平原河网景观湖泊水质提升关键问题分析与对策研究——以嘉兴南湖为例

王书航，郑朔方，尚晓，姜霞*

1.湖泊水污染治理与生态修复技术国家工程实验室，中国环境科学研究院 2.国家环境保护湖泊污染控制重点实验室，中国环境科学研究院 3.中交上海航道勘察设计研究院有限公司

城市水环境质量提升是生态文明建设的重要内容之一。太湖流域平原河网区作为我国城市化程度较高的区域之一，城市水环境问题十分突出，尤其是作为河流蓄泄的枢纽湖泊，其水环境治理一直是太湖流域生态环境攻克的难点[1-2]。嘉兴市是典型的杭嘉湖平原河网区，其是太湖边的浅碟形洼地，市域内河网纵横交错，人口密集。近年来，随着“五水共治”工作的开展，违法违规企业关停并转迁、生活污水与园区废水收集管网建设、污水处理厂提标改造、农村分散式污水处理设施建设等实施力度不断加大，嘉兴市水环境质量总体上明显改善[3]。作为嘉兴市“金名片”的南湖水体中总氮(TN)、总磷(TP)、氨氮浓度和高锰酸盐指数(CODMn)呈下降趋势，但代表感官指标的水体透明度仍较低，悬浮物浓度居高不下，TP浓度远高于水环境功能区考核的GB 3838—2002《地表水环境质量标准》中Ⅲ类水质标准[3]。

笔者基于南湖水环境特征详细调查成果[4-7]，分析南湖水环境主要问题，提出以降低水体中悬浮物浓度、提高水体透明度为核心，通过实施源头管控、入湖清水廊道构建、河口水质强化净化、湖体生境改善和长效管护五大措施，力争实现南湖水资源可持续高效利用与水生态系统改善，以期为嘉兴市及平原河网区水环境治理提供参考与支撑。

1 研究区概况

南湖(120°76′E，30°76′N)位于浙江省嘉兴市南湖区，湖体南北长、东西狭，常年水面面积为0.42 km2，是嘉兴市各主要河流蓄泄的枢纽，是海盐塘、平湖塘、嘉善塘等多条河流的起点、终点交汇处(图1)。南湖周边人口密度高，建设用地面积占比高。南湖是中国共产党诞生之地，属于红色旅游圣地，对生态环境要求很高[8]。

图1 南湖及周边水体示意Fig.1 Nanhu Lake and its surrounding waters

2 主要问题识别与原因解析

2.1 主要问题识别

2.1.1水体透明度低，悬浮物浓度高

2018年10月，南湖水体透明度为10～46 cm，均值为24.8 cm，整体较低；南湖周边水体透明度为8～71 cm，均值为27.6 cm，不同区域差异相对较大；南湖水体中悬浮物浓度为29.2～75.2 mgL，均值为39.0 mgL；南湖周边水体中悬浮物浓度为10.0～230.7 mgL，均值为63.1 mgL(图2)，尤其是杭州塘、苏州塘水体中携带大量的泥沙，其悬浮物浓度高值是南湖的3倍多[4]。京杭运河水是南湖水的主要来源之一，其水体中高悬浮物浓度对南湖水质造成较大影响。

注：曲线为各采样点数据的正态分布曲线；横线为各采样点数据的平均值。图2 南湖及周边水体透明度和悬浮物浓度分布特征[4,7]Fig.2 Distribution characteristics of water transparency and suspended solids in Nanhu Lake and its surrounding waters

通过对比发现，南湖水体中悬浮物浓度明显低于周边水体，但其水体透明度并不高，这可能是因为周边河流携带的悬浮物输入到宽阔的南湖水体时，水动力减弱，部分大粒径悬浮物沉降下来，但10 μm以下的悬浮物很难通过重力得到沉降。经测定，南湖水体悬浮物中粒径小于10 μm的颗粒物占比平均值高达58.94%[4]，说明南湖水体中悬浮物以不易沉降的细小颗粒物为主。细小颗粒物浓度高，增加了水体对光辐射的衰减，从而降低了水体透明度[9-11]。

2.1.2水质总体向好，但氮、磷营养盐浓度居高不下

图3 南湖主要水质指标年际变化Fig.3 Interannual variation tendencies of major water quality indexes in Nanhu Lake

南湖主要水质指标监测数据(图3)显示，2010—2018年南湖水体中TN、TP、氨氮浓度与CODMn整体均呈下降趋势，说明南湖水质呈逐步改善趋势。2018年，南湖水体中TN、TP、氨氮浓度和CODMn分别为3.59、0.16、0.73和4.65 mgL，其中TP为Ⅴ类水质，是南湖水体的主要超标指标之一，其主要来源于周边河道颗粒态磷的输入；TN虽然不参与湖泊水质评价，但其浓度已经超过Ⅴ类水质标准，应加以关注；氨氮基本维持在Ⅲ类水质水平，且较2010年明显改善；DO浓度稍有改善，2018年平均值为5.89 mgL，符合Ⅲ类水质标准，但局部区域DO浓度低至3 mgL，为Ⅳ类水质水平；生化需氧量(BOD5)总体虽呈降低趋势，但空间差异性较大，2018年为1.4～5.9 mgL，平均值为3.59 mgL，大部分区域满足Ⅲ类水质标准，仍存在一部分区域处于Ⅳ类水质水平。

2.1.3沉水植物缺失，生物多样性较低

南湖水体中有浮游植物、浮游动物和底栖生物检出，但种类均较少，其中浮游植物有6门24属29种，浮游动物有14种，底栖动物有8种；浮游植物、浮游动物和底栖生物的密度和生物量也较小，这与马迎群等[12]的研究结果相似。同时，南湖景区的湖岸带均已硬质化，水生植物普遍缺失，湖体及其周边未发现沉水植物分布。

2.2 原因解析

南湖水体水质和水生态问题是自然原因和人为干扰共同作用的结果。南湖四周地势低平，河港纵横，航运发达，南湖水由京杭运河水系汇流而成，上承长水塘和海盐塘，下泄于平湖塘和长纤塘。南湖周边淤积严重的河网，在船体的扰动下引起底泥再悬浮，使水体中悬浮物浓度升高，加之嘉兴市区域土壤主要为粉质黏土，颗粒细且不易沉降，从而使水体透明度下降。2018年10月调查表明，南湖水体悬浮物的中值粒径为2～10 μm，均值为8.007 μm，悬浮物在无沉水植物的水体中不易沉降。因此，虽然水体氮、磷浓度和CODMn呈显著下降趋势，但水体透明度仍没有很大改善。

南湖及周边水体主要位于嘉兴市老城区，由于历史原因，部分老旧小区雨污合流、串管，大量生活污水直排入河道，虽然近年来随着零直排区的建设，城市生活污染排放量有所减少，但局部区域生活污染依然存在。另外，随着城市化进程，嘉兴城区道路、桥梁、建筑物等不可渗透表面不断增长，降雨径流渗透量减少，地表径流量急剧增加[13]。当暴雨产生时，屋面和路面上大量污染物在雨水冲刷下随径流通过城市排水管道或漫流进入环城河、南湖等受纳水体，形成典型的城市降雨径流污染，严重制约嘉兴城区水环境质量的改善[14]。加之，随着中心城区品质提升，园林绿化面积不断增加，绿化施肥对水体的影响不可忽视[15]。

3 治理目标、思路与措施

3.1 治理目标

根据南湖水质与水生态现状，提出南湖治理的近期和远期目标：1)近期目标(2019—2021年)为清水、扩容。南湖水体透明度提升至80～100 cm，适宜区恢复沉水植物，水质稳定在Ⅳ类～Ⅴ类。2)远期目标(2021—2025年)为水清、岸绿、景美。在控源和水量优化调控的基础之上，全面提升水质，水体透明度提升至100 cm以上，总体水质基本达到Ⅲ类；沉水植物覆盖度恢复至30%以上，水生态系统恢复到自然良性循环状态。

3.2 水质提升思路

针对南湖的主要水质与水生态环境问题，以提升南湖水体透明度和改善水质为核心目标，以降低水体悬浮物浓度为重要抓手，在深入研究污染源发生机理、输移规律、入湖通量及其对南湖水质影响机理的基础上，根据生态学原理，分析与协调湖泊水环境系统各组成要素之间的关系，通过现场中试获取重要工程参数，提出通过源头管控、入湖清水廊道构建、河口水质强化净化、湖体生境改善、长效管护措施[16]，达到控制外源污染、减少内源污染、优化调度水量、提高河网水体透明度、构建清水型草型水生态系统的目的，实现南湖水清、岸绿、景美的人、城、河、湖和谐的江南水乡景观。

图4 南湖水质提升思路Fig.4 Ideas of water quality improvement for Nanhu Lake

3.3 对策措施

3.3.1源头管控

源头管控是南湖水质改善和水生态恢复的前提。源头管控主要措施：统筹推进南湖周边区域污水管网建设与改造，边排查边整改，大力推进精细化截污和城镇污水处理设施的新、改、扩建和提标改造，着力深化入河排污(水)口整治；以镇(街道)为创建单元，创建城镇生活小区污水零直排区和其他污染源污水零直排区。

3.3.2入湖清水廊道构建

入湖清水廊道构建是南湖水质改善和水生态恢复的基础，主要包括2项措施：1)入湖水量优化调度。结合市区“防洪大包围”，对杭州塘闸、平湖塘枢纽、三店塘枢纽、穆湖溪枢纽及海盐塘枢纽进行改造，在确保防洪排涝的基础上，通过泵闸的调度，持续增加南部悬浮物浓度较低的水体的持续输入，改善南湖总体水环境质量。2)入湖河流原位及异位湿地构建。利用植物园湿地、中央公园湿地现有的坑塘系统进行升级改造，通过沉水植物恢复、人工曝气、过滤拦截等强化净化措施，对海盐塘部分水体进行强化净化，降低水体悬浮物浓度，减少其输入南湖的悬浮物量；同时，在海盐塘、长水塘等入湖河流适宜区开展沉水植物恢复工程。

3.3.3河口水质强化净化

河口水质强化净化是南湖水环境质量改善的保障，主要包括3项措施：1)前置库工程。对已有的景观坑塘进行改造，设置一级沉淀塘和二级水生植物塘。一级沉淀塘设在水流上游，以沉淀大颗粒悬浮物为主，兼具水质净化功能；二级水生植物塘一方面去除10 μm以下小颗粒悬浮物，另一方面去除水质的化学污染指标，生态塘出水通过暗涵排入南湖。2)河口疏浚。以兴洪通道为边界条件，开展底泥水利疏浚，增强水体流动性和自净能力，恢复清水通道功能。3)生态应急补水工程。在南湖沉水植物恢复初期，通过占地面积较小的补水设备，在短时间内快速除磷降浊，提升湖区水体透明度，为后期的沉水植物恢复创造条件。

3.3.4湖体生境改善

湖体生境改善是南湖水质改善和水生态恢复的是核心，主要包括3项措施：1)湖区游船改造和管理。南湖游船对水体的扰动主要是游船螺旋桨产生射流，使横向和竖向的水体流速发生改变，造成底泥上浮。建议通过数字模型进行模拟研究，对现有游船改造方案进行模型优化和验证。2)局部区域底泥环保疏浚。在分析内源污染物释放、底泥再悬浮条件、污染底泥深度、船舶扰动范围的基础上，进行底泥清淤范围和深度的确定。通过局部环保疏浚，对易受游船航行扰动影响的区域进行底泥清理，将底泥上层易受扰动的小颗粒浮泥清除，减少底泥的再悬浮。3)活水植物修复。在水体透明度和水深测量的基础之上，对南湖沉水植物恢复区域进行合理划分，在适宜区开展沉水植物恢复工程，构建草型生态系统。

3.3.5长效管护

长效管护是南湖水环境质量持续改善的重要依托，主要包括2项措施：1)在进行日常水面保洁的同时，对沉水植物缺损的水域适时进行补种，对由于水位波动长出水面的沉水植物进行适当的收割，对因游船扰动而引起的漂浮水草进行打捞。2)加强监测、评估。开展南湖及周边水体水质与浮游植物、浮游动物和底栖生物等水生生物的调查和评估，对沉水植物的种类和密度进行优化调整，为后续生态修复提供依据。

4 结语

南湖主要水环境问题为水体透明度低、悬浮物浓度高，以及由高浓度悬浮物引起的水体中氮、磷营养盐浓度居高不下。考虑到南湖由京杭运河水系汇流而成，换水周期为2～3 d，更多为河流属性，在短期内较难实现水体中TP达到Ⅲ类水质目标。因此，近期可采取闸控措施延长南湖的换水周期，远期逐步从人工干预过渡到全流域的自然恢复。南湖水污染治理和生态修复是一个长期的工程，需要坚持政府主导、社会参与，创新管理体制机制，突出系统治理、源头治理、标本兼治，通过多角度、全方位、深层次推进南湖及周边河网的水生态修复与治理，把南湖打造成平原河网人水相亲、人水和谐的典范。