“引江濟太”對2016年后太湖總磷反彈的直接影響分析

朱 偉，薛宗璞，章元明，翟淑華，馮甘雨，王若辰，陳懷民，胡思遠，趙 帥，周 婭

(1：河海大學環(huán)境學院，南京 210098)(2：河海大學水文水資源學院，南京 210098)(3：太湖流域水資源保護局，上海 200080)

太湖流域位于長江三角洲南緣，地跨江蘇、浙江、上海三省市，面積3.69萬km2，人口稠密、城市集中、經(jīng)濟發(fā)達. 太湖也是承載長三角地區(qū)社會經(jīng)濟發(fā)展的重要水源地，在長三角一體化的發(fā)展趨勢下太湖的地位更加重要. 從1980s開始，太湖出現(xiàn)富營養(yǎng)化問題，2007年爆發(fā)了影響巨大的水危機事件. 此后，太湖全流域開展了全面的治理工作，到2015年太湖的各項指標都有所好轉(zhuǎn)，治理顯現(xiàn)出一定的成效. 但是2016年以來，太湖總磷(TP)濃度出現(xiàn)反彈現(xiàn)象[1，2]，2017年出現(xiàn)較大的水華面積，直至2019年TP濃度沒有下降的趨勢. 一時間，TP濃度上升的原因得到廣泛的討論[2-5]，各種解釋紛沓而至，其中關于“引江濟太”是否造成太湖TP濃度上升的討論也成為一個熱點.

近幾年上海經(jīng)由太浦河使用太湖水的水量增加、浙江湖州使用太湖水的水量也在增加[6]，而“引江濟太”主要是為了解決太湖周邊城市水資源的問題所開展的引水調(diào)度工程. “引江濟太”第一期工程是經(jīng)由望虞河將長江水引入貢湖，正在建設的第二期工程是通過新孟河將長江水引入竺山湖. 當然“引江濟太”除了水資源的利用之外，也有期望通過引水緩解水華的發(fā)生，尤其是防止水華在水廠取水口附近聚集的功能. 2005年起“引江濟太”工程進入長效運行[7]，截止目前各方面的研究都認為“引江濟太”促進了太湖有序流動，合理調(diào)控了太湖水位，滿足了流域用水需求，緩解了太湖水華大面積暴發(fā)，在提升流域水資源和水環(huán)境承載能力方面發(fā)揮了重要作用[8-12].

但2016年以來，太湖TP濃度異常升高，打破了2010年以前平緩下降的趨勢. 朱廣偉等[1，3]分析了2005-2017年太湖北部梅梁灣、貢湖灣、竺山灣及西北沿岸、湖心區(qū)北部的氮、磷營養(yǎng)鹽變化，發(fā)現(xiàn)2015-2017年水體TP濃度有升高趨勢. 王華等[2]對全太湖33個監(jiān)測點2010-2017年TP濃度進行分析，同樣得到2010-2014年上下波動，2015年呈上升趨勢，2016年達到8年期間最高值的結(jié)果. 另一方面，長江水源的TP濃度高于太湖TP濃度，據(jù)水利部太湖流域管理局(以下簡稱太湖局)公開的《“引江濟太”年報》統(tǒng)計，2010-2018年“引江濟太”經(jīng)望虞河入湖水體的TP濃度年平均值為0.118 mg/L，2010-2018年全太湖TP濃度月平均值為0.076 mg/L，由于經(jīng)望虞河引入太湖的長江水磷指標高于太湖平均水平[13]，“引江濟太”是否引起太湖TP濃度升高自然而然引起各方面的關注.

關于“引江濟太”對太湖水質(zhì)的影響，之前研究者有過一些研究. 賈鎖寶等[14]、姜宇等[15]整理了2007年“引江濟太”入湖口及太湖內(nèi)無錫、蘇州幾個主要取水水源地的逐日總氮(TN)、TP數(shù)據(jù)，認為“引江濟太”開始調(diào)水后，無錫、蘇州主要取水水源地的TN、TP濃度下降，對緩解取水口藍藻污染起到了重要作用. 燕姝雯等[16]整理了2009年環(huán)太湖水文巡測(入湖河道水質(zhì))及同時期湖內(nèi)水質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)“引江濟太”受水湖區(qū)貢湖灣水質(zhì)明顯好于竺山湖和西部沿岸區(qū)，認為“引江濟太”調(diào)水對太湖水質(zhì)改善有積極作用. 馬倩等[17]則在2009-2010年3次調(diào)水期間從入湖口到貢湖內(nèi)部布點采樣，發(fā)現(xiàn)雖然長江水TP濃度高于貢湖灣，但入湖后TP、溶解性總磷(DTP)濃度以10%/km的速度迅速降低，至貢湖灣湖心時已接近于貢湖灣的原始TP濃度. 毛新偉等[18]將“引江濟太”的水質(zhì)與2007-2016年環(huán)湖主要入湖河流水質(zhì)進行比較，發(fā)現(xiàn)“引江濟太”入湖水質(zhì)好于太湖主要入湖河道的平均水質(zhì)，認為引水有利于太湖水質(zhì)的改善.

但仍然有一些重要問題存在各種議論. 2016年以后太湖磷的反彈是否與江濟太入湖有關？這個問題需要進行認真的研究和討論. 從“引江濟太”對太湖磷循環(huán)系統(tǒng)的長期影響來看，比太湖水TP濃度偏高的長江水的長期引入是否會造成太湖內(nèi)部磷的累積？這種累積是否會引起磷循環(huán)的變化而造成磷的升高？中遠期新孟河“引江濟太”工程運行后，加大引水量是否會對太湖磷的降低不利？ 這些都是值得關心的問題.

本研究使用近10年實測的太湖貢湖灣水質(zhì)數(shù)據(jù)和太湖33個監(jiān)測點及環(huán)太湖22條出入湖河道的水量、水質(zhì)、磷通量數(shù)據(jù)以及“引江濟太”調(diào)水水量、水質(zhì)、磷通量數(shù)據(jù)，對2016年前后“引江濟太”輸入太湖的TP情況進行了分析，對“引江濟太”總體引入的TP通量與總輸入通量及基本循環(huán)進行比較分析，結(jié)合國內(nèi)外典型湖泊入湖河流TP濃度與湖體TP濃度之間的關系，對“引江濟太”遇到的新老問題進行了對比與分析.

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)域概況及采樣點劃分

“引江濟太”工程由常熟樞紐引長江水通過望虞河經(jīng)望亭水利樞紐進入太湖，引水河道望虞河南起太湖邊沙墩口，北至長江邊的耿涇口. 沿線經(jīng)過蘇州市相城區(qū)、無錫市新吳區(qū)、錫山區(qū)和常熟市，全長62.3 km，其中河道段60.3 km、入湖段0.9 km、入江段1.1 km.

“引江濟太”受水湖區(qū)貢湖灣是太湖東北部靠近無錫市的大型湖灣型水域，面積約150 km2. 平均水深約1.8 m，西南部灣口連通梅梁灣與太湖湖心，東北角承接望虞河(圖1a). 該地區(qū)為亞熱帶季風氣候，年平均氣溫為16℃，年平均降水量為1016 mm.

為監(jiān)測“引江濟太”入湖水質(zhì)及受水湖區(qū)貢湖灣的水質(zhì)，太湖局在望亭立交閘下(近太湖一側(cè))及貢湖灣內(nèi)共布置了5個采樣點(圖1b).

圖1 貢湖灣內(nèi)和望虞河河口采樣點布設以及太湖主要入湖湖區(qū)Fig.1 Sampling sites in Gonghu Bay and Wangyu River and the main lake areas in Lake Taihu

1.2 環(huán)太湖入湖河道流量、磷通量和全湖磷濃度、磷存量數(shù)據(jù)來源及采樣頻次

環(huán)太湖河道入湖流量、磷通量和全湖磷濃度、磷存量數(shù)據(jù)由太湖局提供. 環(huán)太湖入湖河道流量、磷通量和全湖磷濃度、磷存量年均值數(shù)據(jù)由太湖局整合官方網(wǎng)站(http://www.tba.gov.cn)公布的《“引江濟太”年報》(2013-2018年)、《太湖水情月報》(2007-2018年)、《太湖流域片水情年報》(2007-2018年)、《太湖健康狀況報告》(2007-2018年)提供，年均值數(shù)據(jù)由月均值數(shù)據(jù)平均計算得出.

環(huán)湖河道月均入湖流量數(shù)據(jù)來自太湖局統(tǒng)計整編后的環(huán)太湖水文巡測資料，環(huán)太湖分為10段，共計約130個口門. 環(huán)湖河道月均入湖磷通量數(shù)據(jù)用每月一次的水質(zhì)監(jiān)測結(jié)果作為當月的平均水質(zhì)濃度進行計算，用單次水質(zhì)濃度乘以當月入湖總水量得到當月入湖總通量. 太湖按照自然形態(tài)和水質(zhì)特征劃分為9個湖區(qū)，太湖局在全湖布設了33個水質(zhì)監(jiān)測站點，按照水質(zhì)監(jiān)測站點數(shù)共區(qū)劃33個分區(qū)，全太湖月均TP濃度和磷存量數(shù)據(jù)各監(jiān)測點每月采樣一次，用監(jiān)測點代表的水體體積與全湖水體體積加權(quán)綜合計算得出.

1.3 數(shù)據(jù)分析

統(tǒng)計檢驗在SPSS 20軟件中完成.

2 結(jié)果與分析

2.1 2016年前后“引江濟太”調(diào)水量變化

“引江濟太”調(diào)水的目的主要有以下3種：(1)太湖水位低于調(diào)水限制水位，引水入湖提高水位，保證供水安全，此時調(diào)度原則依據(jù)《太湖流域洪水與水量調(diào)度方案》實施，保證太湖水位高于調(diào)水限制水位，低于防洪安全水位. 2016年前，依據(jù)此目的的調(diào)水共26次，2016年后共4次. (2)發(fā)生小面積藍藻水華時調(diào)水入湖防止發(fā)生大面積水華，依據(jù)此目的的調(diào)水共2次，均在2016年后. (3)發(fā)生大面積藍藻水華調(diào)水入湖改善水質(zhì). 2016年前，依據(jù)此目的的調(diào)水共5次，2016年后調(diào)水無此目的.

2016年以前從長江引入太湖總水量達85.63億m3(圖2a)，平均每年9.51億m3，2011年引水量最大，達16.1億m3，2009年最少，僅有4.9億m3. 2016年及以后共引入長江水量12.18億m3，平均每年4.06億m3，2016年是自2007年以來引水量最小的一次，僅為1.9億m3(圖2b). 相比而言，2016年及以后的年平均引水量偏小，僅為2016年前的42.7%.

圖2 2016年前后“引江濟太”調(diào)水量Fig.2 Quantity of water diversion from the Yangtze River around 2016

從引江水占環(huán)太湖總?cè)牒谋壤齺砜矗?016年前總引江水量85.63億m3，總?cè)牒?46.04億m3，引江水占入湖總水量的9.05%. 環(huán)太湖年平均入湖水量105.12億m3，年平均引江水量9.51億m3，年引水量占太湖總?cè)牒康?.27%～14.75%. 2016年及以后總引江水量12.19億m3，總?cè)牒?85.1億m3，引江水占入湖總水量的3.17%. 環(huán)太湖年平均入湖水量128.37億m3，年平均引江水量4.06億m3，年引水量占太湖總?cè)牒康?.19%～4.77%，2016年是自2007年來引水量環(huán)湖占比最小的一次，僅占1.19%(圖3). 相比而言，2016年及以后的年平均引水量環(huán)湖占比偏小，僅為2016年前的36.9%.

從引江水占直接受水湖區(qū)貢湖蓄水量的比例來看，2016年前貢湖年平均蓄水量為3.25億m3，年平均引江水量9.51億m3，年引水量是貢湖蓄水量的1.13～5.46倍，加快了貢湖與全湖的水體交換. 2016年及以后貢湖年平均蓄水量為3.52億m3，年平均引江水量4.06億m3，年引水量是貢湖蓄水水量的0.51～1.47倍，僅與貢湖蓄水量持平(圖3).

從引江水量的年內(nèi)分布來看，在藻類暴發(fā)的關鍵期4-10月，2016年前該時間段累計引水量為41.59億m3，占2016年前總引水量的48.6%. 2016年及以后，該時間段累計引水量為3.04億m3，占2016年及以后總引水量的24.9%. 相比而言，2016年及以后在藻類暴發(fā)關鍵期的引水入湖量偏低，僅為2016年前的51.2%.

圖3 2016年前后“引江濟太”調(diào)水量、太湖入湖水量及貢湖蓄水量變化Fig.3 Quantity of water diversion from the Yangtze River, water inflow from Lake Taihu and water storage in Gonghu Bay around 2016

2.2 2016年前后“引江濟太”水質(zhì)變化

2.2.1 總磷濃度的變化 將貢湖灣及全湖水質(zhì)監(jiān)測點TP濃度數(shù)據(jù)進行平均得到貢湖灣和全太湖平均TP濃度，同時在“引江濟太”調(diào)水入湖時在望亭立交閘下近太湖側(cè)采樣點采集TP濃度數(shù)據(jù)(圖4). 2016年前，全太湖年平均TP濃度為0.073 mg/L，貢湖年平均TP濃度為0.063 mg/L，引江水入湖時年平均TP濃度為0.124 mg/L，調(diào)水入湖TP濃度比太湖平均高約0.051 mg/L. 2016年及以后，全太湖年平均TP濃度為0.083 mg/L，貢湖年平均TP濃度為0.073 mg/L，引江水入湖時年平均TP濃度為0.114 mg/L，調(diào)水入湖TP濃度比太湖平均高約0.031 mg/L. 相比而言，2016年后引江水入湖時TP濃度下降了0.01 mg/L，相對太湖的TP濃度差也下降0.02 mg/L.

圖4 2016年前后太湖、貢湖灣及“引江濟太”入湖總磷濃度Fig.4 Total phosphorus concentration of Lake Taihu, Gonghu Bay and water diversion from the Yangtze River around 2016

2016年前全太湖月均TP濃度變化范圍為0.033～0.119 mg/L，至2014年全湖TP濃度在波動中下降，2015年起出現(xiàn)回升，2016年后全湖出現(xiàn)磷反彈現(xiàn)象，月均TP濃度變化范圍為0.053 ～0.144 mg/L，回升比例約為15%～20%.

從TP濃度變化趨勢來看，2016年太湖出現(xiàn)TP反彈現(xiàn)象，但“引江濟太”入湖TP濃度相比2016年前出現(xiàn)下降. 利用SPSS 20軟件對2016年前后貢湖灣、全太湖TP濃度與“引江濟太”入湖TP濃度進行Pearson相關性分析，結(jié)果表明貢湖灣、全太湖TP濃度與“引江濟太”入湖TP濃度均無顯著相關關系(P?0.1).

2.2.2 “引江濟太”入湖磷通量的變化 根據(jù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計，2016年前，“引江濟太”累計入湖磷通量為737.55 t，年均值為122.93 t，最高值出現(xiàn)在2011年，為197.53 t，最低值出現(xiàn)在2015年，為51.79 t. 2016年及以后，引水累計入湖磷通量為140.42 t，年均值為46.81 t，2016年引江入湖磷通量為近年最少，僅為16.42 t. 相比而言，2016年后“引江濟太”入湖磷通量是偏小的，年通量僅為2016年前的38.1%(圖5a).

從“引江濟太”入湖磷通量在全湖占比來看，2010-2015年，全湖累計入湖磷通量為13212 t，“引江濟太”累計入湖磷通量為737.55 t，占比5.58%. 2016-2018年，全湖累計入湖磷通量為6496 t，“引江濟太”累計入湖磷通量為140.42 t，占比2.16%. 相比而言，2016年后“引江濟太”入湖累積磷通量在全湖占比偏小. 而2016年“引江濟太”入湖磷通量在全湖占比也是近年最小值，僅為0.63%(圖5b).

從“引江濟太”入湖磷通量與太湖水中含有磷長期關系來看，引水入湖磷通量與太湖水中含有磷變化的相關性很小(P?0.1). 2016年前，太湖水中含有磷平均值為399.1 t. 2016年及以后，太湖水中含有磷平均值為495.42 t，相比之前上升了96.32 t. 2016年為近年太湖水中含有磷最大的一年，有523.69 t，但“引江濟太”入湖磷通量逐年顯著下降，2016年僅入湖16.42 t，是2011年的16.2%(圖5b).

圖5 2016年前后“引江濟太”入湖磷通量概況Fig.5 General situation of phosphorus flux of water diversion from the Yangtze River around 2016

2.2.3 “引江濟太”入湖磷形態(tài)的變化 將望亭立交閘下、貢湖灣及全湖水質(zhì)監(jiān)測點的DTP濃度數(shù)據(jù)進行平均得到年平均數(shù)據(jù)(圖6). 2016年前，全太湖年平均DTP濃度為0.026 mg/L，貢湖年平均DTP濃度為0.025 mg/L，引江水年平均DTP濃度為0.075 mg/L，引水入湖時DTP濃度比太湖高約0.049 mg/L. 2016年及以后，全太湖年平均DTP濃度為0.028 mg/L，貢湖年平均DTP濃度為0.021 mg/L，引江水年平均DTP濃度為0.064 mg/L，引水入湖時DTP濃度比太湖高約0.036 mg/L. 相比而言，2016年后引江水DTP濃度下降了0.011 mg/L，相對太湖的TP濃度差也下降0.013 mg/L，與TP濃度變化規(guī)律相似.

從DTP濃度占TP濃度比例來看，2016年前全太湖、貢湖、“引江濟太”調(diào)水中DTP濃度比例基本保持穩(wěn)定. “引江濟太”時望虞河DTP濃度占比約為60%，貢湖灣DTP濃度占比約為40%，全太湖DTP濃度占比約為35%，引江水DTP濃度占比顯著高于貢湖灣及全太湖平均水平. 值得注意的是，2016年及以后，引江水、貢湖灣及全太湖DTP濃度占TP濃度的比例均有下降趨勢，引江水DTP濃度占比約為56%，下降了4%，貢湖灣DTP濃度占比約為29%，下降了11%，全太湖DTP濃度占比約為33%，下降了2%.

2016年劉德鴻、范成新等[19]對湖西區(qū)與浙西區(qū)主要入湖河流進行了磷形態(tài)采樣分析，DTP占TP比例的范圍為44%～50%，平均值為47%. 與這個數(shù)據(jù)作比較，2016年前后引江水DTP占比高于湖西區(qū)與浙西區(qū)12%左右.

圖6 2016年前后引江水與太湖、貢湖中的溶解性總磷濃度及占比Fig.6 Dissolved total phosphorus (DTP) concentration and DTP/TP ratio in different rivers, Lake Taihu and Gonghu Bay around 2016

2.2.4 “引江濟太”調(diào)水與主要入湖河流水質(zhì)的對比 環(huán)太湖有眾多的入湖河道，主要集中在太湖上游地區(qū)，分為湖西區(qū)入湖河道和浙西區(qū)入湖河道，年入湖水量占全太湖年入湖水量的70%以上. 湖西區(qū)有13條主要入湖河流，浙西區(qū)有6條主要入湖河流(圖1c).

2016年前，湖西區(qū)入湖河道平均TP濃度為0.198 mg/L，浙西區(qū)入湖河道平均TP濃度為0.129 mg/L，引江水平均TP濃度為0.124 mg/L. 2016年及以后，湖西區(qū)入湖河道平均TP濃度為0.172 mg/L，浙西區(qū)入湖河道平均TP濃度為0.111 mg/L，引江水平均TP濃度為0.107 mg/L. 引江水水質(zhì)明顯好于湖西區(qū)平均，與浙西區(qū)平均值相當，2016年后引江水TP濃度在下降(圖7a).

圖7 湖西區(qū)、浙西區(qū)主要入湖河流與“引江濟太”入湖水體總磷濃度及其比值Fig.7 The total phosphorus concentration and ratio of the main rivers entering the lake between water diversion from the Yangtze River

為了比較湖西區(qū)、浙西區(qū)19條入湖河流與“引江濟太”經(jīng)望虞河入湖TP濃度，說明“引江濟太”調(diào)水水質(zhì)在環(huán)太湖入湖河道中的水質(zhì)水平，將每條河流入湖年均TP濃度分別除以同年“引江濟太”時望虞河年均TP濃度，若比值大于1說明該條河當年入湖TP濃度大于望虞河，結(jié)果見圖7b. 從圖中可見，在湖西區(qū)與浙西區(qū)19條主要入湖河流中，只有伏溪河、梁溪河、合溪新港、大錢港、旌兒港和東苕溪年均入湖TP濃度明顯低于望虞河，可見“引江濟太”調(diào)水在環(huán)太湖入湖河流中屬于水質(zhì)較優(yōu)的來水.

2.3 太湖總磷對“引江濟太”調(diào)水的響應

2.3.1 調(diào)水前后“引江濟太”受水湖區(qū)貢湖灣的短期響應 2016年前后“引江濟太”調(diào)水入湖30次，直接受水湖區(qū)為貢湖灣. 調(diào)水前后受水湖區(qū)水體TP的短期響應與入湖磷通量相關. 近幾年“引江濟太”調(diào)水TP濃度變化不大，入湖磷通量應與入湖水量呈正相關，“引江濟太”入湖磷通量會引起受水湖區(qū)貢湖及全太湖TP怎樣的短期變化？將30次調(diào)水過程按調(diào)水量降序排列，選取3次典型調(diào)水過程(表1)，代表入湖磷通量較多、中等、較少的3種情況，使用調(diào)水過程前、中、后3個階段直接受水湖區(qū)貢湖灣、望虞河入湖河口(1#～5#)的5個監(jiān)測點日數(shù)據(jù)及全太湖當月平均TP數(shù)據(jù)(6#)對調(diào)水前后貢湖灣的短期響應進行分析(圖8).

表1 “引江濟太”調(diào)水典型過程

2014年11月5日-2015年2月6日這次調(diào)水持續(xù)93 d，是“引江濟太”調(diào)水量較多的一次(排第5位). 調(diào)水過程中引江水TP濃度為0.107 mg/L，高于貢湖灣與全太湖平均值. 調(diào)水前后貢湖灣TP濃度變化不大，調(diào)水后僅升高0.005 mg/L，調(diào)水后3個月貢湖灣平均TP濃度相比調(diào)水前3個月反而下降了0.022 mg/L(圖8a). 調(diào)水過程中TP濃度總體上是從望虞河河口向太湖湖心下降的，調(diào)水前后全太湖平均TP濃度變化不大，調(diào)水后升高0.005 mg/L(圖8d).

2016年3月5日-2016年4月1日這次調(diào)水持續(xù)27 d，是“引江濟太”調(diào)水量中等的一次(排第15位). 調(diào)水過程中望虞河TP濃度為0.103 mg/L，高于貢湖灣與全太湖平均值. 調(diào)水前后貢湖灣TP濃度變化不大，調(diào)水后僅升高0.005 mg/L，調(diào)水后3個月貢湖灣平均TP濃度相比調(diào)水前3個月上升了0.023 mg/L(圖8b). 調(diào)水過程中TP濃度總體上是從望虞河河口向太湖湖心下降的，調(diào)水前后全太湖平均TP濃度變化不大，調(diào)水后升高0.002 mg/L(圖8e).

2016年9月5日-2016年9月12日這次調(diào)水持續(xù)7 d，是“引江濟太”調(diào)水量較少的一次(排第22位). 調(diào)水過程中望虞河TP濃度為0.107 mg/L，低于貢湖灣與全太湖平均值. 調(diào)水前后貢湖灣TP濃度變化不大，調(diào)水后僅升高0.004 mg/L，調(diào)水后3個月貢湖灣平均TP濃度相比調(diào)水前3個月下降了0.02 mg/L(圖8c). 調(diào)水過程中TP濃度總體上是從望虞河河口向太湖湖心波動中上升的，調(diào)水后全太湖平均TP濃度下降了0.073 mg/L(圖8f).

圖8 “引江濟太”時望虞河入湖總磷濃度的短期響應Fig.8 Short-term response of total phosphorus concentration in Wangyu River

2.3.2 太湖典型湖區(qū)總磷反彈對“引江濟太”入湖磷通量的響應 2016年全湖出現(xiàn)TP反彈的現(xiàn)象[1，2]，2016年全太湖水中含有磷為523.69 t，是近年最大值. “引江濟太”入湖磷通量是否造成2016年后太湖TP的反彈？基于太湖局公布的《太湖流域片水情年報》，環(huán)太湖入湖水量主要來自湖西區(qū)、浙西區(qū)和“引江濟太”調(diào)水，因此本研究選取與入湖片區(qū)相對應的太湖貢湖、梅梁湖、竺山湖、西部沿岸區(qū)、南部沿岸區(qū)以及無直接外源磷輸入的湖心區(qū)作為典型湖區(qū)，分析其水中含有磷及其變化量.

2016年前，“引江濟太”直接受水湖區(qū)貢湖灣水中含有磷平均值為5.16 t，2016年及以后，貢湖水中含有磷平均值為6.41 t，相比之前上升了1.25 t(圖9a). 從太湖各典型湖區(qū)年際水中磷增量來看，2014年前，太湖水中含有磷波動中下降，2015年起，太湖水中含有磷開始回升，各湖區(qū)反彈幅度不同，竺山湖、西部沿岸區(qū)、南部沿岸區(qū)、湖心區(qū)反彈幅度較大，反彈范圍為1.98～8.27 t，貢湖和梅梁湖反彈幅度較小，其中貢湖2016年水中含有磷比2015年下降了0.52 t(圖9b)，就單位水面面積磷增量而言，2016年竺山湖比2014年上升了0.093 t/km2(圖9c). 從典型湖區(qū)磷增量變化可見，磷反彈明顯的湖區(qū)為湖西區(qū)、浙西區(qū)入湖河流的受水湖區(qū)，“引江濟太”調(diào)水受水湖區(qū)貢湖水中含有磷并未顯著增加，2015、2016年“引江濟太”入湖磷通量之和為68.21 t，僅占這兩年環(huán)太湖入湖磷通量的1.49%.

圖9 2016年前后太湖典型湖區(qū)磷存量及年際變化量Fig.9 Phosphorus stock and annual variation in typical areas of Lake Taihu around 2016

3 討論

3.1 2016年后太湖總磷反彈與“引江濟太”的關系

2016年以來，太湖TP出現(xiàn)反彈現(xiàn)象[1-2]，水中含有磷及TP濃度均是近年最高，“引江濟太”與太湖TP反彈是否有關系？從TP濃度來看，相比之前，2016年及以后引水入湖時TP濃度有所下降，相對太湖的TP濃度差也在下降，引江水的水質(zhì)在逐步改善. 從入湖水量與磷通量來看，“引江濟太”年平均入湖磷通量占太湖總?cè)牒淄康?.45%，年平均引水量占太湖年平均入湖水量的7.35%，單位水量攜帶的磷通量僅為其他來水的一半左右. 2016年及以后，引水水量及磷通量均出現(xiàn)顯著下降，引水量僅為之前的42.7%，入湖磷通量僅為之前的38.1%，其中2016年是近年入湖水量及磷通量最小的一年. 從“引江濟太”與環(huán)湖主要河道入湖水質(zhì)比較來看，引江水水質(zhì)明顯優(yōu)于湖西區(qū)，與浙西區(qū)相當，在太湖主要入湖河流中，僅有5條河流水質(zhì)優(yōu)于引江水，引江水屬于太湖優(yōu)質(zhì)來水. 從調(diào)水后貢湖及全太湖TP濃度的短期響應看，短期內(nèi)貢湖TP濃度有微小起伏，但3個月后貢湖TP濃度出現(xiàn)下降，可以理解為長江水通過望虞河進入太湖后，其中部分顆粒態(tài)磷進入底泥，與貢湖水體交換、混合后水中TP濃度下降. 從引水量年內(nèi)分布來看，2016年后，藻類暴發(fā)的關鍵期引水入湖量在全年僅占24.9%，占比較低. 2016年9月份引水后貢湖及全太湖TP濃度短期響應與非藻類暴發(fā)關鍵期的規(guī)律相似. 引江水目的主要是保證太湖流域供水安全，2016年后環(huán)太湖年均入湖水量相比之前增加了22.1%，而藻類暴發(fā)關鍵期與太湖汛期基本重合，期間引水量在全年占比是較低的，對貢湖及全太湖TP濃度的短期影響未見特殊性. 從太湖分湖區(qū)TP反彈量來看，2016年由于太湖全流域爆發(fā)洪水[20]，入湖河流帶來流域內(nèi)的大量磷，太湖的水質(zhì)、水量資料顯示，陳東港和殷村港是2016年入湖磷通量最大的河流，相對應的入湖湖區(qū)西部沿岸區(qū)和竺山湖磷反彈量與入湖河流磷通量有明顯關聯(lián)性，西部沿岸區(qū)總反彈量最大，2016年相比之前磷存量增加了12.81 t，竺山湖單位水面面積反彈量最大，2016年相比之前磷存量增加了0.093 t/km2. 當年“引江濟太”調(diào)水水質(zhì)要明顯優(yōu)于其他入湖河流，“引江濟太”直接受水湖區(qū)貢湖磷存量增加了1.33 t，單位水面面積磷增量為0.011 t/km2，均低于全太湖平均水平，在全湖磷反彈的背景下，貢湖水中含有磷甚至相比2015年出現(xiàn)下降. 綜上，從調(diào)水量、入湖磷通量、調(diào)水后短期磷響應及各湖區(qū)磷增量來看，“引江濟太”未造成2016年后太湖TP濃度反彈.

3.2 “引江濟太”對太湖總磷的累計影響

“引江濟太”是否會造成太湖內(nèi)部磷的累積，對太湖磷循環(huán)產(chǎn)生影響？“引江濟太”累計入湖磷通量877.97 t，占全太湖累計入湖的4.58%，累計入湖水量97.93億m3，占全太湖累計入湖的7.36%. 從目前狀態(tài)下對太湖TP的影響來看，主要受水區(qū)貢湖的TP濃度低于全太湖均值，在2016年全湖磷反彈的大背景下，貢湖水中含有磷濃度比2015年下降. 從“引江濟太”受水湖區(qū)貢湖TP濃度低于全太湖平均以及西部沿岸區(qū)、竺山湖和梅梁湖的狀態(tài)來看，為貢湖容量2.4倍的年平均引水量對貢湖TP應該產(chǎn)生了好的影響. 而根據(jù)貢湖TP濃度均值低于全太湖均值，也可以認為通過貢湖進入全太湖的來水對處于嚴重富營養(yǎng)化狀態(tài)的太湖具有一定的改善效果.

一個值得關注的問題是，2016年之后貢湖及全太湖DTP濃度在TP濃度中占比下降，相比之前，貢湖灣DTP濃度占比下降了11%，全太湖DTP濃度占比下降了2%. 近年來，全太湖入湖磷通量在1610～2250 t/a之間[1,21]，出湖通量在340～1033 t/a之間，估算凈入湖通量在815～1530 t/a之間. 計算太湖水中磷的存量就能發(fā)現(xiàn)這815～1530 t/a的磷只有一部分進入水中，可能另外一部分主要是進入了底泥和植物、動物系統(tǒng)中. 也就是說目前太湖的水-底泥系統(tǒng)中磷的沉降量可能會大于釋放量. 因此，就產(chǎn)生了一個問題，磷是否可以長期處于沉降量大于釋放量的狀態(tài)？磷不斷地向底泥聚集，水質(zhì)也逐漸向好的方向發(fā)展. 近年來貢湖及太湖中顆粒態(tài)磷占比有所上升，一旦底泥中磷聚集-釋放的現(xiàn)有平衡發(fā)生逆轉(zhuǎn)，“引江濟太”累計帶入的磷通量將會對太湖產(chǎn)生完全不同的影響，這種循環(huán)平衡關系必須引起我們的關注.

3.3 “引江濟太”的遠景展望

立足于長遠的太湖治理，入湖河流的水質(zhì)總體在向好的方向轉(zhuǎn)變，太湖入湖磷通量會逐漸得到控制，太湖TP濃度水平在未來也會逐漸下降，入湖河流TP濃度與湖泊TP濃度的關系如何？收集了國內(nèi)外一些典型湖泊和入湖河流TP濃度的數(shù)據(jù)[22-39]，用同年入湖河流總磷濃度(TPriver)和湖泊總磷濃度(TPlake)的比值來衡量入湖河流和湖泊TP濃度的關系. 由圖10可見，不論是處于貧營養(yǎng)還是富營養(yǎng)的湖泊，TPriver/TPlake基本都大于1，也就是說一般情況下入湖河道的TP濃度會高于湖泊. 由于河流有較為強烈的流動性，其水體中攜帶較多的顆粒態(tài)磷，這些磷一旦進入相對靜止的湖泊就會有一部分發(fā)生沉降轉(zhuǎn)入底泥，這可能是湖泊中TP濃度低于河流的原因之一. 另外，就單位水面(水量)各種生物的生物量而言，湖泊中浮游植物、浮游動物、沉水植物等的生物量遠遠高于河流. 而這些生物體內(nèi)都含有磷，因此轉(zhuǎn)化為生物體內(nèi)磷的量也要多一些. 因此河流中的磷進入湖泊后一部分會轉(zhuǎn)入到底泥系統(tǒng)、生物系統(tǒng)中，在水中的數(shù)量一般都會下降. 換而言之，一定范圍內(nèi)河流磷濃度大于湖泊磷濃度是河湖動力以及生態(tài)系統(tǒng)的差異造成的，入湖河流TP濃度高于湖泊并不一定會對湖泊TP濃度產(chǎn)生不利影響.

從圖10還可以看出，在本次統(tǒng)計的這些湖泊中，較少發(fā)生水華的湖泊TP濃度一般在0.04 mg/L以下，而這些湖泊入湖河流的TP濃度也可以是湖泊的1～10倍. 出現(xiàn)水華的湖泊TP濃度一般在0.05～0.25 mg/L之間，TPriver/TPlake也在1～10之間. 而“引江濟太”調(diào)水與全太湖TP濃度的比例為1.8，與貢湖TP濃度的比例為1.6，屬于中等偏低狀態(tài). 從這個角度而言，并不能以“引江濟太”調(diào)水TP濃度高于太湖和貢湖就認為其對太湖產(chǎn)生不利影響. 就目前的狀態(tài)而言，環(huán)太湖主要入湖河流與太湖的平均比值約為2.23，“引江濟太”調(diào)水TP濃度低于湖西區(qū)，接近浙西區(qū)，相對于其他來水而言“引江濟太”來水中TP濃度并不是特別高. 以“引江濟太”調(diào)水的主要目的來看，調(diào)水不僅保證了太湖流域的供水安全，還通過改變貢湖灣水動力條件有效緩解了大面積藍藻水華暴發(fā)的危機[14-15].

圖10 不同湖泊入湖河流與湖泊總磷比值(灰色點代表該湖泊較少暴發(fā)水華)Fig.10 Total phosphorus ratio between different inflowing rivers and lakes

目前除望虞河引水以外，新孟河引水工程也正在建設[40]. 建成后太湖總體形成”二引三排”的引排格局(望虞河、新孟河引水，新溝河、走馬塘、太浦河排水). 根據(jù)新孟河引水工程方案，2020年新孟河引水工程完工后，太湖的交換周期將縮短為180 d左右，“引江濟太”將會給太湖帶來很大的改變. 從太湖與長江交換關系發(fā)生重大變化的角度，長江引水帶來的TP通量對太湖的影響必須關注. 在目前太湖總體處于嚴重富營養(yǎng)化、全太湖TP濃度偏高的背景下，從長江經(jīng)望虞河引入的長江水的TP濃度低于大多數(shù)入湖河流，對貢湖及全太湖起到了好的作用. 但如果未來長江來水TP濃度保持現(xiàn)在的水平，“引江濟太”引入的磷通量在太湖入湖總通量中所占比例增加，對太湖總體磷循環(huán)以及全太湖磷水平會產(chǎn)生與現(xiàn)在不同的影響.

4 結(jié)論

1)2016年前后，“引江濟太”年均入湖磷通量為97.56 t，年均入湖水量為8.16億m3，相比之前，2016年及以后年引水量和入湖磷通量均顯著降低，從調(diào)水量、入湖磷通量、調(diào)水后磷的短期響應及各湖區(qū)磷增量來看，“引江濟太”與2016年后太湖TP濃度反彈相關性不強.

2)2016年前后，“引江濟太”調(diào)水累計入湖磷通量為877.97 t，占太湖總?cè)牒淄康?.58%，累計入湖水量占太湖累計入湖水量的7.36%，單位水量攜帶的磷通量僅為其他來水的一半左右，占比相對有限. 與太湖主要入湖河流相比，“引江濟太”調(diào)水屬于相對優(yōu)質(zhì)來水，在保證供水安全、緩解水華危機的同時對處于目前嚴重富營養(yǎng)化狀態(tài)的太湖水質(zhì)具有一定的改善效果.

3)湖泊的入湖河流TP濃度一般都高于湖泊本身的TP濃度，“引江濟太”調(diào)水TP濃度約是全太湖TP濃度的1.6倍，是貢湖TP濃度的1.8倍，從河湖TP比的角度處于正常范圍. 在未來“引江濟太”水量增加的情況下，必須關注引江水與湖水TP濃度的相對關系，也必須關注長期大量引水過程中底泥聚集-釋放的平衡關系，確?！耙瓭睂μ^續(xù)產(chǎn)生良性的影響.