陽澄湖環(huán)湖河道總磷通量變化分析

王晉虎，古向前，俞 悅

(清華蘇州環(huán)境創(chuàng)新研究院，江蘇 蘇州 215000)

1 引言

陽澄湖是太湖平原上的第三大湖泊，也是蘇州市重要飲用水源之一，擔(dān)負(fù)著蘇州市區(qū)、昆山市以及沿湖鄉(xiāng)鎮(zhèn)近百萬人的飲用水的供給任務(wù)。湖泊面積117.43 km2，南北長約17 km，東西寬約11 km，湖內(nèi)有兩條東北～西南走向的狹長半島，把陽澄湖分為東湖(占44.08%)、中湖(占29.03%)和西湖(占26.89%)。三湖之間彼此有河流港汊相互貫通而匯成一體。常水位時(shí)，東湖平均水深約1.7 m，中湖約1.8 m，西湖約2.7 m[1，2]。陽澄湖周邊河港交織，水網(wǎng)縱橫，湖蕩眾多。陽澄湖環(huán)湖共有進(jìn)出河道59條，其中西線17條、北線12條、東線15條、南線15條，經(jīng)常有水流動(dòng)進(jìn)出的河道約30條左右。

目前陽澄湖飲用水源地及湖體的總磷指標(biāo)還不能穩(wěn)定達(dá)標(biāo)，由于陽澄湖周邊河網(wǎng)水系復(fù)雜，導(dǎo)致湖體總磷污染的來源和成因復(fù)雜[3]。對此，本項(xiàng)目對陽澄湖周邊進(jìn)出湖河道水量及入湖總磷通量趨勢進(jìn)行分析，識別出總磷的主要來源區(qū)域和各主要河道總磷通量比重[4]，并提出了一些針對性的防治和改善措施。

2 進(jìn)出湖水量分析

2.1 進(jìn)出湖流量分析

目前環(huán)陽澄湖進(jìn)出湖骨干河道共31條，環(huán)陽澄湖河道流量測驗(yàn)斷面設(shè)置情況如圖1所示，2017～2020年3月的年平均出入湖流量見圖2。由圖1、2可知，環(huán)陽澄湖西線河道以入湖為主，其中流量較大主要入湖河道為白蕩、白兔涇、界涇。東線和南線以出湖為主，其中流量較大的主要出湖河道為東線的鰻鯉涇以及南線的官瀆港。另外，北線受七浦塘引排影響，流向順逆不定。

2.2 進(jìn)出湖流向統(tǒng)計(jì)

將各河道2017～2020年3月的流向進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，具體結(jié)果見表1。根據(jù)分析，西線各河道基本維持在入湖或滯留狀態(tài)；北線的南消涇、七浦塘以及白曲港等河道由于七浦塘引排水影響，流向順逆不定，七浦塘連續(xù)引水時(shí)，水流入湖，七浦塘連續(xù)排水時(shí)，水流出湖，七浦塘不引不排時(shí)，常表現(xiàn)為緩流或滯留；而東線和南線河道雖然以出湖為主，但也存在逆流的情形，其中張老河、鰻鱺涇、大水涇等河道逆流的情況在7%～8%之間。

圖1 環(huán)陽澄湖河道流量測驗(yàn)斷面設(shè)置情況

圖2 2017年～2020年3月環(huán)湖骨干河道出入湖年均流量

2.3 主要環(huán)湖河道總磷濃度分析

2.3.1 總體評價(jià)

陽澄湖環(huán)湖河道設(shè)置了27個(gè)生態(tài)優(yōu)化行動(dòng)“斷面長”制斷面(圖3)，每月進(jìn)行常規(guī)監(jiān)測，根據(jù)2017～2020年3月陽澄湖入湖河道各斷面總磷監(jiān)測結(jié)果分析，27個(gè)入湖河道斷面中，2020年1～3月有20個(gè)斷面的總磷達(dá)標(biāo)率為100%，另外4個(gè)斷面均超標(biāo)，超標(biāo)率均為66.7%，分別為蠡塘河的蠡塘河口、湘城塘的圣塘港橋、濟(jì)民塘的紅旗橋以及北河涇的沈橋，其中，北河涇沈橋總磷濃度最高，達(dá)到了0.147 mg/L。各斷面中，總磷濃度最低的是湘石路橋。分析結(jié)果見圖4。

圖3 陽澄湖 “斷面長”水質(zhì)監(jiān)測點(diǎn)位圖

圖4 2017～2020年3月各入湖河道斷面總磷年均濃度

2.3.2 年度變化趨勢分析

將入湖河道斷面按西側(cè)入湖和北側(cè)入河兩種類別進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，其中北側(cè)入河包括南肖涇橋、界橋、湘石路橋、新開河橋以及上游的張家港河大橋和七浦塘大橋，其余各斷面均為西側(cè)入河。分析結(jié)果見圖5。根據(jù)分析，2017年入湖河道總磷年平均濃度為0.174 mg/L，2018年為0.133 mg/L，2019年為0.136 mg/L，2020年1～3月為0.103 mg/L。

圖5 入湖河道總磷年平均值變化趨勢(mg/L)

表1 2017～2020年3月環(huán)陽澄湖骨干河道出入湖流向占比

根據(jù)分析，西側(cè)入湖河道總磷濃度總體水平比北側(cè)入湖河道要高；2018年北側(cè)入湖河道總磷濃度升高18.2%，而西側(cè)入湖河道下降22.9%；2019年北側(cè)入湖河道下降21.1%，而西側(cè)入湖河道升高2%；2020年北、西側(cè)入湖河道則分別下降12.8%和25.7%。

2.4 水環(huán)境容量與入湖污染物通量計(jì)算

2.4.1 水環(huán)境容量分析

根據(jù)《陽澄湖生態(tài)保護(hù)規(guī)劃(2015-2020年)》，采用湖泊二維非穩(wěn)態(tài)水質(zhì)模型，通過陽澄湖及周邊河道的水質(zhì)目標(biāo)，利用周邊入湖河道污染帶范圍反演各主要入湖河道所能排放的最大污染物濃度，計(jì)算分析陽澄湖常規(guī)水質(zhì)因子水環(huán)境容量[5]。陽澄湖總體水質(zhì)按Ⅲ類水控制，計(jì)算得總磷的水環(huán)境容量為73t/a。

2.4.2 入湖污染物通量計(jì)算

污染物通量為斷面在一定時(shí)間內(nèi)某種污染物的通量，它可以將水量和污染物濃度很好地結(jié)合起來，表征在一定時(shí)間內(nèi)污染物進(jìn)入某一區(qū)域的總量。污染物通量的計(jì)算方法為污染物的濃度乘以通過斷面的流量。

在不考慮七浦塘引水的情況下，陽澄湖入湖水量主要來自于西線入湖河道，根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)，利用陽澄湖西線入湖河道總磷年均濃度和入湖流量計(jì)算2017～2020年3月的入湖總磷通量，具體見表2。

根據(jù)計(jì)算分析，西線入湖河道的總磷平均濃度先于2018年上升后連續(xù)2年下降，入湖總磷通量整體波動(dòng)性下降。2018年由于渭涇塘修橋施工，在總磷濃度下降的同時(shí)，入湖流量下降，導(dǎo)致2018年總磷入湖通量大幅降低。2019年，雖然西線入湖河道的總磷平均濃度與2018年接近，但由于入湖流量增加，導(dǎo)致2019年的總磷入湖通量又有所上升。即便如此，2018～2019年的西線總磷入湖通量也大于目前陽澄湖的水環(huán)境容量，需要進(jìn)一步削減。

表2 2017～2020年3月陽澄湖西線總磷通量

根據(jù)水量分析，西線的入湖流量較大3條河道為白蕩、白兔涇和界涇(渭涇塘渭涇大橋2019年修橋，無流量數(shù)據(jù))，2019年總磷入湖通量情況見表3。由表3可知，3條河道占了西線入湖總磷通量91.3%。是陽澄湖西線總磷污染的主要來源，進(jìn)行污染治理時(shí)應(yīng)當(dāng)重點(diǎn)關(guān)注。

表3 西線主要入湖斷面總磷入湖通量情況

3 結(jié)論及措施

3.1 進(jìn)一步削減西線總磷入湖量

根據(jù)分析，陽澄湖西線入湖河道總磷濃度逐年減小，治污取得一定成效，但由于西線河道總磷濃度基數(shù)較高，雖然逐年減小，但2019年平均濃度仍有0.146 mg/L，高于北線河道的平均濃度0.146 mg/L。且從水環(huán)境容量來看，西線入湖的總磷量仍有198.50 t/a，高于73 t/a的容量限制，尚不能滿足湖體總磷穩(wěn)定達(dá)標(biāo)的要求，需要進(jìn)一步削減。

根據(jù)分析，西線入湖流量較大的的白蕩、白兔涇、渭涇塘和界涇等條河道占了西線入湖總磷通量的86.3%，是陽澄湖西線總磷污染的主要來源。其中，白兔涇(蠡塘河)仍未達(dá)標(biāo)，須進(jìn)一步加強(qiáng)整治[6，7]。其他河道各相關(guān)斷面雖然滿足對應(yīng)的水質(zhì)目標(biāo)，但由于入湖流量較大，是西線主要的入湖通道，應(yīng)當(dāng)進(jìn)一步嚴(yán)格管控。

3.2 有效控制北線總磷污染

分析表明，2017～2020年3月陽澄湖北線河道總磷年均濃度上下波動(dòng)，是2018年陽澄中湖和東湖總磷濃度較高的主要原因之一。此外，北線河道是七浦塘引水的主要通道，總磷濃度的升高會(huì)使得引水過程帶入大量的總磷，必須加強(qiáng)管控。

3.3 科學(xué)合理地開展調(diào)水引流

根據(jù)分析，2017年7、8、9月的大量引水導(dǎo)致了湖體總磷濃度的大幅度升高，可見引水在改善湖體水質(zhì)的同時(shí)也會(huì)對湖體的總磷濃度造成一定的沖擊。因此，建議更加科學(xué)合理地開展調(diào)水引流，在七浦塘及有關(guān)入湖河道總磷濃度較高的情況下，盡量不要引水。此外，在短時(shí)間內(nèi)的引水量不宜過大，避免總磷在短期內(nèi)大量進(jìn)入水體，無法及時(shí)沉降和降解，對湖體水質(zhì)造成沖擊[8]。

3.4 控制南線河道倒流情況

陽澄湖南線河道雖然以出湖為主，但是也存在一定的倒流情況，監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示，2017年7月初后的倒流情況導(dǎo)致陽澄湖水源地總磷濃度從0.070 mg/L上升至0.178 mg/L，后又隨著倒流水量的變化出現(xiàn)多次波動(dòng)。由于陽澄湖水源地位于陽澄湖東南側(cè)，其南側(cè)河道倒流帶來的污染會(huì)直接對水源地水質(zhì)造成影響。因此，建議加強(qiáng)對南線河道水質(zhì)水量的管控，在加強(qiáng)治污的同時(shí)，避免河水倒流入湖，特別是在水質(zhì)較差時(shí)，應(yīng)對其流向進(jìn)行嚴(yán)格管控。