養殖、旅游，以及維護水生態環境和凈化水質等多種功能，在促進區域經濟社會發展和維護區域生態平衡中發揮著重要作用。白馬湖是江蘇省十大湖泊之一，圍墾、圈圩和圍網養殖等開發利用面積占湖區水面的92%，由于過度開發利用，使得湖泊水面明顯減小，水質呈逐年下降趨勢。白馬湖的過度開發對水質的影響體現在兩個方面：一是由于過度圈圩（圍）使湖區水面減小，水體自凈能力下降；二是由于湖泊養殖面積、密度偏大，漁業生產污染加重了湖區水體污染，加之工業、農業、生活排污量增加，入湖污染負荷遠遠超過了湖泊水體的自凈能力，使得水體富營養化趨勢明顯，有機污染加重，底泥污染，導致湖區水質和水生態環境下降，水質標準常為Ⅲ～Ⅴ類，偶為劣Ⅴ類。白馬湖為南水北調過境湖泊，也是區域主要水源地，根據《江蘇省地表水（環境）功能區劃》，水質保護目標為Ⅲ類標準。為了實現白馬湖水質保護目標，必須進行科學規劃，有計劃推進退圩（圍）還湖，恢復和擴大蓄水面積，治理湖內污染源，壓縮養殖面積，調整養殖方式，加強入湖污染防治，加強湖區生態保護。

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、楚州區和揚州市寶應縣。白馬湖地區屬北亞熱帶濕潤季風氣候區，降水量年內分配不均勻，暴雨主要集中在汛期6～9月。白馬湖是區域洪澇的調蓄湖泊，該區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減少到現在的113.39 km2。白馬湖地區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，湖底高程在5.0～5.5 m。白馬湖設計死水位5.7 m，正常蓄水位6.5 m，汛限水位6.8 m，排澇設計水位7.5 m，防洪設計水位8.0 m。白馬湖具有調蓄區域洪澇、供水、養殖、航運、生態旅游等多種功能，在區域經濟社會發展和生態環境方面有著重要作用。

2 圈圩、圍網養殖現狀

白馬湖湖區總面積為113.39 km2，根據調查、統計，圈圩養殖面積為65.93 km2，圍網養殖面積為37.92 km2，圈圩、圍網面積占湖區總面積的92%。白馬湖圈圩（圍）情況見表1。

3 水質現狀

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

表1 白馬湖湖區圈圩（圍）情況調查統計表

4 淮安市退圩（圍）還湖近期方案、湖底清淤、漁業養殖規劃

根據淮安市白馬湖退圩（圍）還湖近期方案、漁業養殖規劃，淮安市將清退淮安境內大部分圈圩，保留基本農田和集中居民區?，F狀圈圩面積為52.48 km2，近期退圩面積為40.66 km2；現狀圍網養殖面積為31.4 km2，本次全部清退后，重新規劃生態養殖面積為22 km2。寶應縣境內維持現狀。

根據白馬湖湖區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）、有機質（OM）、主要重金屬含量均較高，在一定環境條件下可能再次懸浮釋放，成為影響水環境質量的內源因素。根據檢測分析成果，白馬湖底泥中總氮、總磷、有機質含量隨垂向深度呈遞減趨勢，且遞減明顯。從垂向分布規律來看，表層0～10 cm 有機質、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，有機質含量接近2 倍。白馬湖底泥0～40 cm 范圍內銅、鋅、鉛、鎘含量均超標；40～60 cm 范圍內銅、鋅、鉛含量均符合Ⅰ級標準，鎘含量4、5、7#采樣點略超標，1、2、6#符合Ⅰ級標準。根據《土壤環境質量標準》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。白馬湖底泥中有機質、總磷、總氮含量垂直分布情況詳見表2。

表2 白馬湖底泥監測點采樣成果分析平均值

根據《土壤環境質量標準》和底泥采樣分析成果，底泥污染深度約為40～60 cm，規劃清淤厚度為0.6 m，清淤總面積為24.53 km2，清淤總土方約1472 萬m3。

5 規劃對水質影響分析

湖泊富營養化成為水質污染的重大問題以后，世界各國紛紛開展了大規模的湖泊富營養化調查、研究，建立了一系列的富營養化經驗模型，模型可分為兩種：一種是以磷元素為代表的單一營養物質負荷模型；另一種是藻類生物量與營養物質負荷量之間的相關模型。在正常情況下，淡水環境中存在的碳、氮、磷元素的化學計量比例為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、磷是富營養化形成的限制物質。根據白馬湖實際情況及現有資料，本次采用湖泊磷負荷及氮負荷模型，分別計算退圩（圍）還湖實施前后的水質狀況，評價退圩（圍）還湖對水質的影響。根據《地表水環境質量標準》（GB3838-2002），對高錳酸鹽指數、總氮、氨氮、總磷含量及水質標準進行判斷。

5.1 湖泊磷負荷模擬

5.1.1 湖泊磷負荷模型

磷是絕大多數湖泊富營養化形成的最關鍵性的限制物質，湖泊磷負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行分析。弗萊威特（Vollenweider）磷模型是研究湖泊富養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，且富營養化狀態只與湖泊的營養物負荷有關，在此條件下得到一個關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，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，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 白馬湖磷負荷模型率定

白馬湖磷負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，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入湖泊；③農業排水，暴雨時隨徑流、泥沙注入河流、湖泊。

圍網養魚投放的餌料中有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%以糞便形式進入水體；投喂的餌料有65%～75%殘留于養殖水域環境中，由此根據圍網養魚面積計算得到漁業生產帶入湖區的磷負荷?，F狀白馬湖圍網養魚面積為0.8 萬hm2，一年投放餌料約200 t。

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

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

白馬湖正常蓄水位6.5 m，現狀相應庫容為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%。對于水質模擬來講，可以認為磷負荷模型率定可用?，F狀白馬湖磷濃度模擬計算結果見圖1。

5.1.3 退圍（圩）還湖規劃的磷模擬

根據建立的白馬湖水質模型，采用2005～2009年實測資料，對退圍（圩）還湖方案的水環境效應進行分析計算。白馬湖現狀圈圩（圍）養殖面積為103.85 km2，近期規劃減少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《地表水環境質量標準》，白馬湖退圍前磷濃度屬Ⅴ類的1 次，屬Ⅳ類的17 次，Ⅲ類及其優于Ⅲ類的42次，達標率70%；退圍后磷濃度屬Ⅴ類的0 次，屬Ⅳ類的7 次，Ⅲ類及優于Ⅲ類的53 次，達標率88.3%。模擬計算結果表明，白馬湖退圍（圩）還湖后磷濃度明顯降低，水質得到改善。

5.1.4 清淤后的磷模擬

白馬湖規劃清淤總面積24.53 km2，清淤厚度0.6 m，根據建立的白馬湖水質模型，仍采用2005～2009年實測資料，對于清淤后湖泊磷濃度進行模擬分析計算。根據底泥清淤對湖泊磷濃度影響的模擬分析，底泥釋放的磷相應減小，清淤后整個湖區底泥的平均磷含量降低。根據模擬計算成果，白馬湖清淤后平均磷濃度為0.03 mg/L，在退圍的基礎上再下降12%，對水質的改善較明顯；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，達標率90%。模擬計算結果表明，退圍并且清淤后磷濃度明顯降低，有利于改善白馬湖水質，提高水質達標率。

5.2 湖泊氮負荷模擬

根據實測資料進行氮模型率定，根據率定后的氮模型，采用2005～2009年實測資料，對退圍（圩）還湖方案的氮負荷效應進行分析計算。退圍（圩）還湖氮濃度平均下降3%，有利于改善湖區水質，結果見圖3。

綜上，從湖泊磷負荷模型及湖泊氮負荷模型分析，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Ⅴ類，Ⅳ類由17 次下降為6次，Ⅲ類由42 次增加到54 次，水質達標率達90%，湖水氮濃度平均下降3%。白馬湖退圩（圍）還湖對改善湖區水質，提高水質達標率效果顯著。

圖1 白馬湖現狀磷濃度模擬計算結果

圖2 白馬湖退圩（圍）還湖磷濃度模擬計算結果

圖3 白馬湖退圩（圍）還湖氮濃度模擬計算結果

6 結語

江蘇省是湖泊大省，受上世紀圍墾造田、圈圩和圍網養殖影響，大部分湖泊面積明顯減小，湖泊功能明顯衰減，湖區水質和水生態環境下降。根據有關法規、規劃要求，結合白馬湖圈圩、圍網和水質現狀，通過淮安市退圩（圍）還湖、底泥清淤、漁業養殖規劃，入湖污染源治理、控制，能明顯改善湖區水質，遠期結合寶應縣退圩（圍）還湖及湖區水生態綜合治理，能基本實現水質保護目標。

［1］全為民，嚴力蛟，沈新強.磷模型在千島湖水體污染預測中的應用［J］.生物數學學報，2004（1）.

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