降雨对防洪型城市潟湖水环境影响初探

陈清福

（厦门市筼筜湖保护中心 福建厦门 361004）

引言

筼筜湖位于厦门岛西南部，由天然海港改造而成，是承担厦门市主城区防洪排涝重任的特殊海水湖泊，水域总面积1.6km2，库容约380万m3，平均水深2.32m，是国内罕见防洪排涝型城市潟湖[1]，周边为厦门市核心区域，人口和市政基础设施高度密集。

筼筜湖水体来源于厦门西海域，通过西北侧的纳潮口西堤闸门2 次/d 进行纳潮与排潮作业，实现水体交换循环，日均纳潮量约130 万m3[2]。筼筜湖流域面积37km2，约为厦门岛陆域面积的30%，流域南北两侧均为山体，湖区为流域最低洼地区[3]。湖区两岸沿途密布36 条大型排洪沟和数十个雨水排放口，为降雨时及时排除流域积水、避免城市内涝的重要防汛保障[4]。

筼筜湖因其特殊的海水湖泊性质和城市防洪排涝职能[5]，导致其水环境受降雨影响显著[6][7]。为探究降雨对筼筜湖水体的影响，2020 年开展了为期1a 的水质在线连续跟踪监测，分析不同降雨条件下筼筜湖内湖水体主要指标变化情况，为湖区水环境管理和进一步提升改善提供了新的科学依据。

1 材料与方法

1.1 研究区域

筼筜湖内湖，水域面积约0.756km2，库容约175万m3，南岸分布有5条大型排洪沟，北岸为筼筜湖内湖导流堤，导流堤北侧为湖区日常海水交换的引水渠，该段引水渠北侧分布有4条大型排洪沟，内湖北侧与引水渠通过导流堤3处开口相连通，内湖东北侧与引水渠末端水域直接连通。具体流域情况、水体循环及浮标监测点位置如图1所示。

图1 厦门市筼筜湖流域情况、水体循环路径及浮标监测点位置

纳潮时段，引自厦门西海域的新鲜海水少部分经由内湖导流堤3 处开口，自内湖西北侧流入内湖，绝大部分新鲜海水于引水渠末端在湖滨东路桥附近回转流入内湖，再经由湖滨中路桥流入筼筜湖外湖。排潮时段，筼筜湖水体经外湖西堤闸和排洪泵站流至厦门西海域，实现水体交换。筼筜湖内湖水域因受日常纳排潮和降雨影响较为明显，在关于降雨时段筼筜湖区防洪排涝功能对湖区海水环境影响的研究中，具有相当的典型性。

1.2 监测方法

水质数据来源于厦门市筼筜湖保护中心日常水质自动化监测工作，降雨等气象资料来源于厦门市气象服务中心。自动化监测仪器型号为赛莱默EXO2 水质多参数分析仪，采样时间为2020年1 月1 日0:00 至2020 年12 月31 日23:30，检测参数为降雨行洪时对水环境影响较为明显的水体盐度、溶解氧2 项监测指标，以及对湖区溶解氧存在较大影响的水体叶绿素a 含量，监测频率均为30min/组，并综合对水体盐度和溶解氧影响较大的湖区日常纳潮、排潮和排洪泵站人工抽排情况。

2 结果与讨论

2.1 1d 降雨及其导致的水体波动情况

2022 年21 场1d 降雨，降雨量为0.1～42mm。与降雨前相比，降雨导致水体盐度波动范围为-4.95%～+2.66%， 溶解氧含量波动范围为-29.51%～+24.12%，叶绿素a 含量波动范围为-45.63%～+105.96%。降雨期间，湖区纳潮量为61.5 万～150 万m³，平均为119 万m³，单日排水量为1.5 万～159 万m³，平均为124.67 万m³。

2.2 连续2d 降雨及其导致的水体波动情况

2022 年 累 计14 场 连 续2d 降 雨，24h 降雨量范围为0.1～28.5mm，连续2d 累计降雨量为0.9～35.3mm，日均降雨量为4.6mm，平均每场降雨9.2mm。期间，水体盐度波动范围为-9.22%～+6.15%，溶解氧含量波动范围为-26.63%～+25.61%，叶绿素a 含量波动范围为-52.39%～+264.05%。降雨期间纳潮量为45 万～165 万m³，平均为112.29 万m³，排潮量为0 万～141 万m³，平均为94.93 万m³。

2.3 连续3d 以上降雨及其导致的水体波动情况

2022 年厦门市发生连续3d 以上降雨累计10 次53d。期间，24h 降雨量为0.1～33.7mm，日均降雨量为6.15mm，过程累计降雨量为8.9～56.8mm，每场降雨平均雨量为32.3mm。降雨开始至水体盐度止跌回升期间，水体盐度波动范围为-23.84%～-0.10%，溶解氧含量波动范围为-55.75%～+2.05%，叶绿素a 含量波动范围为-87.56%～+28.57%。降雨期间，纳潮量为60 万～163.5 万m³，平均为123.5 万m³，排潮量为0 万～157.5 万m³，排洪泵站人工抽排总计27.54 万m³，日均排水121.68 万m³。

2.4 讨论

2.4.1 1d 降雨对筼筜湖水体影响情况

2020 年1d 降雨过程中，除1 月26 日最大降雨后引发的盐度波动持续至降雨停止后3d外，其余时段盐度波动基本随降雨停止快速恢复，但水体溶解氧含量波动情况较为复杂。

分析显示，单日降雨情况下，筼筜湖内湖水体盐度与降雨量呈现良好的相关性。全年1d 降雨引发的水体盐度下降随雨量的增大呈增加态势，两者相关性R2为0.5828；5mm 以上1d 降雨引发的水体盐度下降关联度更为明显，R2达0.7074。说明,受特殊的城市防洪排涝功能影响，5mm 左右降雨即可引发水体盐度的明显波动，同时也表明筼筜湖作为城市防洪型的城市潟湖，其水环境稳定性较一般水体更为脆弱。

水体溶解氧波动情况与降雨量关系分析显示，5～10mm 降雨与水体溶解氧下降相关性良好，R2达0.6116，再次表明5mm 左右的小规模降雨即可对筼筜湖水体环境造成直接影响。但0.1～4.9mm 降雨与水体溶解氧相关性并不明显，主要原因可能与目前已建成的筼筜湖环湖截污系统对小规模降雨径流的有效截流有关[8]；10mm以上降雨与水体溶解氧下降相关性也不高，而溶解氧下降情况与纳潮量呈现较好的相关性（R2为0.6002），说明10mm 以上降雨情况下，筼筜湖及时开闸排水泄洪和纳潮引入西海域海水等因素，可有效减缓降雨导致的筼筜湖水体溶解氧含量的持续下降，对保障筼筜湖防洪排涝职能同时维持海水环境相对稳定性，具有显著积极影响[8]。

2.4.2 连续2d 降雨对筼筜湖水体影响情况

降雨过程中，除3月30～31 日和8 月11～12 日降雨引发的盐度波动持续时间较长外，其余时段降雨导致的盐度波动基本于雨停隔日基本恢复；水体溶解氧含量除6 月1～2 日降雨期间出现稳定升高的现象外，其余降雨时段均呈下降现象，且下降幅度与降雨量呈现一定的正相关性，特别是5mm 以上的连续降雨，导致的水体溶解氧下降幅度与降雨量相关性良好。

分析显示，连续2d 降雨情况下，内湖水体盐度和溶解氧含量均与降雨量呈现一定的正相关性。全年连续2d 降雨引发的水体盐度波动与降雨过程总雨量相关性R2为0.4367，水体溶解氧含量波动与降雨过程累计降雨量相关性R2为0.2089；累计降雨5mm 以上连续2d 降雨导致的筼筜湖内水体盐度和溶解氧含量波动具有良好的正相关性，两者相关性R2达0.7434 和0.6628。说明,连续2d 左右的降雨，特别是累计5mm 左右的连续2d 降雨所导致的城市行洪，已对筼筜湖水环境造成显著影响，但水体溶解氧变化也可能与天气的变化和降雨导致的水温、有机质、营养盐、天气、光照等变化，进而导致水体叶绿素a 含量发生变化密切相关[9～11]。

2.4.3 连续3d 以上降雨对筼筜湖水体影响情况

降雨期间，除3 月12～14 日、5 月6～8 日因雨量相对较小，以及6 月5～15 日虽持续长时间降雨但最大降雨量和主要降雨量均集中降雨中间时段，水体盐度基本于降雨停止后隔日大致恢复外，其余时段降雨导致的水体盐度下降均持续至降雨停止后3d 以上。降雨期间及水体盐度恢复过程中，水体溶解氧含量波动明显，其中2 月12～16 日和5 月27～30 日降雨期间至恢复过程中溶解氧全过程均呈下降趋势，9 月18～20 日降雨期间至恢复过程中溶解氧全过程均升高，其余降雨时段水体溶解氧出现不同程度的有升有降现象，详见图2。

图2 1d 和连续2d 降雨导致的筼筜湖内湖水体盐度、溶解氧变化情况

分析显示，连续3d 以上降雨情况下，筼筜湖内湖水体盐度和溶解氧含量波动情况与降雨量相关性均不高（R2分别为0.0515 和0.0477），但全年盐度和溶解氧含量最大波动均出现在持续多日降雨阶段（4 月7 日盐度下降19.42%，5 月28 日溶解氧下降55.75%）。说明，持续降雨行洪导致的大量雨水汇入，可显著影响筼筜湖水环境。而连续3d 以上降雨导致水体盐度和溶解氧含量波动与降雨量的相关性，又较连续2d 降雨时大幅下降，主要原因为连续多日降雨期间，为保证市区防洪安全，筼筜湖纳潮、排潮作业强度均显著提升（与连续2d 降雨时相比，连续3d 以上降雨时湖区日均纳、排潮量分别增加10.01%和28.18%），大幅增加的纳潮量和及时排出的降雨汇水，以及降雨空歇期采取的小规模纳潮、边纳边排、排洪泵站强排等人工干预措施，对延缓持续降雨导致的筼筜湖水体盐度和溶解氧含量的持续恶化，维持筼筜湖特殊海水环境相对稳定起到了显著的积极作用。此外，持续强降雨泄洪导致的湖区氮、磷等营养盐和水体有机质含量变化，水体微生物和赤潮生物生长情况、天气、光照等变化等，也对水体溶解氧和叶绿素a 含量的变化产生一定程度的影响[12][13]。

结论

筼筜湖整体水环境稳定性仍较为脆弱，5～9.9mm 的1d 降雨或连续2d 降雨，足可引起筼筜湖水体盐度和溶解氧的显著下降；降雨量达10mm 以上情况下，筼筜湖水体盐度、溶解氧含量并未随降雨的延续而出现长时间下降，这主要与西堤排潮口和排洪泵站及时排水消除降雨汇水影响，西堤纳潮口及时开闸纳潮对水质的有效恢复改善，环湖截污系统对部分汇水和污染物的有效收集，以及藻类生长繁殖情况等综合影响有关；作为人口密集建成区泄洪水体，持续降雨（特别是持续强降雨）对湖区水环境的影响较为显著。及时排出降雨汇水、科学纳入海水补充等积极的人工干预措施，对维持承担着防洪排涝职能的城市潟湖环境稳定，具有显著的积极意义。