洞庭湖环保疏浚生态系统恢复效益研究

洞庭湖环保疏浚生态系统恢复效益研究摘要洞庭湖是长江中游的重要调蓄湖泊，由于接纳湘、资、沅、澧四水和长江三口洪水、泥沙，造成淤塞河道湖泊泥沙淤积，洪水位抬高，在加重湖区的防洪负担、造成严重的洪涝灾害的同时，降低湖泊水体的稀释自净能力和水环境承载能力，湖区生态环境的恶化。根据洞庭湖环境疏浚规划，通过对典型河段疏浚前后水情、水环境承载能力和自然生态条件变化等的深入分析，定量与定性相结合对洞庭湖环保疏浚的生态系统恢复效益等进行了研究和预测。关键词：洞庭湖疏浚生态恢复效益1问题的提出洞庭湖接纳湘、资、沅、澧四水和长江的松滋河、虎渡河、藕池河三口，每年大量泥沙进入洞庭湖，其中约四分之一左右的泥沙由城陵矶注入长江，四分之三淤积在洞庭湖。1975年与1952年比较，七里湖平均淤积达4m以上，南洞庭湖淤积近2m，东洞庭湖淤积近1m。由于泥沙淤积，造成四口洪道多呈淤积萎缩态势，湖内洲滩滋长、芦柳丛生、滞流阻水严重，进而加速泥沙淤积，并有恶性循环之势。而且由于湖泊萎缩使得水系紊乱，相互顶托干扰。这些问题导致洞庭湖区调蓄容积减少、洪水位不断抬升、江湖关系改变，在加重湖区的防洪负担、造成严重的洪涝灾害的同时，降低湖泊水体对各种污染物的稀释自净能力和水环境承载能力，造成湖区生态环境的恶化。因此，实施洞庭湖环保疏浚工程、调整部分河段的河势、改善水流条件是增加水体纳污、自净能力，改善环境条件，维护生态平衡重大战略举措。目前洞庭湖环保疏浚规划已经完成，包括湘、资、沅、澧四水尾闾和松滋河、藕池河、南洞庭湖、东洞庭湖、汩罗江等疏挖总工程量达33876.40×104m3，目前为止已经付诸实施的有约7265.01×104m3。为了客观地反映环保疏浚的实际效果和作用，必须正确全面地对环保疏浚的效益进行分析和研究，并作出合理的评价。本文通过对典型河段环境疏浚前后水情、水环境承载能力的变化深入分析，定量分析与定性研究相结合对洞庭湖环保疏浚的生态系统恢复效益等作出分析和预测。2洞庭湖环保疏浚前后的水情变化分析洞庭湖环保疏浚改变了河道湖泊的过水断面，纵坡比降及糙率等水力因素，这些水力因素的改变对洪水水位产生影响，尤其在河道上由于水力因素的改变值的比重较高，影响更为显著。分析中首先使用二个典型河段，运用水力学模型分析法分析这些典型河段在疏浚前后对洞庭湖洪水水位的影响，并以为此基础研究根据环保疏浚方案对洞庭湖各疏浚河段的水位降低效应进行分析。2.1环保疏浚对典型河段的洪水水位影响分析水力学分析法的主要思路是运用洞庭湖水动力学模型，在同样的来水条件下，分别计算疏浚前后（地形和糙率不同）洞庭湖疏浚影响区的洪水水位，通过对水位差值的比较，得出疏浚对河湖洪水水位的影响。本研究洪水演算采用SMS（地表水模拟系统）水力学模型，区间的产流计算采用SSARR（河流综合预报与水库调度模型）水文学模型。典型年主要选择近期的主要大水年1996、1998、1999年。其中1996年洪水为四水遭遇型洪水，1998年洪水为1954年后长江流域全流域大洪水，1999年洪水为湖区区间及长江干流遭遇的恶劣组合型洪水。对3个典型年，分别选择疏浚前后的地形资料计算三个典型河段影响区的水位，在疏浚区每隔500m，模型输出一个水位值。计算的结果为：澧水洪道洪水水位降低0.2～0.3m；南洞庭湖洪水水位0.09～0.17m。2.2洞庭湖环保疏浚规划对洞庭湖洪水水位影响预测根据洞庭湖环境疏浚规划，疏挖总土石方量达33876.5×104m3。而且由于增加了行洪断面的面积和湖泊容量，相应增加了洪道的行洪能力，增强了湖泊的调蓄能力，对降低湖区高洪水位起积极作用。整个疏浚工程土石方量也就相当于洞庭湖增加了约3.4×108m3容积，约占洞庭湖总容积（城陵矶水位33.5米时容积167×108m3）的百分之二左右。采用已建立的水力学模型，经水力学模型模拟计算结果如下：（1）四水尾闾及淞滋河、藕池河及汨罗江疏浚段附近洪水水位的降低较明显。水位降低的程度与开挖的断面面积占总断面面积的比例及洪水级别有关。比例越大，水位降低愈明显。洪水级别越大，水位降低越小。在计算河段中澧水尾闾可降低高洪水位0.15～0.35m，其余河段一般可降低0.1～0.25m，但在扩卡的局部区域，有时可降低水位0.3m以上。（2）东洞庭湖洪水水位可降低0.08～0.14m，南洞庭湖可降低0.1～0.18m。湖区水位降低幅度仍然少于河道，这种趋势同典型河段的计算结果一致。3洞庭湖河湖疏竣的水环境承载能力的影响水环境承载力是指在一定的水域，其水体能够被继续利用并仍保持良好生态系统时所能容纳污水及污染物的最大能力。简单地说，水环境承载能力也就是我们通常所说的“水环境容量”或“水环境（水体）纳污能力”，即满足水环境质量标准要求的最大允许污染负荷量、或纳污能力。常用的水环境容量计算模型有：一维模型、二维模型、非均匀混合模型和湖(库)均匀混合模型。根据洞庭湖污染物排放现状，造纸业排放的CODMn是影响洞庭湖区水质的主要污染物，故在水环境容量计算中，选择CODMn为计算参数选择反映水质污染的综合指标——CODMn，研究计算典型河段和整个洞庭湖疏挖前后水环境容量变化情况，分析疏竣对洞庭湖水环境质量的影响。3.1疏浚对典型河段水环境容量影响分析典型河段选择澧水洪道石龟山至沙河口（全长20000m）、南洞庭湖茅草街至沅江（全长22000m）二个河段。模型选择和参数确定：对于澧水洪道，采用一维水质模型计算水环境容量，设计流量及流速采用津市站最近5年连续20天最枯日平均流量及相应流速，C0采用实测水质数据，Cs根据水域主导功能对水质的要求确定，本河段水功能区划为保留区，主要满足农业用水和鱼类洄游通道需要，经综合考虑确定为6.0mg/L，污染物综合自净系数根据实测资料计算得出；对于南洞庭湖，采用二维水质模型计算水环境容量，设计流量及流速选择南嘴站最近5年连续20天最枯日平均流量及相应流速，C0采用实测水质数据，Cs根据水域主导功能对水质的要求确定，为4.5mg/l，污染物综合自净系数K及横向扩散系数根据实测资料计算。由于疏竣工程改变了洞庭湖的水力学条件，使湖泊水流归槽，水位降低，流速增大，污染物扩散与自净能力增强，湖泊的水环境容量增加。水环境容量的计算结果澧水洪道由144g/s增加到160g/s，南洞庭湖由378g/s增加到398g/s。同样在起始断面水质状况相同，区间内疏竣前后污染物排放情况不变的情况下，区间出口在疏竣后的污染物浓度要比疏竣前小，水质比疏竣前好。澧水洪道出口处污染物浓度由疏浚前的6.0mg/l降为疏浚后的5.9mg/l，南洞庭湖由4.5mg/l降为4.4mg/l。3.2疏浚工程对洞庭湖水环境容量影响预测对于洞庭湖，考虑整个疏浚工程相当于洞庭湖增加了约3.4×108m3的容积，选择参数CODMn，采用湖（库）均匀混合易降解的水质数学模型，计算结果:CODMn的水环境容量疏浚后可增加2361g/s，即74460t/a;污染物浓度疏浚后可降低0.3mg/L。表明洞庭湖河湖疏竣对洞庭湖水环境的影响主要体现在：疏竣后河流水位降低，水流归槽，流速加快，污染物稀释自净能力增强，水环境容量及水环境承载能力增大，水环境质量有所改善。3.3疏竣对洞庭湖富营养化的影响分析洞庭湖经多年淤积，不仅大大缩小了湖容，而且淤积底泥中含有大量的营养物质，这些营养物质中的一部分又会重新溶解进入水体，增加水体的营养负荷，加快湖泊的富营养化进程。对洞庭湖区进行疏竣，将淤泥疏挖出水，将大大减少底泥中营养物质的释放，降低水体营养物质的浓度。根据洞庭湖区河道疏竣工程总体设计方案，南洞庭湖底泥疏挖量1595.17×104m3,黄土包河疏挖工程底泥疏挖量1841.44×104m3,澧水疏挖工程底泥疏挖量3828.40×104m3,以上典型河段共计7265.01×104m3。经估算相当于清除磷13513t、氮678551t。根据洞庭湖营养物质平衡计算结果，洞庭湖总氮、总磷年滞留量分别为107003吨、7780吨，而典型河段疏挖减少的氮、磷量分别相当于全湖6.34a、1.74a的淤积量，如果全湖疏挖按设计完成，其效益当更加巨大。可见疏挖工程对减少洞庭湖的营养负荷、减缓富营养化进程作用显著。3.4环保疏浚的水环境效益洞庭湖环保疏浚工程实施后，将改善湖泊水环境质量，提高湖泊水环境容量，既可影响“一湖四水”，还将影响到整个长江中下游，对维护长江流域生态平衡，促进区内经济与环境协调发展将起到积极作用，其经济、社会和生态环境等方面的效益十分显著。而且其直接经济效益也相当可观的，如CODMn的水环境容量可增加2361g/s，即74460t/a，在保护洞庭湖水功能不受破坏的情况下，可年增加容纳248200t化学需氧量（COD）。根据《湖南省“一湖四水”水污染防治规划》，建设城市污水处理厂年削减COD7.3×104t，约需投资27.7944×108元,若建设可年处理COD24.82×104t的COD污水处理厂，仅此项经济效益就达90×108元。4环保疏浚对湿地生态恢复的效益作用4.1洞庭湖湿地及其保护（1）洞庭湖湿地及其生态脆弱性。洞庭湖区在其碟形盆地圈带状景观结构控制下，其湿地资源大致可划分为湖盆中心敞水带、滨湖季节性淹没带和湖区外环渍水低地带。在地质构造上洞庭湖正处于萎缩衰亡的历史阶段，生态系统表现十分脆弱。加之近200年来的泥沙淤积和人类活动的影响，湿地生态环境面临严重破坏。洞庭湖湿地生态系统的脆弱性主要表现在：第一、不合理的湿地类型演化使洞庭湖调蓄功能衰退；第二、污染加剧，环境破坏，湿地生态功能衰退，同时危及湿地野生动物生存；第三、洲滩湿地扩大，加剧血吸虫的传播。（2）洞庭湖湿地的保护。1992年东洞庭湖湿地自然保护区第一批列入《湿地公约》国际重要湿地名录，1994年又被国务院确定为国家级自然保护区。2001年南洞庭湖和西洞庭湖（目平湖）湿地自然保护区同时被列入《湿地公约》国际重要湿地名录。东洞庭湖湿地自然保护区与南洞庭湖、西洞庭湖湿地保护区共同组成的洞庭湖湿地系统的是我国最大的湿地生态系统之一，同时，也是地球上内陆湿地中最具特色的湿地类型；与鄱阳湖一道成为亚热带地区独有的两颗湿地明珠，在地理、地貌以景观学上具有不可替代的重要位置。4.2洞庭湖环保疏浚的湿地生态恢复效益对于洞庭湖及尾闾河道及河缘湿地来讲，湿地生态恢复的主要目标应集中在稳定湿地面积、保障调蓄功能和增加环境容量及其水质的净化上。通过洞庭湖河湖底泥的疏浚，河湖漫滩湿地再自然化，增加水流的持续性，防止侵蚀或沉积物进入等来达到控制湿地陆地化和切断湖泊底泥的二次污染以及加强非点源污染净化使河湖水质得以恢复。根据洞庭湖环保疏浚典型河段澧水洪道和南洞庭湖的水力学和水文学分析，疏浚后设计洪、枯水水位均有不同程度的降低，且枯水期水位的降低幅度略大于洪水期的水位降低幅度，疏挖后可以抑制洲滩湿地向水面的发展，同时湿地面积总体上基本稳定，重点疏挖河段底泥质量也会明显改善，因此洞庭湖环保疏浚在总体上改善了河湖湿地生态系统的功能，加快了湿地生态系统的物质循环和能量循环，加快和优化了湿地生态系统的新陈代谢，维护了湿地生态系统的稳定。特别是东洞庭湖荷叶湖～鹿角、岳阳楼～城陵矶段，南洞庭湖草尾河进口、实竹岭、莲花坳、横岭湖、聚贤围等河段的疏挖，对于保持东洞庭湖和南洞庭湖湿地自然保护区的湿地生态系统的平衡，加快南洞庭湖与东洞庭湖、东洞庭湖与长江的水体输送和交换具有十分重要的作用。5环保疏浚的生物多样性恢复效益分析5.1洞庭湖区生物多样性特点（1）洞庭湖区的植物资源。洞庭湖区有有植物170科637属1428种，1400多种植物中，有经济价值、用途广泛的种类繁多。其中药用植物有600多种，野生油料植物90多种，有利用价值的芳香油植物70余种，野生纤维植物50余种，主要饲（饵）料植物80余种，可利用的淀粉植物60余种，经济树种250余种。（2）洞庭湖区的动物资源。目前，洞庭湖区有90种浮游动物、67种底栖动物、114种鱼类、216种鸟类（62种水鸟，其中有13种珍稀鸟类，属国家一级保护和二极保护的各