丁二峰

(河北省衡水水文水資源勘測局，河北衡水053000)

衡水湖原稱“千頃洼”，是衡水市唯一一座大型平原水庫，集調(diào)節(jié)氣候、科學(xué)研究、生態(tài)旅游、電廠工業(yè)用水源為一體。目前，衡水湖規(guī)劃計(jì)劃和開發(fā)利用的相關(guān)研究較多[1-3]，而對其水環(huán)境現(xiàn)狀尤其是富營養(yǎng)化特征和水質(zhì)改善途徑方面的研究相對少得多[4-5]。作為南水北調(diào)工程規(guī)劃中的一個(gè)調(diào)蓄水水源地，應(yīng)對衡水湖水體的富營養(yǎng)化給予足夠重視。本文對衡水湖的水環(huán)境特征進(jìn)行分析并提出水質(zhì)改善措施。

圖1 衡水湖監(jiān)測點(diǎn)位分布

衡水湖位于河北省衡水市境內(nèi)，南靠冀州市區(qū)，北臨衡水市區(qū)，湖泊總面積75.0 km2。中隔堤將整個(gè)湖泊分為東、西兩個(gè)湖區(qū)。東湖又被一條人工堤分為大庫和冀州小庫兩部分，總設(shè)計(jì)庫容1.23億 m3，大庫面積32.4 km2，小庫面積10.1 km2;西湖面積32.5 km2，設(shè)計(jì)庫容0.65億 m3，目前未蓄水，主要被農(nóng)作物和部分養(yǎng)殖場、鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)所占用。

衡水湖自然保護(hù)區(qū)是華北平原第一個(gè)內(nèi)陸濕地自然保護(hù)區(qū)，2002年被納入聯(lián)合國教科文組織中國人與生物圈保護(hù)網(wǎng)絡(luò)，2003年被國務(wù)院批準(zhǔn)成為國家級自然保護(hù)區(qū)，2004年被水利部批準(zhǔn)為國家級水利風(fēng)景區(qū)，2013年晉升為國家4A級旅游景區(qū)。近些年來，衡水湖的水環(huán)境問題日益嚴(yán)峻，受到有關(guān)部門密切關(guān)注。幾乎每年的7、8月份，隨著水溫的升高，水質(zhì)急劇惡化，大量浮游植物快速繁殖，生長區(qū)占據(jù)近2/3湖面，并逐漸由淺水區(qū)向深水區(qū)發(fā)展。溶解氧含量降低，高錳酸鹽指數(shù)增加，富營養(yǎng)化程度加劇。尤其遇到悶熱天氣，大量生長著香蒲的區(qū)域水體變成灰白色，散發(fā)刺鼻臭味，魚類死亡，水體發(fā)生明顯污染，嚴(yán)重威脅著水資源的正常使用[6]。

1 主要污染源

衡水湖的營養(yǎng)物質(zhì)主要源于引水沿線輸入、湖區(qū)周邊排污、養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)污染等，現(xiàn)從污染物的產(chǎn)生及輸入途徑入手，將污染源歸納為水產(chǎn)養(yǎng)殖、工業(yè)源、調(diào)水進(jìn)入湖區(qū)污染和其它污染。

1.1 通過調(diào)水進(jìn)入湖區(qū)的污染

衡水湖地處暖溫帶大陸性、半濕潤半干旱季風(fēng)氣候區(qū)，多年干旱指數(shù)在2.36～2.76之間，氣候干燥，自然水源補(bǔ)給嚴(yán)重不足，跨流域調(diào)水是衡水湖水源的唯一保障方式?！耙S濟(jì)冀”已開展十余年，引水路線經(jīng)過幾次調(diào)整優(yōu)化，但沿線上仍存在諸多點(diǎn)污染源。一是引水途經(jīng)棗強(qiáng)縣城和“皮毛之鄉(xiāng)”大營鎮(zhèn)，城內(nèi)生活污水及皮毛洗染廢水直接或間接排入引水渠道，進(jìn)入衡水湖。二是引水途經(jīng)廣大農(nóng)村地區(qū)，對于以農(nóng)業(yè)為主而又干旱少雨的北方來說，濕潤的河床內(nèi)擁有大片植物資源。據(jù)初步估算，沿線河床內(nèi)放養(yǎng)牲畜的農(nóng)戶有近100家，擁有大小牲畜3 000頭左右[7]，取平均排污系數(shù)為:總氮1.0 g/頭·天、總磷0.2 g/頭·天，則每年排入河床的總氮、總磷分別為900 kg、200 kg。這些營養(yǎng)物質(zhì)溶進(jìn)土壤后會隨黃河水的沖刷逐漸進(jìn)入衡水湖。

1.2 水產(chǎn)養(yǎng)殖污染

衡水湖的攔網(wǎng)養(yǎng)魚廣泛分布于小庫內(nèi)，養(yǎng)殖面積約4.27 km2。主要養(yǎng)殖鯉魚、鰱魚等雜食性品種，以人工投餌飼養(yǎng)。按照投放100 kg飼料計(jì)算，約有13～15 kg直接散失于水中，75～85 kg被魚捕食。其中用于增加魚體重的飼料僅為25～35 kg，而用于維持生命的41.6～48 kg飼料會和未被消化的10.4～12 kg飼料以排泄物形式進(jìn)入水體。資料表明，餌料中含氮量占總量的4.5﹪，含磷量占總量的7﹪，以每年投餌4×106 kg估算，攔網(wǎng)養(yǎng)魚每年向湖內(nèi)輸入的總氮、總磷分別為1.26×105 kg、1.96×105 kg。這些營養(yǎng)物質(zhì)有的直接被水溶解影響水質(zhì)，有的形成污泥給二次污染帶來內(nèi)源[8]。

其次，衡水湖沿湖村莊無地或缺地農(nóng)民開墾湖區(qū)水域，建設(shè)圍堰魚塘，也給衡水湖的環(huán)境帶來的不小的問題。據(jù)調(diào)查，至2013年底，衡水湖內(nèi)部及以西廣大村莊共建設(shè)圍埝魚塘17處，侵占湖區(qū)水域近800畝。由于是在湖區(qū)內(nèi)部水域建設(shè)魚塘，雖然建成后魚塘與湖岸之間的大片水域與衡水湖隔離，但魚塘每到換水期，換塘水就直接或間接進(jìn)入東湖南庫和北庫，就會將大量的含有營養(yǎng)物質(zhì)的魚塘水排放至湖區(qū)內(nèi)。每公頃魚塘每年清理換水約為30 000 m3，精養(yǎng)魚塘的總氮、總磷每公頃每年的排放系數(shù)分別為101 kg、11.0 kg。據(jù)此估算，衡水湖圍堰養(yǎng)殖每年向衡水湖輸入總氮、總磷分別為 1.35×104 kg、1.50×103 kg。

1.3 工業(yè)源污染

衡水湖東湖嚴(yán)禁一切形式的排污，但在小庫上游的冀碼渠上仍有化肥廠、化工廠等11處排污口[9]。平日進(jìn)水閘關(guān)閉，污水不能進(jìn)入湖區(qū)，一旦上游來水，所有積存在河道內(nèi)的污水會匯入小庫，造成魚類大量死亡，對庫內(nèi)水質(zhì)影響嚴(yán)重。

1.4 其它污染源

衡水湖近年接待各地游客100多萬人次，部分游客旅游中隨意拋棄雜物到湖中;湖中心的順民莊、梅花島等地居民直接將污水排入湖內(nèi);湖區(qū)周邊農(nóng)田里的營養(yǎng)鹽隨降雨產(chǎn)流匯入湖中;每年養(yǎng)魚塘的清池?fù)Q水及使用消毒劑等都會給水體帶來營養(yǎng)物質(zhì)，破壞湖內(nèi)生態(tài)平衡，使水環(huán)境惡化。

2 水質(zhì)及營養(yǎng)化特征

2.1 水質(zhì)

由于衡水湖水面廣，平均水深淺(約2.0 m)，在湖流和風(fēng)的作用下，水質(zhì)垂向上變化不大。2014年1月-2014年12月間，每月月初對衡水湖7處站點(diǎn)進(jìn)行采樣分析。監(jiān)測表明，全湖pH值在8.0～8.9之間，而且僅有一站兩月次pH值為8.0，屬偏堿性水。水質(zhì)綜合評價(jià)僅3站次達(dá)到了水環(huán)境質(zhì)量Ⅲ類水[10]標(biāo)準(zhǔn)。而超標(biāo)項(xiàng)目指標(biāo)主要是總磷、總氮和高錳酸鹽指數(shù)。

2.2 富營養(yǎng)化特征

湖泊、水庫的營養(yǎng)化特征有多個(gè)方面，結(jié)合衡水湖水環(huán)境的實(shí)際情況出發(fā)，現(xiàn)從營養(yǎng)鹽組分、水量交換律及浮游植物群落方面來討論其富營養(yǎng)化特征。

2.2.1 營養(yǎng)鹽組分

1)磷含量特征

天然水體中磷含量較少，主要有溶解態(tài)、懸浮態(tài)及膠體3種形式，其中溶解的正磷酸鹽是被植物吸收的主要形式。因此，磷通常是水體中植物生長繁殖的制約因子。采用2005年-2014年總磷監(jiān)測資料，每年雙月監(jiān)測，全年共監(jiān)測6次。為計(jì)算年內(nèi)變化規(guī)律，按月份計(jì)算平均值，得出總磷年內(nèi)變化趨勢圖。

通過分析可以看出，衡水湖水體總磷含量全年基本都處于超標(biāo)狀態(tài):南關(guān)新閘區(qū)年均值超標(biāo)5.8倍，大庫中心區(qū)年均值超標(biāo)0.8倍。年內(nèi)變化情況為:從2月到6月逐漸降低，6月到8月變化不大，8月到12月逐漸增大。水體中總磷的年內(nèi)變化規(guī)律受外來引水、水溫等影響較大。每年的“引黃”工作大都在12月到次年2月展開，黃河水的引入不但影響了“湖流”，而且水中還夾雜著大量的含磷物質(zhì)，于是磷含量的最大值出現(xiàn)在2月份左右。其次總磷的含量還受水溫影響。每年的夏秋季節(jié)湖水溫度較高，湖內(nèi)大量藻類等浮游植物生長旺盛，促進(jìn)了磷化合物轉(zhuǎn)化，使水體中磷含量基本穩(wěn)定。

2)氮類化合物特征

水體中的氮有無機(jī)氮和有機(jī)氮兩類。無機(jī)氮主要有氨氮、硝酸鹽氮和亞硝酸鹽氮，有機(jī)氮主要是蛋白質(zhì)、酶、氨基酸等。這些含氮化合物能在水體中通過一系列生化反應(yīng)相互聯(lián)系、相互轉(zhuǎn)化。采用衡水湖2005-2014年氨氮、硝酸鹽氮、亞硝酸鹽氮的水質(zhì)資料，計(jì)算出月均值，分析“三氮”的年內(nèi)變化特征。

表1 衡水湖不同水域氮磷比

與磷含量特征不同的是硝酸鹽氮受調(diào)水影響比較嚴(yán)重。調(diào)水剛結(jié)束后硝酸鹽氮含量值達(dá)到最大，到6月份下降至最低值。之后隨著溫度的升高含量值開始增加，一直到年末由于植物腐爛、庫容降低而持續(xù)增加。而氨氮和亞硝酸鹽氮的變化則有一定的關(guān)聯(lián)性。受水體pH值較高，某些生物固氮作用、氨化作用、硝化作用等共同影響，6月到8月水體中氨氮向亞硝酸鹽氮轉(zhuǎn)化速率加快，其含量平穩(wěn)降低，而亞硝酸鹽氮含量則平穩(wěn)上升。到10月份左右植物枯萎腐爛，釋放大量含氮化合物(以銨鹽為主)，使水體中氨氮含量增加到8月的的2～5倍。一直到12月份，由于溫度降低，各種生化反應(yīng)速率較低，所以各類含氮化合物含量較平穩(wěn)。

3)氮磷比

氮、磷濃度的比值與藻類增殖有密切的關(guān)系。據(jù)資料顯示，當(dāng)湖水的總氮、總磷濃度比值在10﹕1～15﹕1的范圍時(shí)，藻類生長與氮磷比值成直線相關(guān);當(dāng)湖水的TN/TP在12﹕1～13﹕1時(shí)，藻類增殖速度最快[11]。若濃度之比小于或大于此值，則藻類生長會受到一定限制。表1是2005-2014年衡水湖不同水域氮磷比情況。

如果湖泊的TN/TP＞14，則通常認(rèn)為磷是限值性因素。由表可知，大庫湖心區(qū)的TN/TP在22﹕1～250﹕1之間，遠(yuǎn)超過此值，可見湖心區(qū)是磷限值性水域。而南關(guān)新閘一帶水域的TN/TP在5﹕1～42﹕1之間，這個(gè)范圍的比值正適合藻類的繁殖，致使該區(qū)域每年的7、8月份均發(fā)生大面積“水華”。

2.3 水量交換影響富營養(yǎng)化特征

水庫有無水量交換直接影響其富營養(yǎng)化的進(jìn)程。水量交換有利于營養(yǎng)物質(zhì)的稀釋、擴(kuò)散和轉(zhuǎn)移，能有效的改善水庫的生態(tài)環(huán)境。

衡水湖為內(nèi)陸封閉型匯水濕地，水體自身交換能力差，自然水源嚴(yán)重不足，必須依靠一年一度的調(diào)水來維持濕地現(xiàn)狀、保證工農(nóng)業(yè)用水。東湖大庫設(shè)計(jì)蓄水量為9 080萬m3，而實(shí)際年蓄水量在3 277～8 860萬 m3之間，每年的水量變化幅度較大，所以通過調(diào)水對改善衡水湖的水質(zhì)起著重要的作用。通過對照分析，水量交換率與氮類化合物含量有較好的相關(guān)性。水量交換率較高的年份，氮類化合物含量也較高，而且水量交換率較高的年份，也是調(diào)水量較大的年份。這說明調(diào)來的黃河水在途中受到了明顯的污染，從而導(dǎo)致進(jìn)入衡水湖的水體中氮類化合物的含量增加。調(diào)水是解決衡水湖水源問題的唯一途徑，因此它所引入的營養(yǎng)物質(zhì)不容忽視。

2.4 衡水湖挺水植物和浮游植物特征

2.4.1 挺水植物

有關(guān)資料顯示，在引黃河水之前，湖內(nèi)生長著大量天然蘆葦，但引黃開始后，黃河流域的蒲草絨絮隨水侵入衡水湖。蒲草地下根系較蘆葦粗壯、發(fā)達(dá)，地上莖部比蘆葦粗4倍，高80多cm，蘆葦面積不斷被擠占，蒲草大量繁殖。蒲草通氣性強(qiáng)，有助于水體礦化，由圖1～4可看出，每年6-8月的總磷和“三氮”含量都會出現(xiàn)一個(gè)最低值，正說明了這一點(diǎn)。但是，蒲草在底泥中吸收了大量的營養(yǎng)物質(zhì)，死亡后得不到有效收割利用，相反，其殘骸在湖中腐爛沉積，釋放出大量營養(yǎng)鹽，反而成了水體營養(yǎng)物質(zhì)的再生源。

表2 衡水湖浮游植物組成

2.4.2 浮游植物

浮游植物的大量繁殖是水體富營養(yǎng)化的又一重要特征，其種類分布、種群數(shù)量及密度均為水環(huán)境質(zhì)量評價(jià)的重要指標(biāo)。據(jù)調(diào)查資料，衡水湖共發(fā)現(xiàn)浮游植物9門，52屬，429種(詳見表2)，優(yōu)勢種包括綠藻、藍(lán)綠藻、硅藻。它們分別占該類植物總數(shù)的 44.52% 、16.08% 和 25.87%[12，13]。

衡水湖浮游植物的種群數(shù)量隨水中營養(yǎng)物質(zhì)及水溫變化而呈季節(jié)性變化。水的營養(yǎng)物質(zhì)含量高，溫度高，光照足，促使了每年7、8月份浮游植物達(dá)到生長的高峰期。特別是在南關(guān)新閘附近一帶水域，幾乎整個(gè)湖面都被浮游植物覆蓋。

3 措施及建議

衡水湖的水質(zhì)問題主要是富營養(yǎng)化，由于水質(zhì)的原因，衡水湖作為衡水市政用水源地一直無法啟用。治理污染是一項(xiàng)非常緊迫的任務(wù)。

3.1 實(shí)施庫區(qū)清淤，禁止網(wǎng)箱養(yǎng)魚

現(xiàn)在東湖大庫雖然已經(jīng)全面拆除了網(wǎng)箱，但養(yǎng)殖期間過剩的餌料和魚類的排泄物都沉積在湖底，成了水體長久的營養(yǎng)源，必須加以清除。其次是大量的動植物殘骸沉積在湖底，也為營養(yǎng)鹽的釋放創(chuàng)造了條件。有計(jì)劃的清除特定水域的底泥對改善水質(zhì)和防治藻類過度繁殖是一種行之有效的好辦法。

3.2 加強(qiáng)調(diào)水渠道沿線管理，杜絕外源污染

調(diào)水解決了衡水湖自然水源不足的問題，但同時(shí)也給水庫帶來了大量的污染物質(zhì)、營養(yǎng)鹽。加強(qiáng)調(diào)水前的勘查論證工作，調(diào)整優(yōu)化引水渠道，封堵沿線排污口顯得尤為重要。

3.3 合理投放野生魚苗，配置野生植物，提升水體自凈能力

通過對水生植物的種類、生長面積、密度和數(shù)量的科學(xué)測算，在植物枯萎前，盡可能對藻類、蒲草、蘆葦?shù)冗M(jìn)行打撈收割，這樣能使部分營養(yǎng)鹽退出湖內(nèi)物質(zhì)循環(huán)，從而逐步降低水中和底泥中的營養(yǎng)鹽含量。其次，進(jìn)一步研究水生植物與放養(yǎng)食草性魚類的合理比例，即可增加經(jīng)濟(jì)效益，又在一定程度上提升了水體自凈功能，減緩了湖泊衰老速度。

3.4 嚴(yán)格限制旅游業(yè)，取締東湖大庫的旅游活動

隨著衡水湖知名度的不斷提升，來旅游的游客也逐年遞增，旅游業(yè)也漸漸成為當(dāng)?shù)鼐用褚粋€(gè)固定的經(jīng)濟(jì)來源，但所帶來的旅游污染也逐步顯現(xiàn)出來。隨意丟棄湖邊的食品、拋入湖中的生活垃圾、人體排泄物等都對水體質(zhì)量構(gòu)成了威脅。嚴(yán)格按照《飲用水水源保護(hù)區(qū)污染防治管理規(guī)定》中的規(guī)定，限制旅游業(yè)發(fā)展水域，逐步取締東湖大庫旅游經(jīng)營活動，對防治水體富營養(yǎng)化有重要的指導(dǎo)意義。

3.5 加強(qiáng)水質(zhì)監(jiān)測，健全應(yīng)急預(yù)警機(jī)制

為了適時(shí)掌握衡水湖的水質(zhì)變化，及時(shí)發(fā)現(xiàn)富營養(yǎng)化及污染情況，在湖內(nèi)建立水質(zhì)連續(xù)監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)，對水體進(jìn)行定期連續(xù)監(jiān)測，定期報(bào)告水質(zhì)狀況，這對研究水環(huán)境變化規(guī)律，更好地開展飲用水水源地保護(hù)工作，防治突發(fā)性水污染事故都有舉足輕重的作用。

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