十全湖退渔还湖生态修复方案研究

陈运梅，喻 婷，陈晓群，吴雪洁，张秀莲

(湖北省水利水电科学研究院，湖北 武汉 430070)

十全湖位于东经113.42°～113.45°，北纬30.30°～30.32°之间，毗邻仙桃市主城区西南区。十全湖流域总面积 15.37 km2。受农业种植和淡水养殖业发展的影响，目前十全湖湖区已被围垦殆尽。由于围垦被土埂阻隔，破坏了湖泊生态环境和调蓄功能，排涝压力增大，减弱了天然的调蓄作用和纳污自净的能力，生物多样性急剧下降。加之城市工业废水的排放，造成湖区内水土污染，部分鱼塘、农田污染严重，生态系统遭到破坏，对现状当地居民健康安全形成较大威胁。

根据《仙桃市城乡总体规划(2008-2030)》，十全湖及其周边河渠被纳入新城区建设范围。十全湖湖区在十全湖休闲公园中心地带，湖区周围规划为适合人居的生态社区，故仙桃市新城市建设的需要对十全湖的生态修复提出了新的要求。因此，十全湖退渔还湖生态修复工程的尽快实施对区域降低区域排涝压力，改善湖泊水生态环境是十分迫切的。

1 十全湖现状

1)湖泊形态现状。受农业种植和淡水养殖业发展的影响，目前十全湖湖区已被围垦殆尽，取而代之的是约3 000 m2的浅水池塘和17 000 m2的水田，降低了湖泊调蓄能力，影响了湖泊纳污自净能力；同时湖泊水深过浅，限制了生物多样性的发展，打破了湖泊原有生态体系。十全湖被鱼塘和水田分割，影响了水体交换，阻碍了水生生物洄游，破坏了湖泊生态环境[1]。

2)湖泊水质现状。受农业种植业和淡水养殖业的影响，十全湖湖区的面源污染比较严重，水质情况恶劣。受浅水环境的影响，十全湖自净能力较差；水系不连通，水质得不到改善。根据环保部门的监测数据，十全湖目前水质为IV～V类，主要超标污染物为总氮、高锰酸盐指数。

3)湖泊水生态现状。十全湖拟恢复湖区现状多为围湖养鱼的鱼塘和种植莲藕的藕塘，彼此由田埂隔离，生物交换通道中断或受阻，导致湖泊调蓄能力减小，生态功能退化严重；同时多年渔业养殖产生的鱼类排泄物和投肥污染积累在底泥中，以及莲藕死亡后的腐败物也聚集在底质中，导致湖底淤积和污染严重；鱼类养殖以四大家鱼为主，主要有青鱼、白鲢、团头鲂、鲫鱼、草鱼、鲤鱼、鳙鱼等；湖周边的田埂周围存在挺水植物群落，主要有芦苇、香蒲等。总体评价湖泊生态功能单一，基本受人为活动支配。

总的来说，十全湖目前已丧失防洪调蓄、水量供给和休闲旅行等功能。根据《湖北省湖泊保护条例》，亟需开展十全湖修复和保护工作。

2 退渔还湖工程方案研究

2.1 湖泊规模确定

十全湖退渔还湖生态修复工程通过清淤扩大湖泊调蓄容积可将工程区的排涝标准提高到20年一遇。十全湖湖容的确定方法：先确定湖泊最低生态水位和湖泊调蓄水深，并通过位于湖泊出口渠尾段东风泵站的水位推算十全湖的特征水位，从而推算十全湖退渔还湖后的湖容曲线。

由于缺乏历史长期的水文和湖泊特性数据，不能使用天然水位资料统计法和湖泊形态分析法确定湖泊的最低生态水深。因此，本次主要使用功能法、经验法和湖泊纳污能力推算三种方法推算湖泊最低设计水深，并参照相关研究确定十全湖的最低生态水深为1.3 m。

2.1.1 湖泊最低设计水深

1)采用功能法推算湖泊最低生态水深。根据生态系统功能，确定湖泊最低生态水深主要考虑渔业、旅游业、芦苇以及其他水生植物所需要的水深。由植物学原理可知，芦苇等挺水植物的生长水深最小应满足0.8 m。基于动物学原理，平原湖区当水深在1.3 m左右时，是鱼、虾、河蟹和元鱼等生存所需要的最佳水深。对旅游休闲来说，主要包括划船、垂钓以及其他水上娱乐等。一般来说，当水深达到0.7 m时即可满足旅游休闲功能的需求。因此，初步确定十全湖的最低生态水深为1.3 m。

2)采用经验法推算湖泊最低设计水深。无论初始水位如何，水位的永久性抬升或降低，会导致湖泊物种多样性的减少和植被覆盖度降低，随着时间的推移，部分地区的物种会慢慢恢复以适应新的水位，但也有地区物种长时间后仍无法自行恢复；水位波动幅度的增加或减少对植被的影响不尽相同，从无波动到高波动，物种多样性经历先增加后减少的过程，对于多数调控而言，1～2 m的年内变幅对生态系统生物多样性的增加和稳定最为有利。根据相关研究，洪泽湖生态系统的最低生态水深为1.24 m，洪湖生态系统的最低生态水深为1.14 m，南四湖生态系统的最低生态水深为1 m。综上所述，初步确定十全湖的设计最低生态水深为1.3 m。

3)采用湖泊纳污能力推算湖泊最低设计水深。根据《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)，按《仙桃市十全湖生态修复项目》规划，十全湖的水质以Ⅳ类水质标准计。

在规划区内，城镇生活和生产污水均由污水管网统一排入污水厂进行处理，不进入十全湖；同时十全湖以休闲旅游为主，湖区不存在水产养殖情况。十全湖周边无点源污染和内源污染，其主要污染源为大气沉降污染、屋面径流污染、街道径流污染、建筑工地地表径流和排水灌渠沉积物污染等面源污染。借鉴武汉市雨水污染物监测结果，单位面积径流污染物负荷中COD、BOD、SS、TN和TP分别为52.5、25.3、117.8、20.1和2.66 kg/(ha*a)。十全湖的承雨面积为15.37 km2，计算得到COD、BOD、SS、TN和TP年入湖总量分别为80.69、38.87、181.06、30.89 t和4.09 t。十全湖设计水质中COD、TN和TP的浓度分别为30、1.5 mg/L和0.1 mg/L，为达到设计水质，则分别需要268.98、2 059.58万m3和4 088.42万m3的水量对污染物进行稀释。若以湖区面积为承水面积，则湖区设计深度分别为0.13、1.03 m和2.04 m，根据取大值原则初步确定十全湖的最低水深为2.04 m。

4)最低生态水深比选。根据上述的计算结果，十全湖的最低生态水深有1.30和2.04 m两种设计方案。在第一种方案下，工程量和经济预算较小，但需要借助水生态修复工程对入湖污染物进行净化以维持十全湖的水环境健康发展；在第二种方案下，工程量和经济预算较第一种方案显著增大，但方案实施后主要依靠水体自净能力净化水质，而对水生态修复过程考虑较少。根据功能定位，十全湖以休闲旅游为主，水生态修复和滨水绿化工程是本次规划的主要内容之一。因此，在水生态修复和滨水绿化工程建设过程可以兼具对入湖污染的净化。综上所述，选择1.30 m的最小水深设计方案比较合理。

2.1.2 湖泊调蓄水深

规划区属于湿润平原河网区域，其洪水过程受集中降水过程的影响较大，而在湿润地区，一次大暴雨事件的降水量主要集中分布在1 d之内。由1957～2016年规划区年最大1 d降水量统计结果可知，1961、1969、1991和2011年的最大1 d降水量均接近190 mm，与P=5%的设计1 d最大暴雨量接近，因此本项目采用20年一遇的设计暴雨对规划区的水文过程进行研究。由《灌溉与排水工程设计规范》(GB 50288-2018)可知，旱作区一般可采用1～3 d暴雨从作物受淹起1～3 d排至田面无积水。规划区属城镇区域，其排水模数则与旱作区类似，且排水效率应进一步提高，因此确定规划区的排涝标准为20年一遇最大1 d暴雨1 d排完。

由规划区的排涝体系可知，排区多余的水量通过升级改造后的东风泵站，以18 m3/s的流量排入到通顺河，从而可以确定排区的设计排涝流量为18 m3/s。计算得到规划区的调蓄水量为83.08万m3。在规划区内，调蓄起始水深为设计最小生态水位，即1.3 m，在此基础上增加调蓄湖容83.08万m3。计算得到十全湖需增加的调蓄水深为0.42 m。

2.1.3 湖泊湖容曲线的确定

东风泵站进水池设计运行水位为21.63 m，最低运行水位为21.33 m，最高运行水位为22.13 m。考虑十全湖至东风泵站径流过程中存在的沿程水头损失，根据沿程比降、流量、建筑物等情况，通过试算法进行水面线推算。

水面线推求采用实测地形图进行计算。本次工程范围内的河道宽为5～10 m，属小型河道，河道顺直，河岸阻力较小，考虑生态护岸工程的实施，本次计算选取主槽糙率为0.035。根据东风泵站的最高运行水位按水面线推求至十全湖处，得到十全湖的控制水位为22.26 m。因此，两者比较得到十全湖的设计水位为22.26 m，对应湖容为445.9万m3。东风泵站的最低运行水位为21.33 m，十全湖的最低水位为21.37 m，对应湖容为268.31万m3。由于十全湖的最低生态水深为1.30 m，因此十全湖的设计湖底高程为20.07 m，取为20.00 m。东风泵站进水池设计运行水位为21.63 m，得到湖泊常水位为21.67 m，对应湖容为327.79万m3。计算得到调蓄水深为0.42 m，小于十全湖控制水位与常水位之差(0.59 m),表明十全湖特征水位设计值具有安全合理性。从而得到水位-面积-湖容曲线。

2.2 退鱼还湖工程

2.2.1 清淤工程

根据《仙桃市江汉水城·十全湖生态休闲公园规划》，十全湖公园的用地类型可划分为绿地及水面两部分，面积分别为1.85 km2和2.0 km2。由于湖区现状多数为鱼塘，鱼塘底部高程为22.22～22.80 m，湖岸线所在位置现状地面高程约为22.22～22.80 m，本次设计的湖底开挖高程为20.00 m，常水位为21.67 m，故十全湖的水面形成需进行清淤疏挖而成，开挖的土体回填到湖周围的公园绿地和规划的建设用地，回填后周边地面高程约为23.7 m。

2.2.2 护岸工程

该工程的湖岸断面均为在原地面上开挖和堆土碾压相结合而成，湖区内清淤疏挖的土体回填至十全湖周边规划的建设用地和绿地用地内，据估算回填后湖岸岸顶高程约为23.70 m，根据《公园设计规范》(GB51192-2016)要求，游憩绿地适宜坡度宜为5.0%～20.0%，本次土体回填的绿地岸坡坡度分两个形式：在设置有亲水平台处的绿地岸坡采用20%，其余岸坡采用10%[2]。

由于湖岸岸线布局为不规则线条组成，湖岸结构需进行相应变化。本次设计从结构稳定、景观效果和便于施工等多方面综合考虑， 结合十全湖岸线的不同功能分区采用三种生态护岸型式，分别为自然缓坡入水护岸、人工摆石护岸及硬质护岸(设置亲水平台)三种[3-4]。

1)自然缓坡入水护岸。适用于现状岸坡平缓，沿湖岸绿地面积宽阔，沿线有居民小区，离规划道路有一定距离的岸线。自绿道处以1∶10缓坡接至湖区绿地高程22.26 m。自内湖岸线处以1∶4.0缓坡从高程22.26 m接至设计湖底高程20.00 m。自外湖岸线至内湖岸线间湖区绿地范围可种植各类景观植物，自内湖岸线至湖区水面依次种植各类挺水、浮叶、沉水植物，改善湖区生态环境。

2)人工摆石护岸。适用于湖岸规划为滨水公园的岸线。自绿道处以1∶10缓坡接至湖区绿地高程22.26 m。自内湖岸线处以1∶4.0缓坡从高程22.26 m接至设计湖底高程20.00 m。沿内湖岸线处新建人工摆石护岸，护岸高0.5 m。自外湖岸线至内湖岸线间湖区绿地范围可种植各类景观植物，自内湖岸线至湖区水面依次种植各类挺水、浮叶、沉水植物，改善湖区生态环境。

3)硬质护岸。适用于设置亲水平台的湖岸段。自绿道处以1∶20缓坡接至湖区绿地高程22.26 m，每隔50 m设一条人行慢道至亲水平台。自内湖岸线处以1∶4.0缓坡从高程22.26 m接至设计湖底高程20.00 m。挡墙采用C20混凝土重力式挡墙，墙高1.5 m，顶宽0.5 m，临水面直立，背水面坡比1∶0.4，挡墙底部设100厚砂砾石垫层。

3 湖泊水生态修复工程方案

本工程任务是通过实施退渔还湖、水系连通、水生态保护及修复等措施恢复十全湖水生态，并与仙桃市新城区的城市规划相结合，使十全湖成为水清、岸绿、景美的生态湖泊。十全湖退渔还湖生态修复工程通过清淤扩大湖泊调蓄容积可将工程区的排涝标准提高到20年一遇；通过实施水系连通和水生态保护与修复将十全湖水质保持在Ⅳ类。

3.1 水系连通工程

1)水系连通现状分析。十全湖四面被三条河流围绕，北边为洛江河、西边和南边为通顺河、东边为全东渠(前通河)，十全湖现状为鱼塘和藕塘。湖区内无主要河道支流来水，湖区内灌溉用水通过沙嘴闸抬高汪洲河水位进行引水，经过洛江河流入全东灌渠。湖区内灌溉水系相当发达，由联船灌渠、船东灌渠和11条斗渠斗沟组成的田间工程。 湖区内的排水一部分通过底沟流入全东渠(前通河)，一部分直接流入全东渠(前通河)再经东风闸和东风泵站排入通顺河。

2)水系连通工程。根据《仙桃市江汉水城·十全湖生态休闲公园规划》，十全湖退渔还湖面积200 hm2，定位为十全湖生态休闲公园，湖周围规划为仙桃市政府、生态社区、文体广场等城市用地，无农业用地。为了实现十全湖与周边水系的连通，规划十全湖水系连通线路为：汪洲河→洛江河→全东渠(前通河)→十全湖→底沟→全东渠(前通河)→通顺河。

3.2 湖泊生态修复工程

通过湖盆物理形状改造、底质改善、高等水生植被构建、食物网构建、清水态生态系统优化与稳定等工程措施重建十全湖水生态系统，恢复岸带挺水植被37 500 m2，沉水植被2 km2，并构建与之相协调的食物网。

生态重建完成后，黑藻、金鱼藻、狐尾藻和马来眼子菜等“植冠型”大型沉水植物等覆盖面积1 km2，苦草、微齿眼子菜等不影响景观的“地毯型”沉水植被覆盖面积1 km2。

根据十全湖承雨面积15.37 km2计算，流域内面源污染中总氮和总磷的年入湖总量分别为30.89 t和4.09 t；根据十全湖的引水水源情况，将十全湖的背景水质现状视为Ⅲ类，十全湖以Ⅳ类水质标准计，计算得到十全湖能够容纳的TN为1.64 t，TP为0，因此需要治理的TN和TP年总量分别为29.25 t和4.09 t。由此计算，通过十全湖的生态措施可分别削减下游总氮负荷的56.5%、总磷负荷的84.4%，在很大程度上减小下游的水体富营养化风险。

4 结 语

1)十全湖退渔还湖生态修复工程可以恢复十全湖的湖容，使其充分发挥海绵城市建设中海绵体接纳和调蓄城市洪水的作用，同时水系连通工程中的生态修复模块也可以净化水质，减小城市面源污染对水功能区的不利影响，发挥海绵体的净化水质作用。

2)十全湖水退渔还湖生态修复工程，可加快十全湖与外部水体的交换，促进十全湖水体自净，提高十全湖的水资源承载能力；疏通生物交换通道，改善生境，对于保持生物多样性、塑造良性生态平衡关系具有积极作用。提高湖泊抗干扰和自然修复能力，合理平衡自然功能与社会功能间关系，是保障水生态安全，改善十全湖水生态环境的需要[5]。

3)十全湖退渔还湖生态修复工程，改善周边生态环境，使其充分发挥工程的经济、社会和环境效益。退渔还湖生态修复后的十全湖仙桃城郊地，将会成为仙桃又一个风景优美的城市核心区。对促进项目区经济发展具有十分重要的意义，工程实施对促进地区经济持续稳定发展具有巨大作用，社会、经济效益显著[6]。