王書航，鄭朔方，尚曉，姜霞*

1.湖泊水污染治理與生態(tài)修復(fù)技術(shù)國家工程實(shí)驗(yàn)室，中國環(huán)境科學(xué)研究院 2.國家環(huán)境保護(hù)湖泊污染控制重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，中國環(huán)境科學(xué)研究院 3.中交上海航道勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司

城市水環(huán)境質(zhì)量提升是生態(tài)文明建設(shè)的重要內(nèi)容之一。太湖流域平原河網(wǎng)區(qū)作為我國城市化程度較高的區(qū)域之一，城市水環(huán)境問題十分突出，尤其是作為河流蓄泄的樞紐湖泊，其水環(huán)境治理一直是太湖流域生態(tài)環(huán)境攻克的難點(diǎn)[1-2]。嘉興市是典型的杭嘉湖平原河網(wǎng)區(qū)，其是太湖邊的淺碟形洼地，市域內(nèi)河網(wǎng)縱橫交錯(cuò)，人口密集。近年來，隨著“五水共治”工作的開展，違法違規(guī)企業(yè)關(guān)停并轉(zhuǎn)遷、生活污水與園區(qū)廢水收集管網(wǎng)建設(shè)、污水處理廠提標(biāo)改造、農(nóng)村分散式污水處理設(shè)施建設(shè)等實(shí)施力度不斷加大，嘉興市水環(huán)境質(zhì)量總體上明顯改善[3]。作為嘉興市“金名片”的南湖水體中總氮(TN)、總磷(TP)、氨氮濃度和高錳酸鹽指數(shù)(CODMn)呈下降趨勢(shì)，但代表感官指標(biāo)的水體透明度仍較低，懸浮物濃度居高不下，TP濃度遠(yuǎn)高于水環(huán)境功能區(qū)考核的GB 3838—2002《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》中Ⅲ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)[3]。

筆者基于南湖水環(huán)境特征詳細(xì)調(diào)查成果[4-7]，分析南湖水環(huán)境主要問題，提出以降低水體中懸浮物濃度、提高水體透明度為核心，通過實(shí)施源頭管控、入湖清水廊道構(gòu)建、河口水質(zhì)強(qiáng)化凈化、湖體生境改善和長效管護(hù)五大措施，力爭實(shí)現(xiàn)南湖水資源可持續(xù)高效利用與水生態(tài)系統(tǒng)改善，以期為嘉興市及平原河網(wǎng)區(qū)水環(huán)境治理提供參考與支撐。

1 研究區(qū)概況

南湖(120°76′E，30°76′N)位于浙江省嘉興市南湖區(qū)，湖體南北長、東西狹，常年水面面積為0.42 km2，是嘉興市各主要河流蓄泄的樞紐，是海鹽塘、平湖塘、嘉善塘等多條河流的起點(diǎn)、終點(diǎn)交匯處(圖1)。南湖周邊人口密度高，建設(shè)用地面積占比高。南湖是中國共產(chǎn)黨誕生之地，屬于紅色旅游圣地，對(duì)生態(tài)環(huán)境要求很高[8]。

圖1 南湖及周邊水體示意Fig.1 Nanhu Lake and its surrounding waters

2 主要問題識(shí)別與原因解析

2.1 主要問題識(shí)別

2.1.1水體透明度低，懸浮物濃度高

2018年10月，南湖水體透明度為10～46 cm，均值為24.8 cm，整體較低；南湖周邊水體透明度為8～71 cm，均值為27.6 cm，不同區(qū)域差異相對(duì)較大；南湖水體中懸浮物濃度為29.2～75.2 mgL，均值為39.0 mgL；南湖周邊水體中懸浮物濃度為10.0～230.7 mgL，均值為63.1 mgL(圖2)，尤其是杭州塘、蘇州塘水體中攜帶大量的泥沙，其懸浮物濃度高值是南湖的3倍多[4]。京杭運(yùn)河水是南湖水的主要來源之一，其水體中高懸浮物濃度對(duì)南湖水質(zhì)造成較大影響。

注：曲線為各采樣點(diǎn)數(shù)據(jù)的正態(tài)分布曲線；橫線為各采樣點(diǎn)數(shù)據(jù)的平均值。圖2 南湖及周邊水體透明度和懸浮物濃度分布特征[4,7]Fig.2 Distribution characteristics of water transparency and suspended solids in Nanhu Lake and its surrounding waters

通過對(duì)比發(fā)現(xiàn)，南湖水體中懸浮物濃度明顯低于周邊水體，但其水體透明度并不高，這可能是因?yàn)橹苓吅恿鲾y帶的懸浮物輸入到寬闊的南湖水體時(shí)，水動(dòng)力減弱，部分大粒徑懸浮物沉降下來，但10 μm以下的懸浮物很難通過重力得到沉降。經(jīng)測定，南湖水體懸浮物中粒徑小于10 μm的顆粒物占比平均值高達(dá)58.94%[4]，說明南湖水體中懸浮物以不易沉降的細(xì)小顆粒物為主。細(xì)小顆粒物濃度高，增加了水體對(duì)光輻射的衰減，從而降低了水體透明度[9-11]。

2.1.2水質(zhì)總體向好，但氮、磷營養(yǎng)鹽濃度居高不下

圖3 南湖主要水質(zhì)指標(biāo)年際變化Fig.3 Interannual variation tendencies of major water quality indexes in Nanhu Lake

南湖主要水質(zhì)指標(biāo)監(jiān)測數(shù)據(jù)(圖3)顯示，2010—2018年南湖水體中TN、TP、氨氮濃度與CODMn整體均呈下降趨勢(shì)，說明南湖水質(zhì)呈逐步改善趨勢(shì)。2018年，南湖水體中TN、TP、氨氮濃度和CODMn分別為3.59、0.16、0.73和4.65 mgL，其中TP為Ⅴ類水質(zhì)，是南湖水體的主要超標(biāo)指標(biāo)之一，其主要來源于周邊河道顆粒態(tài)磷的輸入；TN雖然不參與湖泊水質(zhì)評(píng)價(jià)，但其濃度已經(jīng)超過Ⅴ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)加以關(guān)注；氨氮基本維持在Ⅲ類水質(zhì)水平，且較2010年明顯改善；DO濃度稍有改善，2018年平均值為5.89 mgL，符合Ⅲ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，但局部區(qū)域DO濃度低至3 mgL，為Ⅳ類水質(zhì)水平；生化需氧量(BOD5)總體雖呈降低趨勢(shì)，但空間差異性較大，2018年為1.4～5.9 mgL，平均值為3.59 mgL，大部分區(qū)域滿足Ⅲ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，仍存在一部分區(qū)域處于Ⅳ類水質(zhì)水平。

2.1.3沉水植物缺失，生物多樣性較低

南湖水體中有浮游植物、浮游動(dòng)物和底棲生物檢出，但種類均較少，其中浮游植物有6門24屬29種，浮游動(dòng)物有14種，底棲動(dòng)物有8種；浮游植物、浮游動(dòng)物和底棲生物的密度和生物量也較小，這與馬迎群等[12]的研究結(jié)果相似。同時(shí)，南湖景區(qū)的湖岸帶均已硬質(zhì)化，水生植物普遍缺失，湖體及其周邊未發(fā)現(xiàn)沉水植物分布。

2.2 原因解析

南湖水體水質(zhì)和水生態(tài)問題是自然原因和人為干擾共同作用的結(jié)果。南湖四周地勢(shì)低平，河港縱橫，航運(yùn)發(fā)達(dá)，南湖水由京杭運(yùn)河水系匯流而成，上承長水塘和海鹽塘，下泄于平湖塘和長纖塘。南湖周邊淤積嚴(yán)重的河網(wǎng)，在船體的擾動(dòng)下引起底泥再懸浮，使水體中懸浮物濃度升高，加之嘉興市區(qū)域土壤主要為粉質(zhì)黏土，顆粒細(xì)且不易沉降，從而使水體透明度下降。2018年10月調(diào)查表明，南湖水體懸浮物的中值粒徑為2～10 μm，均值為8.007 μm，懸浮物在無沉水植物的水體中不易沉降。因此，雖然水體氮、磷濃度和CODMn呈顯著下降趨勢(shì)，但水體透明度仍沒有很大改善。

南湖及周邊水體主要位于嘉興市老城區(qū)，由于歷史原因，部分老舊小區(qū)雨污合流、串管，大量生活污水直排入河道，雖然近年來隨著零直排區(qū)的建設(shè)，城市生活污染排放量有所減少，但局部區(qū)域生活污染依然存在。另外，隨著城市化進(jìn)程，嘉興城區(qū)道路、橋梁、建筑物等不可滲透表面不斷增長，降雨徑流滲透量減少，地表徑流量急劇增加[13]。當(dāng)暴雨產(chǎn)生時(shí)，屋面和路面上大量污染物在雨水沖刷下隨徑流通過城市排水管道或漫流進(jìn)入環(huán)城河、南湖等受納水體，形成典型的城市降雨徑流污染，嚴(yán)重制約嘉興城區(qū)水環(huán)境質(zhì)量的改善[14]。加之，隨著中心城區(qū)品質(zhì)提升，園林綠化面積不斷增加，綠化施肥對(duì)水體的影響不可忽視[15]。

3 治理目標(biāo)、思路與措施

3.1 治理目標(biāo)

根據(jù)南湖水質(zhì)與水生態(tài)現(xiàn)狀，提出南湖治理的近期和遠(yuǎn)期目標(biāo)：1)近期目標(biāo)(2019—2021年)為清水、擴(kuò)容。南湖水體透明度提升至80～100 cm，適宜區(qū)恢復(fù)沉水植物，水質(zhì)穩(wěn)定在Ⅳ類～Ⅴ類。2)遠(yuǎn)期目標(biāo)(2021—2025年)為水清、岸綠、景美。在控源和水量優(yōu)化調(diào)控的基礎(chǔ)之上，全面提升水質(zhì)，水體透明度提升至100 cm以上，總體水質(zhì)基本達(dá)到Ⅲ類；沉水植物覆蓋度恢復(fù)至30%以上，水生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)到自然良性循環(huán)狀態(tài)。

3.2 水質(zhì)提升思路

針對(duì)南湖的主要水質(zhì)與水生態(tài)環(huán)境問題，以提升南湖水體透明度和改善水質(zhì)為核心目標(biāo)，以降低水體懸浮物濃度為重要抓手，在深入研究污染源發(fā)生機(jī)理、輸移規(guī)律、入湖通量及其對(duì)南湖水質(zhì)影響機(jī)理的基礎(chǔ)上，根據(jù)生態(tài)學(xué)原理，分析與協(xié)調(diào)湖泊水環(huán)境系統(tǒng)各組成要素之間的關(guān)系，通過現(xiàn)場中試獲取重要工程參數(shù)，提出通過源頭管控、入湖清水廊道構(gòu)建、河口水質(zhì)強(qiáng)化凈化、湖體生境改善、長效管護(hù)措施[16]，達(dá)到控制外源污染、減少內(nèi)源污染、優(yōu)化調(diào)度水量、提高河網(wǎng)水體透明度、構(gòu)建清水型草型水生態(tài)系統(tǒng)的目的，實(shí)現(xiàn)南湖水清、岸綠、景美的人、城、河、湖和諧的江南水鄉(xiāng)景觀。

圖4 南湖水質(zhì)提升思路Fig.4 Ideas of water quality improvement for Nanhu Lake

3.3 對(duì)策措施

3.3.1源頭管控

源頭管控是南湖水質(zhì)改善和水生態(tài)恢復(fù)的前提。源頭管控主要措施：統(tǒng)籌推進(jìn)南湖周邊區(qū)域污水管網(wǎng)建設(shè)與改造，邊排查邊整改，大力推進(jìn)精細(xì)化截污和城鎮(zhèn)污水處理設(shè)施的新、改、擴(kuò)建和提標(biāo)改造，著力深化入河排污(水)口整治；以鎮(zhèn)(街道)為創(chuàng)建單元，創(chuàng)建城鎮(zhèn)生活小區(qū)污水零直排區(qū)和其他污染源污水零直排區(qū)。

3.3.2入湖清水廊道構(gòu)建

入湖清水廊道構(gòu)建是南湖水質(zhì)改善和水生態(tài)恢復(fù)的基礎(chǔ)，主要包括2項(xiàng)措施：1)入湖水量優(yōu)化調(diào)度。結(jié)合市區(qū)“防洪大包圍”，對(duì)杭州塘閘、平湖塘樞紐、三店塘樞紐、穆湖溪樞紐及海鹽塘樞紐進(jìn)行改造，在確保防洪排澇的基礎(chǔ)上，通過泵閘的調(diào)度，持續(xù)增加南部懸浮物濃度較低的水體的持續(xù)輸入，改善南湖總體水環(huán)境質(zhì)量。2)入湖河流原位及異位濕地構(gòu)建。利用植物園濕地、中央公園濕地現(xiàn)有的坑塘系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)改造，通過沉水植物恢復(fù)、人工曝氣、過濾攔截等強(qiáng)化凈化措施，對(duì)海鹽塘部分水體進(jìn)行強(qiáng)化凈化，降低水體懸浮物濃度，減少其輸入南湖的懸浮物量；同時(shí)，在海鹽塘、長水塘等入湖河流適宜區(qū)開展沉水植物恢復(fù)工程。

3.3.3河口水質(zhì)強(qiáng)化凈化

河口水質(zhì)強(qiáng)化凈化是南湖水環(huán)境質(zhì)量改善的保障，主要包括3項(xiàng)措施：1)前置庫工程。對(duì)已有的景觀坑塘進(jìn)行改造，設(shè)置一級(jí)沉淀塘和二級(jí)水生植物塘。一級(jí)沉淀塘設(shè)在水流上游，以沉淀大顆粒懸浮物為主，兼具水質(zhì)凈化功能；二級(jí)水生植物塘一方面去除10 μm以下小顆粒懸浮物，另一方面去除水質(zhì)的化學(xué)污染指標(biāo)，生態(tài)塘出水通過暗涵排入南湖。2)河口疏浚。以興洪通道為邊界條件，開展底泥水利疏浚，增強(qiáng)水體流動(dòng)性和自凈能力，恢復(fù)清水通道功能。3)生態(tài)應(yīng)急補(bǔ)水工程。在南湖沉水植物恢復(fù)初期，通過占地面積較小的補(bǔ)水設(shè)備，在短時(shí)間內(nèi)快速除磷降濁，提升湖區(qū)水體透明度，為后期的沉水植物恢復(fù)創(chuàng)造條件。

3.3.4湖體生境改善

湖體生境改善是南湖水質(zhì)改善和水生態(tài)恢復(fù)的是核心，主要包括3項(xiàng)措施：1)湖區(qū)游船改造和管理。南湖游船對(duì)水體的擾動(dòng)主要是游船螺旋槳產(chǎn)生射流，使橫向和豎向的水體流速發(fā)生改變，造成底泥上浮。建議通過數(shù)字模型進(jìn)行模擬研究，對(duì)現(xiàn)有游船改造方案進(jìn)行模型優(yōu)化和驗(yàn)證。2)局部區(qū)域底泥環(huán)保疏浚。在分析內(nèi)源污染物釋放、底泥再懸浮條件、污染底泥深度、船舶擾動(dòng)范圍的基礎(chǔ)上，進(jìn)行底泥清淤范圍和深度的確定。通過局部環(huán)保疏浚，對(duì)易受游船航行擾動(dòng)影響的區(qū)域進(jìn)行底泥清理，將底泥上層易受擾動(dòng)的小顆粒浮泥清除，減少底泥的再懸浮。3)活水植物修復(fù)。在水體透明度和水深測量的基礎(chǔ)之上，對(duì)南湖沉水植物恢復(fù)區(qū)域進(jìn)行合理劃分，在適宜區(qū)開展沉水植物恢復(fù)工程，構(gòu)建草型生態(tài)系統(tǒng)。

3.3.5長效管護(hù)

長效管護(hù)是南湖水環(huán)境質(zhì)量持續(xù)改善的重要依托，主要包括2項(xiàng)措施：1)在進(jìn)行日常水面保潔的同時(shí)，對(duì)沉水植物缺損的水域適時(shí)進(jìn)行補(bǔ)種，對(duì)由于水位波動(dòng)長出水面的沉水植物進(jìn)行適當(dāng)?shù)氖崭?，?duì)因游船擾動(dòng)而引起的漂浮水草進(jìn)行打撈。2)加強(qiáng)監(jiān)測、評(píng)估。開展南湖及周邊水體水質(zhì)與浮游植物、浮游動(dòng)物和底棲生物等水生生物的調(diào)查和評(píng)估，對(duì)沉水植物的種類和密度進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，為后續(xù)生態(tài)修復(fù)提供依據(jù)。

4 結(jié)語

南湖主要水環(huán)境問題為水體透明度低、懸浮物濃度高，以及由高濃度懸浮物引起的水體中氮、磷營養(yǎng)鹽濃度居高不下?？紤]到南湖由京杭運(yùn)河水系匯流而成，換水周期為2～3 d，更多為河流屬性，在短期內(nèi)較難實(shí)現(xiàn)水體中TP達(dá)到Ⅲ類水質(zhì)目標(biāo)。因此，近期可采取閘控措施延長南湖的換水周期，遠(yuǎn)期逐步從人工干預(yù)過渡到全流域的自然恢復(fù)。南湖水污染治理和生態(tài)修復(fù)是一個(gè)長期的工程，需要堅(jiān)持政府主導(dǎo)、社會(huì)參與，創(chuàng)新管理體制機(jī)制，突出系統(tǒng)治理、源頭治理、標(biāo)本兼治，通過多角度、全方位、深層次推進(jìn)南湖及周邊河網(wǎng)的水生態(tài)修復(fù)與治理，把南湖打造成平原河網(wǎng)人水相親、人水和諧的典范。