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    湖北省湖泊污染現(xiàn)狀及原因分析

    2017-01-10 06:47:18馬麗梅
    中國水利 2016年18期
    關(guān)鍵詞:富營養(yǎng)化湖泊湖北省

    熊 昱,廖 煒,李 璐,楊 偉,馬麗梅,王 暉

    (1.華中農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院,430070,武漢;2.湖北省水土保持監(jiān)測中心,430071,武漢;3.湖北省水利水電科學(xué)研究院,430070,武漢;4.湖北省水土保持工程技術(shù)研究中心,430070,武漢;5.湖北省電力勘測設(shè)計院,430070,武漢)

    湖北省湖泊污染現(xiàn)狀及原因分析

    熊 昱1,廖 煒2,李 璐3,4,楊 偉3,4,馬麗梅3,4,王 暉5

    (1.華中農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院,430070,武漢;2.湖北省水土保持監(jiān)測中心,430071,武漢;3.湖北省水利水電科學(xué)研究院,430070,武漢;4.湖北省水土保持工程技術(shù)研究中心,430070,武漢;5.湖北省電力勘測設(shè)計院,430070,武漢)

    湖北是千湖之省,近年隨著經(jīng)濟(jì)社會的不斷發(fā)展,湖泊生態(tài)健康日益惡化。分析了當(dāng)前湖北省湖泊健康的總體情況。當(dāng)前湖北省湖泊健康呈現(xiàn)出部分改善、總體惡化,反復(fù)治理、反復(fù)污染的特點(diǎn),富營養(yǎng)化是湖泊健康惡化的主要表現(xiàn)形式。農(nóng)業(yè)面源污染是湖泊污染的主因,工業(yè)生產(chǎn)的不達(dá)標(biāo)排放加快了湖泊的富營養(yǎng)化,加上湖泊水體交換受阻,減弱湖泊自凈能力,最終導(dǎo)致湖泊生態(tài)健康的惡化。湖泊與流域是一個密不可分的完整生態(tài)系統(tǒng),對于湖泊生態(tài)系統(tǒng)的保護(hù)和管理必須要考慮生態(tài)系統(tǒng)的完整性和緊密聯(lián)系。對湖泊及其源頭發(fā)生過程及程度進(jìn)行有效監(jiān)測,及時掌握湖泊和流域狀況及變化趨勢,是湖泊水環(huán)境治理最為迫切的關(guān)鍵工作。

    湖泊;流域;面源污染;生態(tài)健康;監(jiān)測

    一、湖北省湖泊健康總體情況

    近年隨著經(jīng)濟(jì)社會的不斷發(fā)展,水環(huán)境污染問題日益嚴(yán)重,作為“千湖之省”的湖北,湖泊水質(zhì)及富營養(yǎng)化狀況一直是各級政府部門和社會關(guān)注的焦點(diǎn)?!逗笔?014年水資源公報》全年期共評價29個湖泊,面積1 633 km2。其中Ⅱ類水湖泊1個,Ⅲ類水湖泊5個,Ⅳ類水湖泊12個,Ⅴ類水湖泊7個,劣Ⅴ類水湖泊4個,Ⅳ類及以下水湖泊占 79.3%;Ⅱ類水湖泊面積占15.7%,Ⅲ類水占27.8%,Ⅳ類水占44.1%,Ⅴ類水占8.5%,劣Ⅴ類水占3.9%,Ⅳ類及以下水湖泊占56.5%。

    從湖泊富營養(yǎng)化的角度評價,中營養(yǎng)湖泊3個,輕度富營養(yǎng)湖泊14個,中度富營養(yǎng)湖泊12個,富營養(yǎng)化湖泊數(shù)量占89.7%;輕營養(yǎng)湖泊面積占60.9%,中營養(yǎng)湖泊面積占17.0%,富營養(yǎng)湖泊面積占22.1%。龍感湖、后湖、漲渡湖、保安湖、大冶湖等重要湖泊水質(zhì)均出現(xiàn)了明顯下降。湖泊主要超標(biāo)項目為氨氮、總磷和高錳酸鹽指數(shù)。

    二、湖北省湖泊健康變化趨勢

    1.部分改善,總體惡化

    選擇洪湖、長湖、黃蓋湖、斧頭湖、梁子湖、大冶湖、武山湖和龍感湖8個重要湖泊為典型對象,分析其最近10年的水質(zhì)(表1)和富營養(yǎng)化變化趨勢(表2)。

    可見水質(zhì)惡化的湖泊有4個,水質(zhì)改善的湖泊有3個,水質(zhì)惡化的湖泊數(shù)量大于水質(zhì)改善的湖泊數(shù)量,Ⅲ類水以下湖泊數(shù)量有所增加。特別值得注意的是,作為湖北省第一大湖泊,洪湖的水質(zhì)由Ⅲ類惡化為Ⅳ類,惡化情況嚴(yán)重。從富營養(yǎng)化的角度分析,2006年8個湖泊中,中營養(yǎng)5個,富營養(yǎng)3個,而2014年,中營養(yǎng)湖泊2個,富營養(yǎng)化湖泊達(dá)6個,其中3個輕度富營養(yǎng),3個中度富營養(yǎng),富營養(yǎng)化湖泊的數(shù)量翻了一番。

    表1 近10年湖北省部分重要湖泊水質(zhì)類別

    表2 近10年湖北省部分重要湖泊營養(yǎng)化狀態(tài)

    2.反復(fù)治理,反復(fù)污染

    對洪湖、長湖、黃蓋湖、斧頭湖、梁子湖、大冶湖、武山湖和龍感湖8個典型湖泊的水質(zhì)類別和水域面積進(jìn)行加權(quán),計算其平均水質(zhì)類別。10年來8個湖泊的加權(quán)平均水質(zhì)類別介于3.1~3.6之間,低于Ⅲ類。而且水質(zhì)一直處于波動中,并在波動中呈現(xiàn)進(jìn)一步惡化的趨勢。

    近10年來,湖北省已經(jīng)投入巨資開展了大量的湖泊治理和保護(hù)工作,洪湖、長湖、黃蓋湖、斧頭湖、梁子湖、大冶湖、武山湖和龍感湖均是重點(diǎn)治理保護(hù)對象。但是水質(zhì)波動說明,湖北省的湖泊保護(hù)工作并未取得長效。經(jīng)過治理,水質(zhì)在短期內(nèi)得到一定改善,但隨后又再次惡化,陷入了“反復(fù)治理、反復(fù)污染”的怪圈。這充分說明目前湖北省湖泊保護(hù)工作單純局限于湖泊水體本身以及岸邊部分治理,無法從根本上解決湖泊污染問題,湖泊治理保護(hù)亟須轉(zhuǎn)變思路。

    3.富營養(yǎng)化是水質(zhì)惡化的主要表現(xiàn)形式

    根據(jù)分析,雖然湖北省早已積極開展湖泊保護(hù)工作,從水質(zhì)類別來看,長湖、梁子湖等部分湖泊的水質(zhì)也確實(shí)得到一定改善,但從近10年的整體情況來看,湖北省湖泊健康狀況仍在進(jìn)一步惡化。特別是從富營養(yǎng)化角度來看,洪湖、長湖、梁子湖等原來沒有富營養(yǎng)化的湖泊也開始呈現(xiàn)富營養(yǎng)化,湖泊富營養(yǎng)化趨勢極為嚴(yán)重,成為湖北省湖泊健康狀況惡化的主要表現(xiàn)形式。今后的湖泊健康監(jiān)測、評價和治理,不僅僅要關(guān)注湖泊水質(zhì)類別的變化,更要關(guān)注湖泊富營養(yǎng)化狀態(tài)的變化。

    三、湖泊污染原因分析與判斷

    1.農(nóng)業(yè)面源污染是主因

    目前湖北省農(nóng)業(yè)生產(chǎn)正從傳統(tǒng)粗放型向商品化階段發(fā)展,省內(nèi)大部分湖泊處于農(nóng)村或城市郊區(qū),農(nóng)藥化肥過量施用、畜禽養(yǎng)殖、村鎮(zhèn)生活污水、生活垃圾等面源污染已經(jīng)越來越成為湖泊的主要污染源。根據(jù)近10年湖北省湖泊監(jiān)測結(jié)果,水體主要呈現(xiàn)為有機(jī)污染,超標(biāo)項目以總氮、總磷、氨氮以及五日生化需氧量為主,而農(nóng)藥化肥、畜禽養(yǎng)殖、生活污水垃圾等農(nóng)業(yè)面源污染物正是湖泊氮磷的主要來源。

    湖泊農(nóng)業(yè)面源污染以江漢平原較為突出。江漢平原是湖北省的糧食主產(chǎn)區(qū),根據(jù)調(diào)查,江漢平原每年農(nóng)村生活污水排放量高達(dá)135 572萬t。以洪湖所在的四湖流域?yàn)槔?013年四湖流域各類污染源污染物總量分別為COD 380 476 t,氨氮98 010 t,總磷45 484 t,其中包括農(nóng)村生活污水、畜禽養(yǎng)殖、水產(chǎn)養(yǎng)殖、農(nóng)業(yè)種植面源在內(nèi)的農(nóng)業(yè)和農(nóng)村污染源排放的COD、氨氮、總磷,分別占全流域排放總量的77.08%、87.73%、92.04%。

    大量的化肥、農(nóng)藥等污染物經(jīng)降雨徑流、滲濾等途徑匯入湖泊,刺激藻類及水草過度生長,微生物在分解這些有機(jī)物過程中大量消耗水中氧氣,造成水中溶解氧缺乏,導(dǎo)致魚類等大量死亡,破壞水體生態(tài)平衡。同時,有機(jī)物又通過水中厭氧菌的分解引起腐敗現(xiàn)象,產(chǎn)生甲烷、硫化氫、硫醇和氨等惡臭氣體,使水體變質(zhì)發(fā)臭,失去正常使用功能。

    2.工業(yè)生產(chǎn)的不達(dá)標(biāo)排放加快湖泊富營養(yǎng)化程度

    工業(yè)生產(chǎn)中產(chǎn)生的廢污水很多未經(jīng)處理直接大量排放,導(dǎo)致湖泊水體污染加劇,嚴(yán)重降低了水體的使用價值并導(dǎo)致湖泊生態(tài)系統(tǒng)的進(jìn)一步退化,湖泊富營養(yǎng)化程度加重,同時工業(yè)廢水中大量的重金屬和有毒物質(zhì)也會對人體健康產(chǎn)生威脅,嚴(yán)重影響了地區(qū)工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的用水安全。

    工業(yè)排放污染以黃石等工業(yè)發(fā)達(dá)地區(qū)較為嚴(yán)重,如大冶湖、保安湖、武山湖等。以大冶湖為例,除氮磷等污染物超標(biāo)外,砷、鉛、氟化物等污染物也超標(biāo)嚴(yán)重。據(jù)調(diào)查,大冶湖流域工業(yè)源排放水污染物種類多,排放量大,其中CODCr排放量較大的企業(yè)有19家,占全市CODCr排放量的51.7%;排放砷、鉛和鎘等重金屬的主要企業(yè)有12家,其排放總量占全市排放總量的74.3%~98.2%;大冶湖流域工業(yè)固體廢棄物主要有尾礦、冶煉廢渣、爐渣、粉煤灰、煤矸石等5類,占大冶湖流域固體廢棄物總量的91.8%,這些廢水及固體廢棄物大部分隨徑流進(jìn)入湖泊河流,進(jìn)入湖泊水體后會在湖泊環(huán)境體系間發(fā)生一系列理化和生化反應(yīng),對湖泊水體、水生生物產(chǎn)生污染的同時,會在底泥沉積物中積累起來成為次生污染源,對水體環(huán)境造成長期影響,對擾動強(qiáng)烈的湖泊,沉積物的再懸浮使重金屬回到上覆水體,增加了水體中重金屬的生物有效毒性,成為污染內(nèi)源。

    3.湖泊水體交換受阻,減弱湖泊自凈能力

    湖泊受構(gòu)造沉降、泥沙淤積、地下水面升降等自然因素的影響,一直處于動態(tài)演化之中,存在生長、發(fā)展、衰減甚至可能消亡的過程。但由于人類圍湖造田、筑壩攔汊、填湖造地以及過度的城市建設(shè)與開發(fā),湖泊大量減少和萎縮,湖泊形態(tài)特征發(fā)生變化,部分江湖阻隔,原本“湖湖相連,江湖相通”的生態(tài)環(huán)境遭到破壞,湖泊水體交換受阻,生態(tài)通廊分割,湖泊的自身調(diào)蓄能力與凈化能力、污染消解能力、生態(tài)修復(fù)能力削弱,加之水產(chǎn)品無序化養(yǎng)殖等情況已經(jīng)大大超出湖泊水體的承載能力,大大降低了湖泊的自凈能力和環(huán)境容量。

    20世紀(jì)50年代湖北共有百畝以上的天然湖泊1 332個,目前僅存728個,減少45%,湖泊的數(shù)量和面積都在不同程度地減小。部分湖泊因圍墾或其他原因已完全消失或轉(zhuǎn)化為人工控制的精養(yǎng)魚池,一些較大的湖泊也由于人為墾殖而被解體,湖泊環(huán)境容量降低,生態(tài)系統(tǒng)抵抗外界干擾和脅迫的能力減弱,自凈能力降低,更易受污染。較差的水質(zhì)嚴(yán)重影響了其生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能,造成湖泊河流富營養(yǎng)化。

    四、湖泊與流域的生態(tài)關(guān)系

    湖泊與流域是一個密不可分的完整生態(tài)系統(tǒng),流域是湖泊的水“源”和生態(tài)屏障。流域內(nèi)經(jīng)濟(jì)活動、土地利用結(jié)構(gòu)、生產(chǎn)生活方式、植被狀況等因素影響地表污染物的分布狀況,湖泊的流域地面成為湖泊重要的污染來源。湖泊是流域內(nèi)水資源的主要分布區(qū)域和主要存在形式,是流域的重要組成部分。湖泊流域土地利用狀況與流域水體水質(zhì)之間存在著較為顯著的相關(guān)關(guān)系,湖泊流域土地利用方式影響到地表污染物的分布狀況,改變了自然水文過程,暴雨徑流沖刷地表攜帶大量固體廢棄物,污染物未經(jīng)處理的排放,直接造成水體的污染,人類活動所造成的土地的異質(zhì)性改變了湖泊水體的狀況。

    以8個典型湖泊中水質(zhì)較好的斧頭湖和水質(zhì)較差的大冶湖為例進(jìn)行對比,斧頭湖多年水質(zhì)一直穩(wěn)定在Ⅱ類與Ⅲ類之間,而大冶湖一直在Ⅳ類和Ⅴ類之間。比較其流域土地利用狀況,兩個湖泊流域內(nèi)土地利用類型差異較大。斧頭湖流域土地利用以林地為主,其次為耕地,林地面積比例遠(yuǎn)高于耕地比例。而大冶湖流域土地利用則以耕地為主,其次為林地,耕地面積明顯高于林地面積。此外,大冶湖流域內(nèi)住宅用地和工礦倉儲用地面積比例也大大高于斧頭湖流域。

    以斧頭湖、大冶湖流域土地利用面積比例為變量,結(jié)合對應(yīng)時期水質(zhì)特征變化,運(yùn)用相關(guān)軟件進(jìn)行統(tǒng)計分析,結(jié)果表明:耕地、住宅用地、工礦倉儲用地、交通運(yùn)輸用地與總氮、總磷、銨態(tài)氮、CODMn均呈顯著正相關(guān),說明耕地、住宅用地、工礦倉儲用地及交通運(yùn)輸用地是斧頭湖、大冶湖流域入湖水體污染的主要貢獻(xiàn)者,并發(fā)揮了污染“源”的作用。林地、草地、園地與總氮、總磷、銨態(tài)氮、CODMn均呈負(fù)相關(guān),說明該類土地利用類型通過截留降解作用降低了水體污染程度,其中林地對水質(zhì)污染程度降低貢獻(xiàn)最大,發(fā)揮了“匯”的作用。

    由于斧頭湖耕地、住宅用地、工礦倉儲用地等面源污染“源”的面積比例低于大冶湖流域,而林地、草地、園地等污染“匯”的面積比例高于大冶湖,斧頭湖水質(zhì)必然明顯優(yōu)于大冶湖。但長期以來人們忽視了“湖泊—流域”的生態(tài)系統(tǒng)完整性,湖泊的治理往往只關(guān)注其水體本身以及岸邊部分,通過減少圍網(wǎng)養(yǎng)殖、湖水連通、湖水置換、水生動植物恢復(fù)等措施,雖然在一定時間內(nèi)解決了湖泊現(xiàn)有水體污染問題,但是由于忽略了流域和湖泊之間的相互作用,尤其是流域與湖泊生態(tài)環(huán)境退化之間不可分割的關(guān)系沒有受到足夠重視,一定時間后流域內(nèi)的污染物通過自然水文循環(huán)過程再次匯聚到湖泊內(nèi),湖泊水質(zhì)再次惡化,在一定程度上出現(xiàn)“反復(fù)治理,反復(fù)污染”的現(xiàn)象。

    五、建立湖泊—流域的生態(tài)健康監(jiān)測評估體系

    要從根本上解決湖泊的生態(tài)健康問題,必須以湖泊—流域生態(tài)系統(tǒng)為整體,系統(tǒng)分析湖泊—流域生態(tài)系統(tǒng)的基本特征、生態(tài)關(guān)系及發(fā)展變化規(guī)律,綜合評價其狀態(tài)、結(jié)構(gòu)以及功能,從湖泊—流域的整體角度開展監(jiān)測、評估和預(yù)測,分析和尋找湖泊污染的源頭和關(guān)鍵影響因素,制定科學(xué)可行的湖泊治理保護(hù)對策,達(dá)到綜合效益的最大化和經(jīng)濟(jì)社會的可持續(xù)發(fā)展。

    1.制定湖泊健康監(jiān)測評估標(biāo)準(zhǔn)和方法,建立湖泊監(jiān)測體系和監(jiān)測信息協(xié)商共享機(jī)制

    開展湖泊生態(tài)健康監(jiān)測與評價,掌握湖泊水質(zhì)現(xiàn)狀與變化規(guī)律,是尋找湖泊污染原因從而開展湖泊治理的前提和基礎(chǔ)。目前湖北省湖泊健康評估基本方法和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)還處于探索階段,亟須開展相關(guān)技術(shù)工作的試點(diǎn),加快建立湖泊健康評估基本方法和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn),健全湖泊岸線、水文、水環(huán)境、水生態(tài)監(jiān)測體系,建立湖泊監(jiān)測體系和監(jiān)測信息協(xié)商共享機(jī)制,強(qiáng)化湖泊監(jiān)管。

    2.開展關(guān)鍵技術(shù)研究,形成符合湖泊—流域生態(tài)特點(diǎn)的健康監(jiān)測與評估技術(shù)體系

    以湖北省湖泊水質(zhì)保障與水生態(tài)安全為目標(biāo),強(qiáng)化湖泊水質(zhì)系統(tǒng)管理,以建設(shè)監(jiān)控與預(yù)警能力為重點(diǎn),綜合利用遙感技術(shù)與空間分析技術(shù),結(jié)合地面綜合調(diào)查與定點(diǎn)監(jiān)測,開展湖泊—流域的快速動態(tài)監(jiān)測、風(fēng)險評估、預(yù)警和防治綜合決策等技術(shù)試點(diǎn),開發(fā)湖泊水質(zhì)快速遙感監(jiān)測和湖泊面源污染關(guān)鍵源區(qū)識別等關(guān)鍵技術(shù),形成符合湖北省湖泊—流域生態(tài)特點(diǎn)的健康監(jiān)測與評估技術(shù)體系,為湖北全省湖泊生態(tài)健康的監(jiān)測、評估、預(yù)測和保護(hù)提供技術(shù)保障。

    3.建設(shè)湖北省湖泊監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)和湖泊基礎(chǔ)信息平臺,推動湖北省湖泊保護(hù)工作的可持續(xù)發(fā)展

    湖泊是湖北省水利工作的鮮明特色,也是湖北省水利工作的重點(diǎn)內(nèi)容。建設(shè)湖北省湖泊監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)和湖泊基礎(chǔ)信息平臺,是推進(jìn)湖北湖泊信息化的必然需求,也是實(shí)現(xiàn)湖北湖泊保護(hù)工作可持續(xù)發(fā)展的重要舉措。建設(shè)湖泊監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)和湖泊基礎(chǔ)信息平臺,將大數(shù)據(jù)與云計算、湖泊監(jiān)測評估關(guān)鍵技術(shù)結(jié)合于一體,將進(jìn)一步提升識別流域內(nèi)面源污染關(guān)鍵源區(qū)和關(guān)鍵因素的效率,提高湖泊生態(tài)健康預(yù)防治理工作的針對性和有效性。

    4.制定基于湖泊—流域生態(tài)健康監(jiān)測評估結(jié)果的湖泊保護(hù)對策

    根據(jù)流域內(nèi)面源污染關(guān)鍵源區(qū)識別和關(guān)鍵因素判別,有針對性地制定湖泊—流域保護(hù)對策。在傳統(tǒng)工業(yè)污染源治理的基礎(chǔ)上,對于農(nóng)業(yè)面源污染,通過調(diào)整種(植)養(yǎng)(殖)結(jié)構(gòu)和耕作方式,加強(qiáng)農(nóng)業(yè)管理,同時積極開展生態(tài)清潔小流域建設(shè);對于城市污水要做好生活污水的集中式處理和城市雨污管道的分流,做好城市水土保持工作;要重點(diǎn)加強(qiáng)鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)的排污管理,大力改進(jìn)鄉(xiāng)鎮(zhèn)污水處理設(shè)施。另外,漁業(yè)部門應(yīng)加強(qiáng)湖泊養(yǎng)殖管理,使之形成合理化養(yǎng)殖。對湖泊養(yǎng)殖規(guī)模加以控制,最好能夠在大范圍內(nèi)建立休漁期和禁漁期制度。

    [1]湖北省水利廳.湖北省2014年水資源公報[R].2015.

    [2]魏顯虎,杜耘,蔡述明,張婷婷,劉韜.湖北省湖泊演變及治理對策 [J].湖泊科學(xué),2007,19(5).

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    責(zé)任編輯 軒 瑋

    Status and analysis of pollution of lakes in Hubei Province

    Xiong Yu,Liao Wei,Li Lu,Yang Wei,Ma Limei, Wang Hui

    As a province of thousands of lakes,Hubei has rich water resources but the health of ecosystem becomes increasingly worse along social and economic development.Lake eutrophication as the main sign of degradation is commonly existed in the province.Non-point pollution from agriculture has been main course of pollution,and discharge of industrial wastewater has accelerated the process of eutrophication which is aggravated by loss of selfpurification capacity of lake due to the blocking of water flowing among water bodies.Protection of lake ecosystem is vital since river and lake are closely connected that form a complete ecological network.In order to improve water environment in the province,emphasis should be placed on effective monitoring of water sources and pollution so as to get knowledge on the trend of lake and river basin conditions.

    lake;river basin;non-point pollution;ecological health;monitoring

    X83+TV

    B

    1000-1123(2016)18-0054-04

    2016-09-10

    熊昱,碩士研究生,研究方向?yàn)樗鷳B(tài)與水環(huán)境。

    湖北省科技支撐計劃(2014BCB042),湖北省科協(xié)“2015年度科技創(chuàng)新源泉工程”。

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