洪湖水质问题核心及水质综合提升途径思考.pdf

收稿日期:修回日期:基金项目:长江生态环境保护修复联合研究项目(第二期)()作者简介:林 莉()女湖北咸宁人正高级工程师博士主要从事流域水环境保护与治理:.:./.():洪湖水质问题核心及水质综合提升途径思考林 莉 潘 雄(.长江科学院 流域水环境研究所武汉.长江科学院 流域水资源与生态环境科学湖北省重点实验室武汉)摘 要:作为长江中游重要的生态敏感区域和节点区洪湖多年来一直承接江汉平原的调蓄与灌溉功能剧烈的人类活动导致洪湖水体污染和生态系统退化加剧洪湖水质的提升现已成为实施长江保护修复攻坚战行动的重点通过系统剖析发现洪湖水质提升的关键问题在于入湖水质不达标、内源污染较重以及水生态受损严重 个方面要解决洪湖的水污染问题应坚持系统思维和流域视角做好洪湖外源控污截污、底泥清淤、湖区和湖滨带生态修复以及水资源科学调度利用等工作并推行包括洪湖及其支流流域河湖长制联防联控联治机制、生态补偿机制等在内的综合水质提升管理措施关键词:洪湖水质提升水生态环境系统治理管理措施四湖流域中图分类号:文献标志码:文章编号:()开放科学(资源服务)标识码():(.):.:.:第 卷 第 期长 江 科 学 院 院 报.年 月 .研究背景湖泊是人类活动与发展的热点区域但不断强化的人类活动往往也造成湖泊生态系统的“突变”是目前我国众多湖泊生物多样性下降、藻类暴发、水质恶化等生态环境问题产生的主要原因 长江中下游地区是我国淡水湖泊资源最为集中的区域其水生态环境问题也最为突出与普遍要根本解决这些水问题具有相当的复杂性、艰巨性和长期性已成为制约地区经济可持续发展和人民安居乐业的关键图 四湖流域水系.洪湖是长江中下游内陆淡水湖泊湿地与生物多样性的代表区域之一可承接上游多方来水对于调节长江、汉水水量平衡维系长江流域生态系统健康与区域生态安全具有重要地位和作用 这种特殊的水利、水文特征导致流域内农业面源、养殖尾水以及城镇生活污水等通过不同途径进入洪湖加剧了洪湖水体富营养化 历史上洪湖先后经历了 次大规模围垦水域面积下降江湖连通受阻以及长达 余年的围网养殖等加重了洪湖水体的污染和生态系统的退化作为长江中游重要的生态敏感区域和节点区洪湖水生态环境的保护与治理在长江大保护中具有重要作用是实施长江保护修复攻坚战行动的重点鉴于洪湖是全国闻名的鱼米之乡和旅游风景区 年被列入国际重要湿地名录 年晋升为国家级自然保护区流域人民群众也期盼洪湖重现一汪清水恢复美好的生态环境本文详细总结了洪湖水生态环境现状分析了新时代洪湖水质提升面临的关键问题探讨了未来洪湖水质提升方向为进一步修复长江生态环境、深入打好长江生态环境修复攻坚战提供借鉴 洪湖水污染现状.入湖水质状况洪湖是一个半封闭湖泊主要进出湖港渠有 条包括四湖总干渠(四湖东干渠、四湖西干渠)、螺山干渠、老内荆河、下内荆河、洪排河、蔡家河、下新河、子贝渊河其中四湖总干渠和螺山干渠是最主要的入湖河流并以四湖总干渠来水对洪湖水质影响最大 四湖流域水系如图 所示 虽然近些年四湖总干渠上游区域不断开展的污染治理工作取得一定成效但水体整体污染依然严重氮磷浓度仍然 长江科学院院报 年 偏高水质常年超标 根据湖北省生态环境厅公布的 年环境质量状况四湖总干渠水质类别为地表水环境质量标准类或更差 湖北洪湖国际重要湿地监测报告(年)同样指出洪湖主要入湖河流四湖总干渠与螺山干渠水体氮磷浓度较高其中总氮、总磷、氨氮质量浓度分别为.、.、./按地表水环境质量标准整体为 类或劣 类水体 四湖总干渠沿线覆盖约 万人传统种植业、水产养殖业以及流域内农村与城镇居民生活污水等均是造成四湖总干渠水质状况较差的重要原因.湖区水质状况洪湖湖区先后设立有 个国控水质监测点位与 个省控水质监测点位 近 来洪湖湖区水质总体呈现变差趋势 依据荆州市生态环境局公布的数据并参考 地表水环境质量标准()年洪湖湖区水质为类主要超标因子为总磷和化学需氧量重金属指标则一直稳定达标符合类水标准 其中 年湖区水质全年均值为类少数月份可为类但大部分月份水质仍为类 年湖区水质全年类均值为类 年湖区水质全年均值同样为类部分月份出现劣类 年因疫情原因周边工农业生产大幅减少洪湖水质短暂回升为类随后恶化在类和类间波动 年洪湖水体化学需氧量、氨氮和高锰酸盐指数明显下降但总磷浓度明显上升水质全年类 总体而言洪湖湖区水质近些年并未得到有效改善 尽管当前地方政府和民众在大力保护洪湖大量资金的投入虽然减缓了洪湖污染速度但并未根本扭转洪湖水 质 恶 化 的 大 趋 势 洪 湖 水 质 目 前 仍 未 达标.底泥污染状况对洪湖底泥的表层污染状况认识近几年开始逐渐深入 年长江科学院对洪湖底泥污染研究显示湖区总氮、总磷和有机质含量均较高其中总氮质量浓度均值./总磷质量浓度均值./有机质含量均值.总氮含量高于太湖、巢湖等长江中下游地区典型富营养化湖泊总磷略低于太湖与巢湖、鄱阳湖等含量水平相当 年长江流域生态环境监督管理局调查洪湖表层底泥总氮、总磷和有机质含量的平均值分别为./、./与.年 月长江科学院对洪湖底泥进行了一次加密监测结果显示洪湖 的表层底泥总氮质量浓度范围为./总磷质量浓度范围为./有机质含量范围为.氮、磷污染处于中度重度污染.水生态现状洪湖被誉为长江中游华中地区湿地物种的“基因库”流域地势低洼最低生态水位为.(吴淞高程)年及以后洪湖月平均水位低于最低生态水位仅出现 次分别为 年 月与 年 月在退垸还湖之前洪湖曾经拥有内垸面积.历史上洪湖大面积的围栏和网箱养鱼兴起渔民和沿湖农民“铁耙打草”对水生植物进行掠夺性开发使群落退化鱼类资源有小型化和单一化的趋势湖北洪湖国家级自然保护区总体规划(年)指出洪湖水生高等植物由建国初期的 种下降到 种水禽种类由 世纪 年代的 种减少到现在的 种两栖、爬行、兽类共 种浮游动物和底栖动物共计 种鱼类由 种减少到仅 种种群数量下降个体小型化 到 年冬季仅记录到鸟类 余种水生植物有 个物种消失 年以前洪湖沉水植被丰茂全湖植被覆盖率达到 以上 年、年和 年 次大洪水造成洪湖水生植物大量死亡 年洪湖沉水植物基本消失仅少部分湖区有零星分布对洪湖水生植物的调查研究结果显示洪湖现有种子库有沉水植物 种植物总丰度均 个/自然恢复潜力较低恢复其种群需要人工干预 年调查显示洪湖浮游植物与动物生物多样性指数 均指示为中度污染其中浮游植物检出 门 属 种浮游动物 种洪湖生物多样性进一步下降 水生植物大量消亡鱼类与贝、虾、蟹类多样性在汉江湖群中最低水生态系统受损是当前洪湖水生态环境面临的主要问题之一 洪湖水质提升关键问题分析当前长江保护修复攻坚战行动的推进对洪湖水生态环境的治理、尤其是水质提升工作提出了新的更高要求 在气候变化与长江经济带发展背景下洪湖的水问题已经演变为一个集水环境治理、水生态修复、水资源配置、水灾害防治等交织并存的复杂问题这也决定了洪湖水质提升必须坚持系统治理思维围绕洪湖水环境状况和流域生态特点抓住关键科学问题因地制宜精准治理 当前洪湖水质提升亟待解决入湖水质不达标、内源污染较重、水生态受损严重三大关键问题 第 期林 莉 等 洪湖水质问题核心及水质综合提升途径思考.入湖水质不达标近 来洪湖湖区水质监测结果整体呈变差趋势其中外源污染输入是洪湖水质不达标最主要的原因 根据湖北省政府批复的湖北省水功能区划洪湖湿地自然保护区、长湖保留区、四湖总干渠保留区的水质管理目标均为类随着经济社会发展和城市化的推进大量的工业废水、生活污染物以及农业面源污染物等超标排入洪湖主要入湖河流加之农业结构不够合理流域水产养殖的无序过度发展等诸多因素导致河湖水质整体下降局部水域污染严重 四湖流域污水排放量每年高达数千万吨特别是豉湖渠流域、西干渠流域、总干渠流域及螺山干渠流域污水排放较多导致水体受到严重污染而这些干渠都是洪湖的主要入湖水源 外源污染输入是洪湖水质不达标最主要的原因之一.内源污染较重参照加拿大安略省环境和能源部()发布的指南以及综合污染指数评价标准洪湖底泥氮、磷污染已处于中度重度污染水平 洪湖底泥总氮和总磷均存在明显的表层积累现象浓度随底泥深度的增加而降低洪湖是浅水型湖泊湖面宽广再加上近几年沉水植物大面积死亡消失洪湖湖面风浪扰动频繁故相较长江中下游其他大中型浅水湖泊洪湖底泥总氮、总磷释放速率同样处于中高水平这一点也可以从汛期和非汛期洪湖底泥总氮浓度变化侧面反映出来 同时洪湖底泥总氮、总磷释放速率、释放风险与水体中氮、磷浓度分布区域具有空间一致性显示内源污染是洪湖局部水质恶化的重要原因.水生态受损严重水生植物在湖泊生态系统中通常具有降低水体和底质营养盐浓度同时抑制浮游植物生长的作用在湖泊生态系统构建中扮演着不可或缺的角色 洪湖水生植物群落近年来发生了明显演替退化趋势明显 年洪湖沉水植物分别以菹草、穗状狐尾藻为优势种群主要分布于湖区东北和中南部 年沉水植物基本消失 沉水植被大量消失后其对底泥的固定作用随之减弱而死亡腐解的沉水植物也导致植物体内的氮磷重新释放进入水体加重洪湖内源污染释放洪湖已由历史通江湖泊转变为阻隔性湖泊数十年鱼类、浮游、底栖生物物种多样性下降趋势十分明显 当前洪湖洄游型鱼类基本消失湖泊定居型鱼类已成为优势物种 如不采取恢复措施洪湖生物多样性下降难以遏制将可能转变为以浮游植物占优势、水质浑浊的“藻型浊水态”鱼类索饵场进一步压缩阻碍长江十年禁渔成效破坏湖区鱼类群落的稳定性和生态系统功能的完整性 湖泊生态修复通常指恢复生态系统合理的结构、高效的功能和协调的关系以重建受损生态系统的功能以及相关的物理、化学和生物特性 要解决洪湖水质提升问题洪湖的水生态修复也将是重点之一 洪湖水质提升综合途径思考洪湖水生态环境治理与修复首先需开展好外源控污截污工作在此基础上做好内源污染治理和生态修复同时可开展水系连通、科学引水调度等相关研究并加强流域综合性管理.外源控污截污.点源污染治理洪湖流域已建大小污水处理厂 余座多数因资金和技术问题处理能力较低需强化各乡镇污水处理厂建设与运营做好污水收集管网建设 在农村污水处理工艺的选择上一切以能长效运行为前提制定农村生活污水处理设施运行管理制度和考核方案 针对洪湖农村污水处理设施没有专门技术人员管理的实际情况可考虑政府购买并委托第三方企业负责统一管理运营 对洪湖流域河道沿线排污口开展全面整治工作强化入河湖排污口监督管理建立完善的水质监测体系严格控制入河排污总量.种植业污染治理洪湖流域耕地面积占 以上由于化肥施用技术差肥料利用率低氮磷流失严重 需开展化肥农药减量增效行动优化生产布局推广普及测土配方施肥技术提高肥料利用率持续推广秸秆还田利用技术 鉴于洪湖农业面源污染主要通过四湖总干渠汇入可采用生态沟渠拦截技术对现有农灌沟渠进行生态改造消减污染物推广前置库技术将洪湖周边废弃鱼塘或低涝洼地改成稳定塘对农田排水、初期雨水等进行拦截和处理.畜禽养殖污染治理四湖流域规模化畜禽养殖场污染防治整改工作已启动多年但现有养殖场的粪污处理设施装备仍不配套、不完善 可考虑采用干式清粪、固液分离、雨污分流和节水等技术对散养密集区实行畜禽粪便污水分户收集、集中处理沼化利用 针对养殖主体和第三方投入积极性不高的问题从政府层面 长江科学院院报 年 推动畜禽养殖产业转型升级 调整优化畜禽养殖产业布局增强养殖户绿色发展意识和主体责任意识发展集中养殖、种植配套的生态循环农业产业体系.水产养殖污染治理洪湖流域水产养殖大都实行精养方式养鱼投肥、投饵较为常见 水产养殖污染问题的解决一方面需要规范湖泊养殖行为加强水产养殖集中区域监管对水体严重污染的养殖场进行清理整顿控制养殖规模、结构和方式控制河湖投饵量和投肥量另一方面则需要研究推广池塘绿色生态高产高效养殖模式使养殖尾水符合当地养殖尾水达标排放标准.底泥清淤底泥清淤是减少洪湖底泥氮、磷等污染物向水体释放最好的方法 洪湖淤积物以淤泥为主粒径较细适用绞吸式、耙吸式、链斗式等环保清淤方式开挖 但洪湖底泥污染重清淤量与清淤范围大以往没有大规模清淤实践经验为不破坏洪湖重要的生态保护价值清淤工作宜分区域、分阶段进行可优先选择入湖口和重污染区开展试点清淤后立即开展水生植物恢复工作 时间宜选择每年水位适宜、沉水植物凋亡的 月份实施 清理出的底泥有机质和营养盐含量较高重金属含量较低建议以就地处置和综合利用为原则满足附近种植土、湖滨带修复、滩涂和湿地构建、堤防加固等需求以资源化带动洪湖相关产业发展.水生态修复.清淤区水生植物恢复基于洪湖沉水植物的生境特征和影响因子等结合湖区底质和水体生境特征筛选先锋种确定最优定植方式通过不同种植方式、植物种类组合等研究形成沉水植物斑块镶嵌格局优化与稳定技术筛选持续稳定的沉水植物群落组合并基于洪湖沉水植物生境的关键限制因子放养适宜的底栖生物和土著鱼类构建物种多样和持续稳定的水生态系统.水生植物保护区水生植物恢复利用洪湖现有种子库充分利用冬春季窗口期降低洪湖水位结合适当管护促进洪湖水生植被尤其是沉水植被的恢复 综合考虑洪湖生态水位、保护湿地、农业用水等需求在每年 月份通过闸坝和泵站调控将洪湖水位控制在.此时水体透明度较高可促进沉水植被自然恢复实现植被盖度的扩大和群落稳定.鱼类多样性恢复选择合适的时间和闸口加强洪湖与长江干流的水系连通在为长江洄游、半洄游型鱼类进入洪湖创造更好条件的同时促进洪湖与长江之间的生物及物质交流从而增加洪湖生物多样性强化湖区鱼类群落的稳定性和生态系统功能的完整性 针对洪湖当前具体的鱼类群落结构特征向湖区投放江湖洄游型鱼类调整鱼类群落结构增加物种多样性洪湖整体水环境质量的提升改善也将为鱼类群落的生长繁殖创造良好的生物栖息地.湖滨带生态构建四湖总干渠、螺山干渠、螺山电排河等河流或渠道污染物的输入是洪湖主要的入湖污染源 建议建设生态化入湖口湖滨带湿地提高入湖口湖滨带的生态性实施入湖口湿地构建等措施以入湖口为依托结合耐污型的湿生、水生植物恢复构建前置库表面流湿地的强化型湿地系统削减入湖污染负荷和提升洪湖水质.水资源管理与保护改善洪湖水质、促进生态修复还可从水系连通和科学引水调度等方面开展相关工作 通过加强四湖流域水系与长江干流、沮漳河、东荆河等水系的连通借助流域外部水资源的合理优化调度达到改善水环境的目的 比如四湖总干渠来水水质较差可探索从监利或何王庙引江水入洪湖的可行性有利于持续改善洪湖水质 结合洪湖与周边水系水动力、水质迁移转化、水生植物演替等规律考虑不同的引水流量、引水水质、引水时段比选不同引水调度方案对洪湖水生态环境的改善效果.流域水质提升综合管理措施洪湖水质保护是一个系统过程需强调“多水共治”统筹考虑水资源保护、水污染治理、水生态修复等从系统性的角度出发实现标本兼治有效推进洪湖水质提升 同时治理洪湖也不能“就洪湖论洪湖”不能仅关注洪湖本身需要坚持流域视角将洪湖治理纳入整个四湖流域综合治理中加强流域治理顶层设计 建立洪湖及其支流流域河湖长制联防联控联治机制开展联合规划、联合监测监控、联合巡查监管等行动探索洪湖治理和保护激励机制、生态补偿机制统筹推进洪湖、出入湖河道和周边陆域的综合治理和管理保护工作 共同加强信息互通和推进信息化建设促进流域内各地方各部门统筹考虑洪湖环境承载能力及污染防治措施提升洪湖流域管理保护水平 第 期林 莉 等 洪湖水质问题核心及水质综合提升途径思考 结 语()通过系统剖析发现影响洪湖水质提升的 个关键问题包括入湖水质不达标、内源污染较重以及水生态受损严重()针对洪湖水质提升的关键问题建议做好外源控污截污工作在控制外源的基础上开展洪湖底泥清淤与后期效果维护实践通过水系连通、科学引水调度等加强入湖污染控制结合洪湖水质、底质及水位波动等分别开展洪湖局部清淤、水生植物保护区及湖滨带的生态修复()洪湖水质保护需强调系统治理和坚持流域视角 统筹考虑水资源保护、水污染治理、水生态修复等从系统性的角度出发实现标本兼治 同时将洪湖治理纳入整个四湖流域综合治理中加强流域治理顶层设计提升流域管理保护水平参考文献:董一凡 郑文秀 张晨雪 等.中国湖泊生态系统突变时空差异.湖泊科学 ():.秦伯强.长江中下游浅水湖泊富营养化发生机制与控制途径初探.湖泊科学 ():.朱广伟 秦伯强 许海 等.三十年来长江中下游湖泊富营养化状况变迁及其影响因素.湖泊科学():.厉恩华 杨超 蔡晓斌 等.洪湖湿地植物多样性与保护对策.长江流域资源与环境 ():.():.张莹莹 蔡晓斌 杨 超 等.年洪湖湿地自然保护区景观格局演变及驱动力分析.湖泊科学():.秦 茜 王继全 易程程 等.新形势下洪湖水生态环境现状及修复对策研究.长江技术经济():.周汉娥 陈晓飞 何鑫 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大湾区水生态环境经过“五清”和“清四乱”专项行动、“让广东河更美大行动”之后广东河湖治理进入“广东万里碧道”的建设期水生态环境已有明显好转但对标国际一流湾区、距离粤港澳大湾区发展纲要中提出的“资源节约集约利用水平显著提高生态环境得到有效保护宜居宜业宜游的国际一流湾区全面建成”的目标仍有较大差距本文以“节水优先、空间均衡、系统治理、两手发力”十六字治水思路为指引从节水、水资源配置、防洪和流域治理等方面学习国际一流湾区水安全保障成功经验和水治理策略探讨粤港澳大湾区在迎接经济社会全方位高质量发展中面临水资源瓶颈、极端天气和生态环境保护问题上提出推动粤港澳大湾区水管理顶层设计强调湾区协同与治理强化湾区水资源配置网的形成推进农田和家庭节水新产品和新技术的研究和应用推动输水管道提升、推进洪水保险制度以及水生态环境系统治理等建议为大湾区水利高质量发展提供参考参考文献:黄锋华 黄本胜 洪昌红 等.粤港澳大湾区水资源空间均衡性分析.水资源保护 ():.陈文龙何颖清.粤港澳大湾区城市洪涝灾害成因及防御策略.城市防洪():.顾朝林 辛章平.国外城市群水资源开发模式及其对我国的启示.城市问题():.李骏飞 杨磊三 孟凡松.粤港澳大湾区面临的水问题探析.中国给水排水 ():.高 真黄本胜邱 静等.粤港澳大湾区水安全保障存在的问题及对策研究.中国水利():.赵钟楠 陈军 冯景泽 等.关于粤港澳大湾区水安全保障若干问题的思考 .人民珠江():.吉红香 邱静 黄本胜 等.珠江三角洲城市用水量特征研究.广东水利水电():.刘佐菁 陈杰 余赵 等.创新型经济体系建设的湾区经验与启示.中国科技论坛():.田 琦.美国水法规发展阶段简述.海河水利():.车 越吴阿娜杨凯.纽约对城市饮用水源保护的实践及其借鉴.中国给水排水 ():.郭晶晶.中外用水管理制度对比.标准生活():.刘安国李惟依马睿娟.纽约水资源管理中的区域协调对北京市的借鉴意义.北京社会科学():./.:./.王冀曼.水网城市滨水空间更新设计研究初探.重庆:重庆大学.马建明许静朱云枫等.国外洪水风险图编制综述.中国水利():.姚 朋.纽约滨水工业地带更新中的开放空间实践与启示:以哈德逊河公园为例 .中国园林():.刘 畅林绅辉焦学尧等.粤港澳大湾区水环境状况分析及治理对策初探.北京大学学报(自然科学版)():.朱 伟 杨 平 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