2017-2020年巢湖健康状况综合评价研究

高芮　张雷　王兆德　钱圆　钱华

摘 要：开展湖泊生态系统健康状况评价，有助于科学认识湖泊生态系统当前存在的问题与变化趋势，是促进湖泊保护有的放矢的重要手段。本文以我国巢湖为研究对象，在借鉴湖泊健康综合评价相关方法基础之上，结合巢湖特点从物理结构、水环境、水生态、服务功能四个方面构建了巢湖健康状况评价指标体系，评价了2017-2020年巢湖健康状况。结果表明，2017-2020年巢湖物理结构处于健康状况，且有逐年好转的趋势；水环境在波动中有所好转，但均处于亚健康水平，主要因为综合营养状态指数高、底质污染、蓝藻水华频发等；水生态均处于不健康状态，主要影响因素为浮游植物多样性低、水生植物覆盖度低、鱼类保有指数低等；巢湖服务功能为优。巢湖健康状况综合评价为52.5分～56.6分，处于亚健康水平。提升入湖水质达标率、减轻外源输入、控制巢湖底泥内源污染、恢复巢湖水生植被覆盖面积，防控大规模蓝藻水华发生是促进巢湖生态系统健康发展的关键。

关键词：健康评价；水环境；水生态；巢湖

中图分类号：X824  文献标识码：A  文章编号：1673-260X（2023）08-0006-06

湖泊是重要的自然资源，在蓄洪调节、水资源供给方面具有重要的水资源战略价值。湖泊中生物资源丰富，是重要的生物聚集地，在维持区域生态系统平衡和生物多样性方面有特殊功能。由于湖泊在水资源与生物资源方面的重要作用，湖泊一直是人类生产、生活的重要活动场所，在发展灌溉、提供水源、沟通航运、发展渔业生产、观光旅游等方面发挥积极作用。随着人口的快速增长和人类活动强度的持续增大，围湖造田、过度捕捞、围网养殖、工农业生产与生活水污染物大量排放，引发了湖泊面积萎缩、湖泊水体富营养化、湖泊生态系统退化等问题，影响了湖泊生态系统的健康发展[1]。随着我国湖泊水质不断改善，湖泊保护在由单一水质改善向湖泊生态环境系统健康发展方向发展。

作为受流域内人类活动影响较大的生态系统，湖泊生态系统的健康不仅对自身健康发展至关重要，对周围社会服务功能也尤为重要。因此，开展系统评价湖泊生态系统要素的健康状况，及其综合健康状态，是科学认识湖泊生态系统健康的重要手段，是促进湖泊生态环境保护有的放矢和平衡湖泊生态健康和流域经济社会发展相适应的关键所在。由于湖泊生态系统系统的复杂性，对其健康内涵的定义、评价不断发展[2]，由单一的水质、水生态评价转向面向社会发展需求的多因素综合评价[3-5]，并且已在我国、美国、澳大利亚等进行了相关应用[6]。

巢湖位于安徽省中部、长江左岸（东经117°17′～117°52′、北纬31°25′～31°43′）如图1所示，是安徽省最大、我国著名湖泊，是长江下游重要湖泊湿地和长三角重要生态屏障，也是引江济淮流经之地和水源之一，具有调蓄洪水、保障供水、发展航运和守护入江入淮水质、维护生物多样性、营造滨水景观环境等重要作用。巢湖同时是国家重点治理的“三湖”之一，水资源、水生态、水环境、水灾害等新老水问题交织并存。近年来各级政府在巢湖生态环境治理上采取了多重有力措施，但巢湖同时面临着流域人口不断增长、工农业生产不断发展的社会环境压力，巢湖当前健康状况如何，存在哪些不足，有何变化趋势，亟需得到评估研究。因此，本研究在借鉴我国湖泊综合健康评价相关成果基础之上，结合巢湖自身特点，构建了涵盖物理结构、水环境、水生态与社会服务功能四个类型的巢湖健康状况评价指标体系，并对2017-2020年巢湖健康状况进行了评价，分析了巢湖所存在的生态环境问题及未来保护对策。

1 材料与方法

1.1 研究区域概况

巢湖东西长54.5km、南北宽21km，岸线总长181.8km，多年平均水位8.52m，面积为769km²，总蓄水量21.1亿m³。年均入湖水量34.9亿m³，年均出湖水量30亿m³，年均换水周期约168天。巢湖流域总面积13544.7km²。巢湖流域共有出、入湖大小河流40条，呈放射状汇入或流出巢湖。流域多年平均气温16.1℃，多年平均降水量1117mm。巢湖流域土地利用以耕地为主，占60.12%，其次为林地，占17.87%，建设用地占12.79%，水体占9.17%，草地占0.05%。巢湖流域人口快速增长、经济社会发展迅速。从2017到2020年，巢湖流域人口從1023万增加到1187万人。2020巢湖流域以安徽省19.5%的人口贡献了全省29%的GDP。

1.2 巢湖健康状况评价指标体系构建

在参考水利部《河湖健康评价技术导则》（SL/T 793-2020）[7]、中国环境监测总站《湿地生态环境健康评价方法（暂行）》[8]的基础上，结合国内外相关评价方法及巢湖实际情况，从湖泊物理结构、水环境、水生态、服务功能四类指标，每个类型指标包含2～5个具体评价指标，形成巢湖健康状况评价指标体系，如表1所示。四个类型指标中，物理结构重在评价湖泊岸带的物理状态及其变化；水环境则从入湖水质、湖体水质污染状况与富营养化指数、水华状况和底质污染状况5个方面评价巢湖水环境质量及其健康状况；水生态则系统涵盖了浮游植物、浮游动物、底栖动物、大型水生植物、鱼类等五大生物要素，三者相结合由表及里、物理化学与生物因素相结合，充分评估巢湖自身健康状况。而服务功能则从防洪、供水保障、通航保障三个方面评估了巢湖生态系统社会服务功能的特征。

邀请10位环境科学、生态学、湖泊学领域专家，基于层次分析法对该指标体系中各指标的重要性进行判断打分，从而计算出各指标类型的权重及各分项指标的分权重值，如表1所示。根据分项指标评价得分及其分权重，计算出各指标类型得分，再结合各指标类型权重，计算得出巢湖综合健康指数。各分项指标、类型指标以及综合评价结果均采用百分制，均分为优[80，100]、健康[60，80]、亚健康[40，60]、不健康[20，40]、病态[0，20]五个等级。

1.3 评价办法与数据获取

1.3.1 物理结构

湖岸带状况采用湖岸带植被覆盖度与人工干扰度两个指标进行评价，采用现场踏勘和卫星影像相结合的方式。然后分别根据表16与表17[7]进行评判和评分，湖泊面积萎缩比例依据公式（1）计算、依据表12进行评分[7]：

1.3.2 水环境

入湖河流水质达标率采用公式（2）进行评价与赋分：

入湖河流水质达标率得分=（Q₁/Q）×100 （2）

其中Q为河流入湖总水量，Q₁为入湖水质达标水量。鉴于巢湖为营养物质污染性湖泊，水质污染程度选取总氮、总磷、氨氮、高锰酸盐指数计算其综合污染指数，综合污染指数为0.5、0.8、1.0、2.0时分别对应100分、75分、50分和0分，利用插值法计算得分。综合营养状态指数根据《地表水环境质量评价办法》进行评价[10]、根据表19进行插值赋分[7]。水华状况分水华程度与水华规模两个分指标按照表2进行评价，分别取最小得分作为分指标得分；两者分别占水华权重的3/4与1/4。

底质评价分重金属与氮磷两个部分。重金属评价选用汞、铜、砷、铬、铅、镍、镉、锌8个元素，采用地积累指数（Igeo）法[11]，Igeo等于0、1、2、3、4、5时对应评分为60分、50分、40分、30分、20分和0分，取Igeo最高的元素结果进行插值赋分。氮磷污染程度评价采用综合污染指数（FF）[12]，当FF为1.0、1.5、2.0时，分别对应80分、40分与0分，根据FF结果插值赋分。

水环境相关数据为安徽省巢湖管理局环境保护监测站每年监测结果，其中入湖河流水质、巢湖水质、综合营养状态指数为逐月监测数据，水华程度与水华规模为每年4-10月的监测数据，底质为每年一次监测结果。

1.3.3 水生态

浮游植物、浮游动物与底栖动物利用香农-威纳生物多样性指数（H）进行评价，当H为3.0、2.0、1.0、0时，分别对应80分、60分、30分与0分，根据H插值赋分。水生植物采用覆盖度变化比例进行评价，选取1980s巢湖水生植物覆盖度2.54%为评价基准[13]。结合评价时段巢湖水生植物覆盖度，根据计算覆盖度的变化比例[7]、并根据表25赋分[7]。鱼类保有指数为當前鱼类种类数量与历史参考点鱼类种类数量的比值，选取1959-1963年巢湖鱼类种数（85种）作为历史参考点[14]，利用计算结果根据表27赋分[7]。浮游植物、浮游动物与底栖动物为安徽省巢湖管理局环境保护监测站每年分季度监测结果，大型水生植物覆盖度为本研究监测数据，鱼类数据源自《2018年巢湖鱼类资源调查报告》[15]与《2020年巢湖增殖放流效果评估报告》[16]。

1.3.4 服务功能

防洪达标率为已达到防洪标准的堤防长度占堤防总长度的比例，根据表28赋分[7]。综合供水保证包含供水量保证率与水质两个分指标，两者在综合供水保证中所占权重分别为4/5与1/5。水量保证率根据巢湖水源地供水水量保证率，按照表30赋分[7]。水源地水质根据安徽省生态环境厅发布的《安徽省县级行政单位所在城镇集中式生活饮用水水源水质状况》季报，利用公式（3）进行赋分：

2 结果与分析

2.1 物理结构

结合卫星影像和现场勘查结果，2017-2020年巢湖湖岸带植被为重度覆盖，植被覆盖度得75分；湖岸带存在硬质性砌护、建筑物、公路，湖岸带陆域50m内存在沿岸建筑物、公路、农业耕种、存放物料等，人工干扰度得53分；湖岸带状况则得64分。得益于近年环巢湖湿地建设，2017-2020年巢湖湖泊面积萎缩比例由6.52%下降到5.79%，得分由87.8上升至93.7，如图2（a）所示。2017-2020年物理结构得分为74.0～76.5，均处于健康状况，同时呈现进一步好转的态势，如图3（a）所示。

2.2 水环境

2017-2020年入湖河流水质达标率为61.7%～65.1%，对应得分为61.7～65.1，年际间呈波动状态，如图2（b）所示；其中不达标情况主要发生在南淝河、派河与十五里河。水质综合污染指数为1.18～0.84，整体呈递减趋势，对应水质污染程度得分为41.1～70.8，呈逐步上升趋势，表明巢湖水质趋于好转，如图2（c）所示。巢湖综合营养状态指数为55.6～56.6，呈小幅波动状态，对应得分54.4～53.4，表明综合营养状态水平稳定在亚健康状态，如图2（d）所示。

2017-2020年巢湖均有轻度水华发生，水华程度得分为32.7～49.8；2017与2019年水华规模最大为局部性水华，得分58.2与53.8；2018与2020年水华规模最大为区域性水华，得分29.2与29.7。综上，巢湖水华状况为31.8分～51.9分，在不健康～亚健康之间波动，如图2（e）所示。巢湖底泥重金属中镉的地积累指数最高，为0.49～1.70；底泥中氮磷综合污染指数为1.33～2.07，巢湖底质污染程度得分为21.5～55.1，处于不健康或亚健康水平，如图2（f）所示。综合评价上述子指标，2017-2020年巢湖水环境得分为48.5～55.0，水环境健康指数处于波动状态，但均处于亚健康水平，其中巢湖水质污染程度持续改善，底质健康呈下降趋势，如图3（b）所示。

2.3 水生态

2017-2020年，浮游植物香农-威纳指数为0.62～0.95，得分均为30，处于不健康状态，如图2（g）所示；浮游动物香农-威纳指数分别为1.27～2.02，多样性不断升高，前三年得60分，为亚健康，2020年得80分，为健康，如图2（h）所示；底栖动物香农-威纳指数为1.12～1.48，多样性不断降低，但得分均为60，处于亚健康，如图2（i）所示。巢湖水生植物覆盖度为0.96%～1.03%，相较于1980s，水生植物覆盖度变化比例为59.4%～61.8%，得分13.2～15.5，均处于病态，如图2（j）所示。每年发现鱼类45～48种，鱼类保有指数为52.9%～56.5%，得分32.9～36.5处于不健康状态，如图2（k）所示。综合评价上述指标，2017-2020年巢湖水生态得分为35.7～39.2，表明巢湖水生态状况稳定中有所好转，但仍处于不健康状态，如图3（c）所示。

2.4 服务功能

评价时间段内，巢湖岸线防洪达標率为100%，得分100。2017-2020年巢湖市饮用水源地供水水量保证率均为100%，得分100。2017-2018年巢湖市饮用水源地水质存在部分指标超标现象，水质达标率分比为70分与90分，2019-2020年饮用水源地水质完全达标，得分100。因此综合供水保证得分为94～100，健康状况为优，如图2（l）所示。2017-2019年巢湖水位介于8.27m～10.18m，通航水深保证率100%。2020年巢湖水位有17天超过12.6m，通航水深保证率为95.4%，得分82.7。综合上述各指标，2017-2020年巢湖服务功能得分96.6～100，服务功能为优，如图3（d）所示。

2.5 2017-2020年巢湖健康状况

综合物理结构、水环境、水生态与服务功能四个类型指标，2017-2020年巢湖健康状况综合评价分别为54.3分、52.5分、55.2分、56.6分，年际之间有轻微波动，但均处于亚健康状态，如图4所示。巢湖亚健康主要是由水生态处于不健康、水环境处于亚健康所造成，评价结果与当前巢湖的实际情况相符。巢湖仍需要在水环境治理上下大力气，促进水环境进一步改善，为水生态健康发展提供基础条件，从而实现水环境和水生态的良好协同发展，促进巢湖生态环境长治久安。

3 讨论

本文评价结果显示，巢湖物理结构处于健康状态，社会服务功能为优，但受泄洪能力不足影响，在汛期水位过高，通航功能与周围社会环境安全会受影响。随着引江济淮即将建成和对江排洪泵站加快推进，可极大缓解泄洪与引江、防洪与蓄水等困境，实现水量的安全引进、水位的合理升降、水体的有序流动。社会服务功能中，巢湖市饮用水源地水质受巢湖水质影响，只有巢湖水质进一步改善，巢湖水源地的供水保证才能得到充分保证。因此，促进巢湖生态系统健康发展，还需要深入开展水环境治理，系统开展水生态修复。

3.1 持续实施点、面源治理

在2017-2020年巢湖入湖河流水质分析中，位于巢湖西北部的南淝河水质依次为Ⅴ类～劣Ⅴ类，派河为Ⅳ类～劣Ⅴ类，两者以三分之一的入湖水量贡献了70%以上的氮磷污染负荷。因此，削减巢湖入湖污染负荷，需持续推进这些重点河流的流域综合治理工作。对于目前水质良好的杭埠河等入湖河流，要加强流域内点源排放监管与面源污染防控，确保其生态功能健康发展，污染物浓度指标不升高，水质稳中趋好。同时要发挥环巢湖湿地和湖滨带的生态缓冲功能作用，削减入湖污染负荷。

3.2 削减巢湖内源污染

由于历史上长期的外源输入，巢湖底泥淤积严重，且氮磷等高度富集。根据巢湖底泥调查结果，巢湖底泥深度在15cm至162cm之间波动，平均泥深81cm，西湖心、东湖心、河口附近底泥深度较大；巢湖底泥污染区域严重程度由高到低依次是西湖区、东湖区、中湖区[17]。大量富含氮磷的底泥聚集，使其成为巢湖重要的内源，每年有大量氮磷自底泥释放到水体中，成为巢湖污染物的一个重要来源[18，19]。随着外源治理力度的不断加大，巢湖内源污染将在未来相当长的时期内，成为巢湖治理的重点。底泥内源污染物的释放、湖底平移流动将对巢湖的水质和蓝藻水华暴发具有较大的推动作用。因此，要结合巢湖底泥污染调查与分析成果，深入研究巢湖内源污染的时空变化特征及其污染贡献率，加快实施高风险区域底泥生态清淤试点工程，跟踪评价试点清淤的实施效果，在此基础上推进底泥生态清淤工作，削减内源污染。其中西湖区水体营养盐浓度相对较高，蓝藻水华频发，应重点关注该区域的底泥内源污染与治理。外源污染负荷削减与内源污染控制相结合，进一步降低巢湖水体污染物浓度，促进巢湖水质持续向好发展。

3.3 科学分析蓝藻水华状况

蓝藻水华频发是巢湖生态系统的突出问题，是造成浮游植物生物多样性低、得分偏低的直接原因[20，21]。蓝藻水华问题也是影响巢湖水体综合富营养化指数的关键所在，即在巢湖水质不断改善的前提下，巢湖综合富营养化指数并没有明显下降，如图2（d）所示。后续研究中要充分研究巢湖历史水环境与蓝藻水华发展规律，充分利用巢湖天地空监测系统及数字巢湖建设成果，科学分析巢湖蓝藻水华发生、发展、消亡特征，构建巢湖蓝藻水华监测评价与预警体系，结合巢湖外源输入及湖体水质变化规律，科学预测巢湖蓝藻水华未来发展趋势。

3.4 研究实施生态水位调控

1962年巢湖闸建成后巢湖水位被抬升，使湖岸落滩面积减少，缩短了晒滩时间，不利于植物幼芽越冬及萌发更新[13]。随后水生植物盖度逐渐降低，1981-1983年、2010年水生植物盖度分别为2.54%、1.54%[13，22]，本研究显示2017-2020年水生植物面积仅占巢湖面积的1%左右，且以挺水植物为主，湖滨带湿地基本丧失了水质改善作用，整个湖泊自净能力明显下降。巢湖水生植物的恢复，需要从水位调控着手，从兼顾流域防洪减灾、灌溉供水、航运发展和生态修复等综合角度，结合多水共济水循环系统，研究基于湖泊多目标综合利用的生态水位调控方案，实现巢湖水文节律能基本按生活、生产、生态（环湖湿地出露、晒滩及水生植物生长需求实施调度）等用水需求。研究通过航道疏浚降低冬春季水位，从兼顾巢湖航运发展与生态修复综合角度制定巢湖生态水位调控方案，促进巢湖生态系统健康发展。

3.5 科学评估禁捕的生态影响

巢湖和长江自由连通被阻断、巢湖水位升高、水环境质量下降所带来的生态环境变化以及相当长时间内的过度捕捞，导致巢湖鱼类不断减少，目前巢湖鱼类种类仅有历史记载的约一半[14]。巢湖存在刀鲚占比高，大鱼低龄化、小型化现象突出，外来鱼类入侵现象明显等问题。巢湖于2019年开始禁渔，亟需后续跟踪研究，评价禁渔对巢湖鱼类群落结构变化的影响作用。同时，应将巢湖水生生物种类、数量、群落结构、变化规律及主要影响因子等纳入日常监测工作范畴，为建设巢湖健康生态系统提供数据支持。

4 结论

本研究从物理结构、水环境、水生態及服务功能四个方面构建了巢湖健康评价指标体系，评价结果表明2017-2020年巢湖物理结构处于健康状况，得益于巢湖周围湿地建设，物理结构呈现逐年好转的趋势；巢湖水环境在波动中有所好转，但仍处于亚健康水平，蓝藻水华、富营养化指数及底质污染为主要原因；水生态处于不健康状态，浮游植物多样性低、水生植物覆盖度低、鱼类保有指数低为主要影响因素；巢湖服务功能为优。

2017-2020年巢湖健康状况综合评价结果为52.5分～56.6分，整体处于亚健康水平。改善巢湖综合健康状况，关键还需要进一步削减外源污染输入、控制内源污染物释放、提升巢湖水环境质量，进而调整巢湖水文节律、提升水生植物覆盖面积、控制蓝藻水华发生规模与程度等。

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