陳昱潼，肖廳廳，張 亞，李 楠.2

（1.中國電建集團貴陽勘測設計研究院有限公司/貴州省建筑信息模型（BIM）工程技術研究中心，貴州貴陽 550081；2.中電建生態(tài)環(huán)境設計研究有限公司，江蘇 蘇州 215100）

隨著我國城鎮(zhèn)化建設的不斷加快，部分城市水資源短缺、水污染加劇、水環(huán)境惡化等問題日益嚴重，但在城市中新建湖泊可以調節(jié)氣候、涵養(yǎng)水源、美化環(huán)境并保護生物多樣性，從而有效改善城市水環(huán)境問題[1]。然而，新建湖泊在建設初期容易出現(xiàn)系統(tǒng)結構不完善，自我調節(jié)能力不足，底泥營養(yǎng)元素釋放等原因引起的嚴重富營養(yǎng)化現(xiàn)象，嚴重影響湖泊景觀、水質、水生態(tài)系統(tǒng)，更有甚者會對人類健康構成嚴重威脅。充足的生態(tài)水量，可以有效的緩解新建湖泊初期的各種問題，因此，生態(tài)需水是保證河湖生態(tài)系統(tǒng)結構、生態(tài)功能、服務功能和特殊性功能的必要因素，也是實現(xiàn)河湖生態(tài)系統(tǒng)健康和水資源可持續(xù)利用的關鍵指標，研究如何從需水需求的角度，厘清生態(tài)需水過程進而保障湖泊水環(huán)境治理和功能具有重要意義[2]。

1 研究方法

1.1 研究區(qū)域概況

儒樂湖位于南昌昌北城區(qū)東北部，上接郭臺村以上幸福河，下游與贛江西河銜接，在與贛江連接處設有水閘，儒樂湖設計正常水位18m，對應水面面積2 950畝，庫容420萬m3。是儒樂湖公園最核心的組成部分。儒樂湖公園規(guī)劃占地6 525畝，建設目標是打造成為“最清、最綠、最酷”的城市湖泊公園，建設成為具有濱江濱湖特色、引領生態(tài)文明建設的大型市民休閑主題公園。儒樂湖流域水系圖見圖1，儒樂湖公園規(guī)劃圖見圖2。

圖1 新建后儒樂湖水系圖

圖2 儒樂湖公園規(guī)劃圖

儒樂湖原本為季節(jié)性湖泊，匯水面積15.7 km2，來水量較少。儒樂湖西側原經(jīng)下莊湖入贛江西河的幸福河由郭臺村附近改線，匯入儒樂湖后排入贛江西河，進而解決下莊湖區(qū)建設用地的困難并減輕區(qū)域防洪負擔。新建儒樂湖的集水面積為176 km2。多年平均流量為2.7 m3/s，多年平均徑流量8 520萬m3。

幸福河作為新建儒樂湖主要來水水源，其上游兩岸用地以農(nóng)田水稻種植為主，水體含沙量較大，農(nóng)業(yè)面源污染物直接入河水質較差。儒樂湖湖區(qū)用地現(xiàn)狀以水稻田（已清退）和養(yǎng)殖場為主，湖區(qū)土壤植物根系及雜草分布，蓄水后會造成植物根莖腐爛，水質富營養(yǎng)，會對水體的觀感及水質造成影響[3]。

由于初期來水幸福河水質較差，加之水體換水頻率不穩(wěn)定，湖體附近污染物入湖大量聚集，蓄水后容易出現(xiàn)水體初級生產(chǎn)力異常增殖，致使水體透明度下降，溶解氧降低，水生生物死亡，水味變腥臭等情況。需要進行換水和控制水源水質，否則很難維持湖泊水質穩(wěn)定、生態(tài)系統(tǒng)健康持續(xù)發(fā)展。

1.2 新建湖泊生態(tài)需水計算方法

根據(jù)湖泊的生態(tài)情況、環(huán)境狀況、社會特性以及人類對湖泊干擾程度等，可以將湖泊分為自然湖泊和人工湖泊，新建湖泊是人工湖泊的一種。湖泊最小生態(tài)需水量計算方法眾多，主要集中在從水文學角度與生態(tài)學角度兩方面，在計算生態(tài)需水時主要考慮湖泊水位、出入湖水量，以及湖泊水生生物等因素[4]。

城市湖泊多形成于低洼滯洪區(qū)，屬于城市中地形條件較的低區(qū)域，低洼區(qū)新建的城市湖泊普遍會存在沿河污染物直接入湖、初期雨水滲流、支流水系洪期泥沙不斷入湖等水質安全隱患[5]。依據(jù)新建湖泊的生態(tài)環(huán)境特征、生態(tài)系統(tǒng)管理目標、社會經(jīng)濟，以及資料短缺的情況，本研究選擇基于水文學的換水周期法計算生態(tài)需水量。

換水周期[6]是指水量吐納更新一次所需的時間，是判斷某一湖泊水資源能否持續(xù)利用和能否保持良好水質的一項重要指標。通常采用湖庫完全混合的零維水質模型，估算湖泊的年適宜需水量。計算公式為：

式中：T為換水周期，V為湖泊庫容，Q為平衡時流入與流出湖庫的年均徑流量（即多年平均換水量）。

假定換水過程中湖庫體積保持不變，污染物均勻混合，可建立湖庫完全混合零維模型并求解：

2 結果與討論

2.1 換水周期計算結果

根據(jù)儒樂湖實際監(jiān)測水質數(shù)據(jù)，湖體主要超標因子為NH3-N、TP，2021年枯期平均濃度分別為5.4 mg/L、0.41 mg/L，為劣V類水體，可作為初始濃度進行計算。入湖水源參考上游溪霞水庫和贛江水質按III類水質設置，目標水質按III類、IV類水質分別測算，計算結果如下：

目標水質為III類時，按0.5年換水一次，可以使NH3-N超標的劣Ⅴ類湖水在1年后達標；按0.2年換水一次，可以使TP超標的劣Ⅴ類湖水在1年后達標；因此綜合換水周期為0.2年，可使儒樂湖湖水一年后達到Ⅲ類水質標準，生態(tài)需水量為2 100萬mm3，生態(tài)需水占儒樂湖多年平均徑流量的25%，占比較大；如考慮兩年內達標，則需半年換水一次，年均生態(tài)需水量為840萬mm3（如表2.1所示）。

表2.1 儒樂湖需水量成果表

目標水質為IV類時，一年一換水即可使NH3-N超標的劣Ⅴ類湖水在1年后達達標；按0.6年換水一次，可以使TP超標的劣Ⅴ類湖水在1年后達標；因此綜合換水周期為0.6年，可使儒樂湖湖水一年后達到IV類水質標準，生態(tài)需水量為717萬mm3。

實際情況中，由于城市區(qū)域污水、雨水等的入湖，湖泊污染負荷較大，實際換水周期應遠小于計算所需換水周期。根據(jù)相關研究和國內成功治理經(jīng)驗，要保障湖泊水質較好，城市湖泊換水周期平均為20天至60天[7]?？紤]到儒樂湖周圍補水水源水質不穩(wěn)定及周圍污染物負荷較高的影響，需要適當調整換水周期，提高換水頻率。

考慮季節(jié)差異和實際調查結果，儒樂湖流域汛期降雨較為豐富，水體流速較高自凈能力較強，湖泊發(fā)生水體污染的可能性低，可適當延長換水周期；枯期降雨量少，需要增加換水頻率，以保證湖泊水質，滿足生態(tài)環(huán)境及景觀需要。

考慮到現(xiàn)在城市水資源緊張，生態(tài)需水量計算需同時兼顧經(jīng)濟合理性，因此儒樂湖新建的1～3年，建議維持較為穩(wěn)定的換水頻率以保障湖泊水質，更快構建穩(wěn)定的生態(tài)系統(tǒng)；待上游來水水質穩(wěn)定，湖周入湖污染源得到全面控制、湖泊自身水質及生態(tài)系統(tǒng)基本穩(wěn)定成熟以后，可逐漸降低湖泊的換水頻率，生態(tài)需水量也將大大減少，只需枯期換水一次即可保障水質達標。

3 其他保障措施

3.1 入湖污染物控制

面源治理：根據(jù)已有的研究成果，鄱陽湖流域水體富營養(yǎng)化主要由于面源N、P污染引起[8]，主要來源于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的化肥農(nóng)藥。儒樂湖流域現(xiàn)狀主要為農(nóng)業(yè)用地，根據(jù)城市總體規(guī)劃土地利用情況，流域范圍大部分規(guī)劃為城市建設用地，用地性質的改變也意味著入湖主要污染源會逐步改變，因此需要從農(nóng)業(yè)面源和初期雨水兩個方面開展面源治理。

生活污水處理：儒樂湖上游有很多村莊，初步調查大約5萬人居住在這個片區(qū)，隨著生活條件的提高污水排放量越來越大，需要完善污水處理設施提質增效，消除黑臭水體及管網(wǎng)空白區(qū)，提高污水收集處理率，減少生活污水入河入湖。

畜禽養(yǎng)殖污染治理：根據(jù)現(xiàn)狀調查，儒樂湖流域存在畜禽養(yǎng)殖小區(qū)和分散型畜禽養(yǎng)殖戶，畜禽養(yǎng)殖污水主要來自畜禽養(yǎng)殖圈舍的沖洗水和沖糞水，現(xiàn)狀均未處理直接入河入湖。對于畜禽養(yǎng)殖污水的處理，目標污染物是碳源有機物和氮源有機物以及磷。應結合成立禁養(yǎng)區(qū)、規(guī)范化養(yǎng)殖等管理措施，減少分散養(yǎng)殖，同時對集中規(guī)?；B(yǎng)殖根據(jù)國家要求增加污水和固體廢物相應的處理措施，減少污染物入湖。

內源治理：湖泊底泥作為內源污染一直以來都是影響湖泊運行的主要污染源，新建湖泊由于建湖之前作為耕地或者沼澤區(qū)，土壤中存在化肥農(nóng)藥殘留以及動植物殘軀，不同于傳統(tǒng)意義上湖泊底泥，因此清除和治理措施應區(qū)別對待。儒樂湖臨贛江側淤泥主要為沼澤區(qū)，淤泥類型接近傳統(tǒng)淤泥，上游區(qū)域為耕地，土壤中化肥農(nóng)藥及植物殘留大量存在，需要根據(jù)具體情況深入研究，找出主要污染物，制定不同類型污染物處理措施。

3.2 湖泊水生態(tài)系統(tǒng)構建

需要以儒樂湖為依托對應，從維持水生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定與健康發(fā)展的角度出發(fā)，探索并建立經(jīng)濟且有效的水生動植物群落運行管理辦法，制定有針對性的穩(wěn)定完善的水生動植物群落構建方案。水生植物群落構建注重于沉水植物群落構建及挺水植物群落構建；沉水植物對水體的營養(yǎng)鹽具有吸收、吸附、促沉降，防底泥再懸浮的功能；挺水植物的根系發(fā)達，可以通過根系向沉積物輸送氧氣，改善沉積物氧化還原條件，減少氮、磷等營養(yǎng)鹽的釋放，減少沉積物再懸浮。水生動物群落構建主要為大型底棲動物和魚類群落構建。建議深入開展以下研究：根據(jù)不同水生植物的凈化效果、耐受性以及生長特性，探索不同水生植物搭配組合的合理性、可行性以及景觀效果；探索水生動物投放數(shù)量的科學計算方法，規(guī)范水生動物投放比例；以食物鏈網(wǎng)理論為依據(jù)，探索水生動物的投放時間節(jié)點組合，建立規(guī)范化的水生動物投放序列等。