淮安市白马湖退圩（围）还湖对水质影响浅析

杨万红 周 霞 车金铃

（江苏省水利勘测设计研究院有限公司，江苏扬州 225009）

湖泊作为一种重要的自然资源，具有调蓄洪涝、供水、航运、养殖、旅游，以及维护水生态环境和净化水质等多种功能，在促进区域经济社会发展和维护区域生态平衡中发挥着重要作用。白马湖是江苏省十大湖泊之一，围垦、圈圩和围网养殖等开发利用面积占湖区水面的92%，由于过度开发利用，使得湖泊水面明显减小，水质呈逐年下降趋势。白马湖的过度开发对水质的影响体现在两个方面：一是由于过度圈圩（围）使湖区水面减小，水体自净能力下降；二是由于湖泊养殖面积、密度偏大，渔业生产污染加重了湖区水体污染，加之工业、农业、生活排污量增加，入湖污染负荷远远超过了湖泊水体的自净能力，使得水体富营养化趋势明显，有机污染加重，底泥污染，导致湖区水质和水生态环境下降，水质标准常为Ⅲ～Ⅴ类，偶为劣Ⅴ类。白马湖为南水北调过境湖泊，也是区域主要水源地，根据《江苏省地表水（环境）功能区划》，水质保护目标为Ⅲ类标准。为了实现白马湖水质保护目标，必须进行科学规划，有计划推进退圩（围）还湖，恢复和扩大蓄水面积，治理湖内污染源，压缩养殖面积，调整养殖方式，加强入湖污染防治，加强湖区生态保护。

1 基本情况

白马湖地处淮河流域下游，为河迹洼地型湖泊，分属淮安市金湖县、洪泽县、楚州区和扬州市宝应县。白马湖地区属北亚热带湿润季风气候区，降水量年内分配不均匀，暴雨主要集中在汛期6～9月。白马湖是区域洪涝的调蓄湖泊，该区域位于洪泽湖大堤以东、苏北灌溉总渠以南、里运河以西、白马湖隔堤和洪金北干渠以北，汇水面积为994 km2，主要出入湖河道有草泽河、浔河、花河、新河、运西河等。受围湖造田、圈圩养殖等人为活动影响，白马湖水面面积由建国初期的150 km2减少到现在的113.39 km2。白马湖地区的地势总体呈西高东低，高程在10.5～6.5 m，白马湖为中间洼地区，湖底高程在5.0～5.5 m。白马湖设计死水位5.7 m，正常蓄水位6.5 m，汛限水位6.8 m，排涝设计水位7.5 m，防洪设计水位8.0 m。白马湖具有调蓄区域洪涝、供水、养殖、航运、生态旅游等多种功能，在区域经济社会发展和生态环境方面有着重要作用。

2 圈圩、围网养殖现状

白马湖湖区总面积为113.39 km2，根据调查、统计，圈圩养殖面积为65.93 km2，围网养殖面积为37.92 km2，圈圩、围网面积占湖区总面积的92%。白马湖圈圩（围）情况见表1。

3 水质现状

白马湖有5 个水质监测站点，分别是张大门站、白马湖区（中）站、东堆站、郑家大庄站、唐圩站，白马湖区（中）站每个月监测一次，其它站一个季度监测一次。根据白马湖区（中）站监测资料，2005～2009年60个月的监测成果中，达标的仅有19个月，占31.7%；不达标的有41 个月，占68.3%；水质多为Ⅲ～Ⅴ类，水质主要超标项目为总磷、总氮，水质总体呈富营养化趋势。白马湖水体污染的污染源有外源污染和内源污染，外源污染源包括农业、工业、生活污水，内源污染主要是湖内渔业生产投放的多余饲料和鱼蟹排泄物。

表1 白马湖湖区圈圩（围）情况调查统计表

4 淮安市退圩（围）还湖近期方案、湖底清淤、渔业养殖规划

根据淮安市白马湖退圩（围）还湖近期方案、渔业养殖规划，淮安市将清退淮安境内大部分圈圩，保留基本农田和集中居民区。现状圈圩面积为52.48 km2，近期退圩面积为40.66 km2；现状围网养殖面积为31.4 km2，本次全部清退后，重新规划生态养殖面积为22 km2。宝应县境内维持现状。

根据白马湖湖区7 个不同位置的底泥污染检测分析成果，0～10 cm、10～20 cm、20～40 cm、40～60 cm 不同深度的总氮（TN）、总磷（TP）、有机质（OM）、主要重金属含量均较高，在一定环境条件下可能再次悬浮释放，成为影响水环境质量的内源因素。根据检测分析成果，白马湖底泥中总氮、总磷、有机质含量随垂向深度呈递减趋势，且递减明显。从垂向分布规律来看，表层0～10 cm 有机质、总氮、总磷、主要重金属含量最高，其中总磷和总氮含量是底层含量的3～4 倍，有机质含量接近2 倍。白马湖底泥0～40 cm 范围内铜、锌、铅、镉含量均超标；40～60 cm 范围内铜、锌、铅含量均符合Ⅰ级标准，镉含量4、5、7#采样点略超标，1、2、6#符合Ⅰ级标准。根据《土壤环境质量标准》和采样分析成果，1、2、6#采样点附近污染深度为40 cm 左右，3、4、5、7#采样点附近污染深度为60 cm 左右。白马湖底泥中有机质、总磷、总氮含量垂直分布情况详见表2。

表2 白马湖底泥监测点采样成果分析平均值

根据《土壤环境质量标准》和底泥采样分析成果，底泥污染深度约为40～60 cm，规划清淤厚度为0.6 m，清淤总面积为24.53 km2，清淤总土方约1472 万m3。

5 规划对水质影响分析

湖泊富营养化成为水质污染的重大问题以后，世界各国纷纷开展了大规模的湖泊富营养化调查、研究，建立了一系列的富营养化经验模型，模型可分为两种：一种是以磷元素为代表的单一营养物质负荷模型；另一种是藻类生物量与营养物质负荷量之间的相关模型。在正常情况下，淡水环境中存在的碳、氮、磷元素的化学计量比例为106C ∶16N ∶1P，氮、磷元素的存量较少，按照利毕格（J.Liebig）的最小量定律，可以认为浮游生物生长、繁殖的制约因素是氮与磷，即：氮、磷是富营养化形成的限制物质。根据白马湖实际情况及现有资料，本次采用湖泊磷负荷及氮负荷模型，分别计算退圩（围）还湖实施前后的水质状况，评价退圩（围）还湖对水质的影响。根据《地表水环境质量标准》（GB3838-2002），对高锰酸盐指数、总氮、氨氮、总磷含量及水质标准进行判断。

5.1 湖泊磷负荷模拟

5.1.1 湖泊磷负荷模型

磷是绝大多数湖泊富营养化形成的最关键性的限制物质，湖泊磷负荷常用的模型有弗莱威特磷模型、迪朗磷模型等，本次采用弗莱威特磷模型进行分析。弗莱威特（Vollenweider）磷模型是研究湖泊富养营化过程的第一个模型，是由加拿大著名的湖泊专家Vollenweider 于1968-1975年提出的。该模型假定湖泊是完全混合的，且富营养化状态只与湖泊的营养物负荷有关，在此条件下得到一个关于磷量收支的长期平衡方程：

式中：

Wptt—年入湖磷总量，g/a；

K3P—磷的沉降速率系数，a-1；

Q—出湖流量，m3/a；

V—湖水容积，m3；

P—湖水磷的平均浓度，mg/L；

t—时间，a。

其解为：

式中：

Pt—湖泊经过t 时间后水中磷浓度，mg/L；

P0—湖泊起始的磷浓度，mg/L；

ρω—冲刷系数，ρω=T—入湖水在湖中滞留的时间，a）。

其他符号意义同前。

式中：

PI—入湖水量的磷浓度，mg/L。

5.1.2 白马湖磷负荷模型率定

白马湖磷负荷模型主要采用弗莱威特模型，时段长取1 个月。入湖磷的来源主要考虑：①渔业，由鱼饵及鱼的排泄物带入湖泊；②生活污水，由入河排放口排入河流后进入湖泊；③农业排水，暴雨时随径流、泥沙注入河流、湖泊。

围网养鱼投放的饵料中有25%～35%起到增加鱼类体重的作用，而鱼所摄食的饵料中有20%～30%以粪便形式进入水体；投喂的饵料有65%～75%残留于养殖水域环境中，由此根据围网养鱼面积计算得到渔业生产带入湖区的磷负荷。现状白马湖围网养鱼面积为0.8 万hm2，一年投放饵料约200 t。

暴雨径流污染负荷中的月入湖水量根据降雨资料采用降雨径流关系计算，暴雨径流磷污染负荷量在模型率定时确定，由于非点源磷污染负荷量没有系统资料，故也在模型率定时确定。

模型率定根据2005～2009年各个月的降雨资料及实测的白马湖水质资料采用基钦尔—迪朗（Kitchner-Dillon）建立的经验公式计算RL，然后计算得出K3P，代入模型进行计算、验证。

白马湖正常蓄水位6.5 m，现状相应库容为13184 万m3。模拟与实测磷浓度相对误差为10%，相对误差为小于等于10%的测次有41 次，占68.3%。对于水质模拟来讲，可以认为磷负荷模型率定可用。现状白马湖磷浓度模拟计算结果见图1。

5.1.3 退围（圩）还湖规划的磷模拟

根据建立的白马湖水质模型，采用2005～2009年实测资料，对退围（圩）还湖方案的水环境效应进行分析计算。白马湖现状圈圩（围）养殖面积为103.85 km2，近期规划减少50.1 km2。退圩（围）还湖后正常蓄水位6.5 m 时，白马湖相应库容为15655 万m3，模拟计算得到退围（圩）还湖后磷浓度变化过程，见图2。

根据模拟分析成果，白马湖退围前平均磷浓度为0.0475 mg/L，退围后平均磷浓度为0.034 mg/L，下降了28%。按照《地表水环境质量标准》，白马湖退围前磷浓度属Ⅴ类的1 次，属Ⅳ类的17 次，Ⅲ类及其优于Ⅲ类的42次，达标率70%；退围后磷浓度属Ⅴ类的0 次，属Ⅳ类的7 次，Ⅲ类及优于Ⅲ类的53 次，达标率88.3%。模拟计算结果表明，白马湖退围（圩）还湖后磷浓度明显降低，水质得到改善。

5.1.4 清淤后的磷模拟

白马湖规划清淤总面积24.53 km2，清淤厚度0.6 m，根据建立的白马湖水质模型，仍采用2005～2009年实测资料，对于清淤后湖泊磷浓度进行模拟分析计算。根据底泥清淤对湖泊磷浓度影响的模拟分析，底泥释放的磷相应减小，清淤后整个湖区底泥的平均磷含量降低。根据模拟计算成果，白马湖清淤后平均磷浓度为0.03 mg/L，在退围的基础上再下降12%，对水质的改善较明显；清淤后磷浓度属Ⅴ类的0 次，属Ⅳ类的仅6 次，Ⅲ类以上54 次，达标率90%。模拟计算结果表明，退围并且清淤后磷浓度明显降低，有利于改善白马湖水质，提高水质达标率。

5.2 湖泊氮负荷模拟

根据实测资料进行氮模型率定，根据率定后的氮模型，采用2005～2009年实测资料，对退围（圩）还湖方案的氮负荷效应进行分析计算。退围（圩）还湖氮浓度平均下降3%，有利于改善湖区水质，结果见图3。

综上，从湖泊磷负荷模型及湖泊氮负荷模型分析，可见按近期退圩（围）还湖方案实施后，白马湖湖水磷浓度不会出现Ⅴ类，Ⅳ类由17 次下降为6次，Ⅲ类由42 次增加到54 次，水质达标率达90%，湖水氮浓度平均下降3%。白马湖退圩（围）还湖对改善湖区水质，提高水质达标率效果显著。

图1 白马湖现状磷浓度模拟计算结果

图2 白马湖退圩（围）还湖磷浓度模拟计算结果

图3 白马湖退圩（围）还湖氮浓度模拟计算结果

6 结语

江苏省是湖泊大省，受上世纪围垦造田、圈圩和围网养殖影响，大部分湖泊面积明显减小，湖泊功能明显衰减，湖区水质和水生态环境下降。根据有关法规、规划要求，结合白马湖圈圩、围网和水质现状，通过淮安市退圩（围）还湖、底泥清淤、渔业养殖规划，入湖污染源治理、控制，能明显改善湖区水质，远期结合宝应县退圩（围）还湖及湖区水生态综合治理，能基本实现水质保护目标。

［1］全为民，严力蛟，沈新强.磷模型在千岛湖水体污染预测中的应用［J］.生物数学学报，2004（1）.

［2］杨文龙，杨常亮.滇池水环境容量模型研究及容量计算结果［J］.云南环境科学，2002（3）.