南四湖水生态环境综合整治提升探讨

2022-11-01张皓，闫祯，张哲

环境科技 2022年5期

张皓，闫祯，张哲

（1.江苏省徐州环境监测中心，江苏徐州 210018；2.天津市滨海新区环境创新研究院，天津 300450；3．盐城工学院，江苏盐城 224002）

0 引言

南四湖（即南阳湖、独山湖、昭阳湖和微山湖4个相连湖泊的总称）位于山东省西南部华北平原与黄淮平原交接地带，属于淮河流域泗河水系，全湖面积为1 266 km2，南北长126 km，东西宽5 ～25 km，平均水深1.5 m，最大蓄水量53.6 亿m3，是我国华北地区面积最大的综合利用水库型湖泊。湖泊的东、西、北三面承接苏、鲁、豫、皖4 省38 个县的来水，入湖大、小河流共计53 条，流域面积31 700 km2，作为南水北调东线工程的主要输水干线和调蓄水库，承担着南水北调、蓄水防洪、水产、航运以及鲁苏2 省16 个县市区提供工农业用水等多种用途，其水质优劣直接关系到流域多地区经济的可持续发展，故具有重要的战略地位[1]。一直以来，由于南四湖流域徐州段位于南四湖最南侧，类似盲肠段，水力循环不畅，故自净能力较弱，水质环境本底差，在农业面源、工业源、传播污染、矿山废水、生活废水等污染源输入下，存在水质无法稳定达标，水生态系统完整性被破坏等问题[2]。本文从南四湖水质、污染状况及原因入手，深入分析其面临的生态环境问题，并提出合理化整治方案。

1 南四湖流域水生态环境现状

2021年南四湖通湖河流16 个水质控制断面主要超标污染物年平均浓度状况见图1。由图1 可以看出，Ⅲ类及优于Ⅲ类水质河段数占总检测河段数的37.5%，Ⅳ类水质和Ⅴ类水质河段数占总数的31.25%，Ⅴ类水质河段数占总数的25%，劣Ⅴ类水质河段数占总数的6.25%，以上说明南四湖水质整体情况不容乐观。各河段主要超标污染物为溶解氧（DO）高锰酸盐指数(CODMn)、氨氮(NH3-N)、总磷(TP)。其中，珍珠泉引河断面污染物年均值水质类别较差，为劣Ⅴ类水质标准，NH3-N,TP 分别超标1.33和0.16 倍；大屯闸断面、磊庄引河-墓山中沟交汇处断面、马山引河G104 断面、苏鲁边界断面，为Ⅴ类水质标准，大屯闸断面CODMn，NH3-N，TP 分别超标0.14，0.90 和0.55 倍，磊庄引河-墓山中沟交汇处断面NH3-N 超标0.63 倍，马山引河G104 断面中NH3-N，TP 分别超标0.84 和0.65 倍；苏鲁边界断面中CODMn，TP 分别超标0.20 和0.98 倍；东蔡大沟303 县道断面、韩坝涵洞断面、挖工庄东闸、西闸断面、五段闸断面、墓山中沟G104 河段水质为Ⅳ类水质；大沙河铁路桥断面、洪福大桥断面、湖西航道断面、孟楼断面、大冯沟断面、磊庄引河G104 河段水质为Ⅲ类及优于Ⅲ类水质，水质较好。

图1 各断面中主要超标污染物年均浓度

2 南四湖流域主要水生态环境问题

2.1 工业污染

徐州市涉水企业分布及占比见图2。由图2 可以看出，徐州市与南四湖相接壤的行政区分别为丰县、沛县和铜山区，沿湖3 县（区）工业企业分布较多，工业废水产生量较大，河道水体污染风险较大。根据全国第二次污染源普查结果，徐州市共有764家工业企业排放工业废水。其中，铜山区（198 家）涉水企业占全市总涉水企业的25.92%，沛县（101 家）和丰县（86 家）分别占总数的13.22%和11.26%。调查发现，多数企业均存在产业结构偏重、污水治理配套设施不完善等问题。如：江苏省丰县经济开发区、丰县电动车产业园和铜山区马坡镇后八段玻璃企业集聚区均存在污水治理设施能力不足和治污设施不完善等问题；丰县经济开发区污水处理厂日排放2万t 达标尾水排入沙支河史南大沟，最终影响复新河；丰县范楼镇牛蒡产业园因治污设施不完善，导致园区产生的工业废水排入河道造成水体污染；沛县经开区污水处理厂尾水通过排水口直排进入河道，对河道水体造成一定影响。

图2 徐州市各县(市)、区工业源涉水企业分布及占比

2021年，根据无人机正射和红外热成像遥感监测影像，对珍珠泉引河、马山引河2 条重要通湖河道及沿岸区域生态环境状况进行分析，共筛查出30 个疑似入河排污口，并对筛查结果（按照10%比例选取3 个排污口）进行地面核查，证实确实存在入河排污口河污水外排入河的情况。同时，核查还发现部分岸边区域存在生活垃圾和工业材料随意堆放及部分河面存在生活垃圾随意抛洒现象。

2.2 农业污染

（1）种植业污染。南四湖周边均为传统稻区，涉及鲁、苏多个乡镇，沿湖周边种植水稻约40 000 hm2，大多采用传统大水漫灌种植方式。秸秆还田后浸泡腐烂，再加上农药化肥残留，每年稻田退水季节，含有高浓度污染物的水集中入河入湖，显著影响湖泊水质，有检测结果表明，农田退水中DO 质量浓度高达290 mg/L，NH3-N 质量浓度为11 mg/L，说明农田退水对河道水质影响极大[3-5]。

（2）养殖业污染。随着养殖业的集约化、规模化发展，大量畜禽粪便成为农业面源污染的主要污染源，畜禽粪便中除了丰富的营养物质外，还含有重金属和抗生素的残留。大沙河流域范围内畜禽养殖产生的粪便如不能有效利用，可导致在雨水冲刷下进入支流进而污染水体。同时，水产养殖中鱼类粪便及饲料沉淀，将在一定程度上造成水体污染。2020年末，沛县、铜山区在湖内养殖池塘共有400 多个，仅在保护区核心区，池塘面积约1 300 hm2。人工湿地水质净化工程建设可改善生态环境，但维护管理不善也可造成环境污染，湿地功能一般2年后开始退化，大量湿地需人工维护，一旦湿地植物得不到及时清理，腐烂后不但造成水质污染，还抬高了湖底，致使部分区域出现沼泽化现象。南四湖湖区分布着众多鱼塘，鱼塘退水不仅未经湿地等处理，也未经过滤带等直排入河湖中，且退渔还湖后湖区大面积的水面生态治理和预防富营养化的问题也未得到妥善解决，导致湖区的芦苇葡草也变成了一个新的污染源[6]。

2.3 生活污染

沛县老城区存在雨、污混流现象，降雨时雨水夹带污染水体随排水系统进入城区污水处理厂，污水处理厂运行负荷率偏低，配套设施不完善；新城区排涝能力不足，汛期时雨水将大量生活垃圾等冲入河道，造成水体污染。大沙河镇和华山镇镇区污水处理厂因处理能力不足，污水收集管网建设滞后，成为影响大沙河水质的污染源之一。华山镇、梁寨镇、范楼镇3 个乡镇污水处理厂仍执行污水处理一级B 标准，尾水排入作为大沙河补水通道的郑集河南支河，对断面水质影响较大。沿湖街道建成区常住人口约10 000 人，目前，污水处理设施尚未建成，镇区污水直接或间接入河。郑集镇、黄集镇的污水处理设施不完善且落后，无法满足城镇生活污水处理需求，且城镇污水管网收集系统不健全，雨、污管网未能分开处理，导致汛期大量雨水携带污染物进入河流管网，从而加大污水处理负荷。

2.4 河道航运污染

南四湖作为京杭大运河上南北交通的繁忙水道，拥有2 条长达235 km 京杭运河主航道，另有内河高等级航道567 km，一般航道307 km。2020年，微山湖水面通行船只约80 000 余艘，形成聚集型、长期型污染。船舶污染具有流动性、隐蔽性、随意性，由于鲁、苏、皖、豫同属南四湖流域，但山东、河南不属于长江经济带，因此未纳入长江经济带船舶水污染物联合监管与服务信息系统，导致监管出现了“盲区”。船只油污、生产生活污水排放是影响水质的主要原因。部分港口码头治理设施老旧，存在“跑冒滴漏”现象，船舶污水、垃圾、废油水收集上岸转运处置量仅为实际产生量的40%，其余60%入河。大多数渔民居住在湖区台地上，甚至以船为家，而湖区台地上基础设施不够完善，生活污水和生活垃圾等直排问题仍然存在，部分居住区附近的湖面浮萍密布，污浊不堪，对湖区环境产生一定影响[7]。

2.5 矿山污染

南四湖湖区含煤面积约620 km2，地质储量约33 亿t，涉及18 处煤矿采矿权，其中江苏省3 处（姚桥煤矿、徐庄煤矿和孔庄煤矿）。由于湖区周边各省市对采矿企业退出及排放标准不统一，使得煤矿外排废水硫酸盐超标问题持续得不到解决，湖区里煤矿生产企业退出后，矿坑水造成的水污染问题将成为水环境的一个安全隐患。

2.6 插花地管理盲区

由于历史原因，南四湖西岸的江苏省沛县和山东省巍山县交界处2 省13 个乡镇，90 余处插花地边界不明确，形成“你中有我、我中有你”现状。其中9 条河流经2 省的插花地后汇进南四湖，因2省的行政管理边界不够清晰，导致插花地生态环境流域治理的主体责任也不够明确，“多头管”，“交叉管”，“无人管”情况突出，使得边治理边污染现象长期存在。

3 水生态环境综合提升方案

3.1 开展南四湖流域水生态环境状况监测调查与健康评估

“监测—诊断—修复”是解决流域水生态环境问题的完整链条，仅通过目前现有的水生态监测指标，难以对南四湖水生态环境问题的进行全面分析和识别，无法提供影响和评价水生态状态的可能原因，也无法全面给出南四湖流域生态系统的完整性评价和健康状况评估。目前，南四湖水环境、水资源、水生态状况亟待开展全面监测调查，从而为发现问题、诊断问题、解决问题奠定基础。依据重点江河湖库生态调查评价指南及相关规范要求，充分参考国内、外河湖健康评价工作经验，通过收集资料和现场调查监测等方式，对南四湖流域全面开展水环境（水质、沉积物）、水生态（浮游动植物、大型底栖生物、大型水生植物、鱼类等）、水资源（水文特征、水量）与河流物理形态调查，全面建立水生态环境基础数据库。调查结果反映了污染和压力的复合效应以及长期环境干扰的综合效果，为识别掌握水生态环境状况和变化趋势，科学诊断存在的健康问题、受损程度，识别主要原因、预测变化趋势及为后续治理措施的有效性提供基础，是构建南四湖区域河湖（库）健康评价体系及对水生态健康进行科学评估和修复的先决条件[8]。

3.2 开展南四湖流域水生态完整性修复技术方法研究

构建南四湖水生态完整性 “评价-诊断-模拟-调控”综合技术体系，形成可复制、可推广的技术新模式；利用高通量生物信息（eDNA）、食物网同位素示踪、非靶向化学分析、尺度嵌套耦合模拟和人工智能算法等新技术、新方法，提出具有鲜明特色的物理、化学和生物多要素耦合的完整性指标体系；构建南四湖完整性指标体系及评价方法，定量表征南四湖水生态系统完整性状况；揭示南水北调工程、闸坝开闭、江湖连通、人为污染对完整性及关键指示性生物的影响机制与退化成因；分析南四湖生态完整性演变趋势；基于水生态环境全面调查评估模拟分析，提出水生态系统调控因子、阈值区间及修复途径，阐明多重压力下的完整性修复原理与路径，提出维持、修复、保护和管理的对策和措施，创新南四湖水生态系统完整性研究范式，建立流域——河区——河段的多尺度修复技术体系。

3.3 开展南四湖流域污染物溯源分析、建立输入响应模型

为快速准确地实现水质监测断面水质超标时河流水污染的溯源，全面开展南四湖流域污染源排查以摸清工业、农业、生活、船舶等多个污染来源的污染排放量及对南四湖的污染贡献情况，污染源要素主要作用是为溯源过程提供污染源分布和结构性信息,其信息的准确性将直接影响溯源精度；科学划分多个等级的河段和汇水单元，整合现有流域要素,构建水污染溯源的流域要素空间关系模型；建立汇水单元层级与上、下游河段的编码关系，将全流域要素与汇水单元建立空间关联关系，构建空间要素、污染源要素、监测要素和其它要素等多个流域要素空间关系子系统模型，最后再将各子系统模型集聚组成一个相互协作的流域要素空间关系网络。通过模型可在水质超标情况发生时，有效识别并筛选研究区的污染源，将未知污染源搜索半径缩小至更小范围，且最大限度提供引发源分布和结构性信息，配合南四湖流域范围内排污口在线监测等数据，可快速准确识别和追溯水质超标区域的污染源，为更进一步实地排查提供方向指引、为精准治污提供科学支撑。同时通过模型还将全面显示各排放源与水质之间的响应关系，对主要污染源贡献进行科学排序，并对细化管控任务、提出优化产业布局结构调整、污染控制工程措施、生态修复方案产生的改善效果进行模拟评估，按照工程效益确定优先实施顺序，验证工程措施的有效性、整治方案的可行性[9]。

3.4 开展南四湖流域工程治理

3.4.1 点面共治，阻断外源污染

（1）补齐基础设施短板。逐个评价现有集中污水处理厂，从出口浓度评价处理工艺，逐厂提出提标改造方案；从进口浓度追溯管网收集，全面实施雨污分流改造、配套管网建设以及错接、漏接、老旧管网改造，建成区及沿河乡镇进一步提高污水收集率、处理率，雨污全分流、污水全收集全处理。

（2）加强工业污染治理。开展徐州市南四湖入湖河流沿线，特别是房亭河、京杭大运河沿线工业企业污染治理，狠抓控污减排；开展钢铁、造纸、污水处理等重点行业废水排查，全面清理封堵非法或设置不合理排污口及排查违法排污行为；强化工业集聚区废水治理，推进工业集聚区废水规范化整治工作，完善污水集中处理设施和配套管网建设；强化工业集聚区水污染治理在线监控和智能化监管，实现污水全部收集处理、达标排放；加强现有采矿企业废水治理，扩大废水零排放企业范围。

（3）强化面源污染防治。南四湖流域地表水水质呈明显的季节性变化，夏季水质较差，受降雨影响农业面源、河道坑塘等污染随径流入湖，大幅增加污染负荷，强化污染溯源分析，综合考虑重点区域面源污水产排污特征，确定治理边界和重点区域，全面推进化肥农药使用量负增长行动，通过构建生态缓冲区，建设生物拦截带、集水窖、导流渠（管）、灌溉管带等径流拦截与再利用设施、生态沟渠和多塘系统，因地制宜规划布局区域面源污水导流工程和生态净化工程。

（4）推进船舶污染防治。重点开展京杭大运河徐州段、流域内航运污染综合整治项目。推进船舶污染防治设施建设，完善船舶污染物接收处理，对船舶和港口污染物接收转运处置设施建设方案进行全面评估，分类优化垃圾、生活污水、含油污水、化学品洗舱水等船舶水污染物接收转运处置方案，完善固定和移动设施相结合的接收模式、收费机制[7]。

3.4.2 清淤净化，减少内源污染

全面开展湖区内源污染治理。徐州市辖区内河流多为闸坝控制的蓄水性静态河流，污染长期积蓄难以稀释扩散，通过评价湖底淤泥对水质影响，合理确定清淤范围和深度、科学处置清除出的底泥，有效减少内源污染；开展滨岸带建设、加强人工湿地后期维护，以水生动物、植物、微生物为载体，综合运用物理、生物及生态技术，深度净化，开展水生生境全方位生态修复。

3.5 加强对已退出矿山的老坑水持续监测、风险评估和分级管理

（1）加强尾矿库渗漏污染地下水的监管，防控通过地下渗漏污染饮用水及地表水体。严格规范3 类地下水监测井（上游污染对照井、横向污染扩散井、下游污染监视井）的设置，科学确定地下水监测层位、指标及频次，加强地下水的监督性监测，及时准确识别尾矿库地下水环境风险，建立健全地下水环境监测预警体系。

（2）开展已退出尾矿库的风险评估。尽快检查和督查尾矿库环境管理各项制度和要求的落实情况。建议根据当前尾矿库防控形势，对照法律法规以及政策文件要求，以日常环保检查抽查及专项环保督查等形式，检查尾矿库风险评估、“一库一策”防治方案、应急预案与物资储备等管理要求的落实情况，对相关省市尾矿库的排查与整治工作进行细致全面的梳理，查缺补漏，确保摸排与整治工作的数据真实、措施科学，保障尾矿库风险防控工作取得实效。

（3）突出重点，建立尾矿库环境风险分类分级管理系统。建议针对不同类型尾矿库运行安全风险和环境风险等级的差别，尽快建立南四湖流域尾矿库数据库，并根据尾矿库类型、规模、尾矿成分及环境敏感点分布特征，划分尾矿库环境污染的风险等级，建立尾矿库环境风险分类分级管理系统，实现流域上、下游数据库的共建共享，建立健全上、下游不同行政区域的协同管理。建议突出重点，集中人力、物力、财力严格管控中高风险尾矿库。落实尾矿库“一库一策” 应急预案，制定差异化的应急事件处置策略，细化重点尾矿库突发污染事件应急预案的制定。加强地方环境应急力量储备，加强跨区域应急联动机制建设，加强信息共享和联合执法。

（4）加强饮用水源地水安全评估和风险防范水平，开展硫酸盐氟化物等特征污染物所导致的饮用水安全风险的评估。根据风险评估结果，确定是否需要采取进一步水源地置换或者水资源储备等战略性的保障措施。同时针对暴雨等极端气候条件下，可能出现的污染物超标以及突发环境风险问题，提高水源地监测预警和应对能力，使南水北调干线的潜在环境风险得到有效解决，水资源安全得到充分保障。

3.6 开展重点技术试点示范

选取南四湖流域内重点区域作为优先示范点，以政府购买服务的形式，依据水文特征、污染特征开展先进技术整治示范。重点关注3 大关键技术：①农业面源污染治理技术。强化“源头控制为主、过程阻控与末端治理相结合”，兼顾经济、社会与环境效益，应因地制宜地开展清洁种植、清洁养殖技术、物理化学或生物拦截降解或处理利用以及污染物末端治理净化技术等相关技术；②闸坝控制的蓄水性静态河流、湖库水质净化技术。确定不同河道的治理深度，针对性选择先进的、工程量低、投资省的优势技术；③船舶污染物接收处理技术。推进船舶污染防治设施标准化建设，实现船舶含油污水、生活污水、含有毒液体物质的污水、船舶垃圾的收集、处理及回用等污染防治设施的专业化配置。

南四湖治理要突出工程措施和管理措施并重、顶层设计与地区实践并重。亟需引进全国先进技术、顶尖科研队伍、实力环境治理企业，强化环境效益、经济效益、社会效益等多方面评价，实现质量、总量、项目、投资体系运行最优化，鼓励先进单位先进区域先行先试，通过示范河段、示范区域、示范工程等以点带面，树立符合治理需求、解决实际问题的跨域水环境治理新示范。

3.7 完善标准法规，强化执法监督与信息化建设

积极推动建立区域联防联控协作机制、成立跨区域综合管理、建立完善流域上下游横向生态保护补偿机制，共抓大保护。彻底解决“上下游不同行、左右岸不同步”统一环湖地区的产业政策与排放标准，统一监测，统一执法，统一监管，加强数据交流共享，明确插花地的行政管辖权，进一步建立完善区划联防联控机制，成立跨区域综合管理、建立完善流域上下游横向生态保护补偿机制，聚力抓好南四湖流域的生态保护和高质量发展。统一全流域产业准入和退出标准、工业废水排放标准、核心区工矿退出标准、湖区岸上生活污水处理标准、农业养殖污染治理标准和京杭大运河的南四湖航道船舶污染收集转运处置等系列标准规范，彻底解决南四湖环境治理标准不统一的根源性问题。依据污染程度和水环境容量，划分重点控制区和一般控制区，进一步加严不同控制区的环境标准。

有效开展入湖沿线水源工程设施水质实时监控、断面水质自动监测、流域水质自动监控、水质水量动态均衡优化调度联合数据采集、整合及信息平台建设，构建水生态环境实时监控网络，构建水环境预警及事故应急预案模拟系统、污染溯源分析系统，推动南四湖智慧化管理云平台建设，实现跨部门、跨区域间水资源、水生态、水环境数据交换共享，达到“一张图”实现流域全要素的精细化管理。

3.8 平衡高水平保护与高质量发展，切实解决生活就业问题

做好生态环境赔偿资金的合理使用以及使用范围的扩展。除用于工业污染的治理外，探索用于畜禽养殖和生活面源污染的治理、养殖退出等。加大一般控制区渔业养殖的生态化改造，改变原有的捕捞和养殖模式，出台生态养殖政策，规范科学养殖水平，引领村民要科学捕捞、生态养殖，切实保障渔民的基本生存和生活问题。对渔民开展再就业培训，当地企业要优先接收渔民，尤其是退耕还湖的村民，打造农业文旅休闲观光项目，为渔民提供再就业。探索妥善方法切实保障以船为家的渔民上岸后的幸福生活。以利用微山湖5A 景区创造契机，积极筹备资金，大力实施地面改造，改建码头、道路硬化、绿化美化等环境提升，全力打造焕然一新的美丽渔村，为当地居民就业增收创新方式方法，探索微山湖独有新模式。