白馬湖水生態(tài)健康評(píng)價(jià)體系研究

張 煒，劉 鈺，王 軍

(1.河海大學(xué)設(shè)計(jì)研究院有限公司，江蘇 南京 210098；2.南水北調(diào)東線江蘇水源有限責(zé)任公司宿遷分公司，江蘇 宿遷 223800)

河湖是水資源的主要載體，具有輸水、調(diào)蓄洪水、供水、維護(hù)生物多樣性、凈化水質(zhì)、養(yǎng)殖、航運(yùn)、旅游、景觀等多種功能，對(duì)促進(jìn)經(jīng)濟(jì)社會(huì)高質(zhì)量發(fā)展具有重要意義。江蘇省地處長(zhǎng)江、淮河兩大流域下游，境內(nèi)河湖眾多、水網(wǎng)密布。《江蘇省湖泊保護(hù)條例》施行已有十余年，但對(duì)省管湖泊的管控力度仍然不足，湖泊水生態(tài)健康問題日益凸顯。白馬湖是江蘇省重要的省管湖泊，是南水北調(diào)東線工程重要的過境湖泊。隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展，工業(yè)化、城鎮(zhèn)化的快速推進(jìn)，白馬湖的開發(fā)利用強(qiáng)度過大，湖泊調(diào)蓄能力下降、水域萎縮、水生態(tài)退化、功能衰減等問題日益凸顯[1- 2]，亟需開展白馬湖水生態(tài)健康評(píng)價(jià)體系的研究工作，為推動(dòng)白馬湖生態(tài)保護(hù)，維護(hù)河湖健康，保障河湖資源永續(xù)利用提供有力的技術(shù)支撐。

水生態(tài)健康評(píng)價(jià)體系是河湖水生態(tài)健康評(píng)價(jià)的重要技術(shù)支撐。高效合理的河湖水生態(tài)健康評(píng)價(jià)體系是河湖保護(hù)和利用的有效管理工具，可量化人類社會(huì)活動(dòng)對(duì)河湖水生態(tài)系統(tǒng)的影響，便于明確河湖管理和水生態(tài)修復(fù)的目標(biāo)。西方國(guó)家在河湖水生態(tài)健康評(píng)價(jià)領(lǐng)域起步較早，1972年始，美國(guó)、英國(guó)、蘇格蘭和澳大利亞先后提出了《清潔水法》《歐盟水框架及其指令》《英國(guó)聯(lián)合環(huán)保委員會(huì)通用標(biāo)準(zhǔn)》《綜合生態(tài)系統(tǒng)狀況評(píng)估框架》等[3- 8]，一些相對(duì)成熟的河湖健康評(píng)價(jià)方法得到了應(yīng)用。20世紀(jì)70年代以來，國(guó)內(nèi)的河流出現(xiàn)了斷流、水污染、河床萎縮等問題[9- 10]，河湖健康評(píng)價(jià)體系的研究任務(wù)迫在眉睫。河湖生態(tài)健康評(píng)價(jià)體系研究在21世紀(jì)引進(jìn)國(guó)內(nèi)后發(fā)展迅速。唐濤[11]于2002年首次將河流生態(tài)健康評(píng)價(jià)的概念引進(jìn)國(guó)內(nèi)，并從原理上將河流健康評(píng)價(jià)方法分為預(yù)測(cè)模型法和多指標(biāo)法2類。此后，國(guó)內(nèi)眾多專家學(xué)者開始從概念內(nèi)涵、評(píng)價(jià)指標(biāo)、預(yù)測(cè)模型等方面對(duì)河湖健康評(píng)價(jià)體系進(jìn)行研究[12- 18]。2020年2月1日，江蘇省水利廳率先出臺(tái)了《生態(tài)河湖狀況評(píng)價(jià)規(guī)范》[19- 20](以下簡(jiǎn)稱《規(guī)范》)?！兑?guī)范》中對(duì)生態(tài)湖泊(水庫(kù))評(píng)價(jià)指標(biāo)體系設(shè)立了水安全、水生物、水生態(tài)環(huán)境和水空間4個(gè)指標(biāo)類型，涵蓋14個(gè)計(jì)分指標(biāo)和1個(gè)不計(jì)分指標(biāo)，針對(duì)群眾最關(guān)心的用水安全問題和親水功能，設(shè)立了“集中式飲用水水源地水質(zhì)達(dá)標(biāo)率”“水質(zhì)優(yōu)劣程度”和“公眾滿意度”3個(gè)否決項(xiàng)指標(biāo)[19]。

總的來說，國(guó)內(nèi)外河湖健康評(píng)價(jià)體系已經(jīng)發(fā)展到較高的水平，現(xiàn)有的評(píng)價(jià)體系較注重自然狀態(tài)下的修復(fù)，存在的主要問題是指標(biāo)層差異較大，自定義指標(biāo)科學(xué)性有待考證，對(duì)社會(huì)服務(wù)功能指標(biāo)不夠重視。在白馬湖水生態(tài)健康評(píng)價(jià)體系構(gòu)建中，引入了社會(huì)環(huán)境指標(biāo)，包括湖泊受脅迫狀況、土地利用現(xiàn)狀、污染負(fù)荷和環(huán)保與管理工作。

1 湖泊概況

1.1 地理位置

白馬湖地處淮河流域下游，位于淮安市境內(nèi)東南邊緣，分屬淮安市金湖縣、洪澤區(qū)、淮安區(qū)和揚(yáng)州市寶應(yīng)縣，東經(jīng)119°02′～119°12′，北緯33°09′～33°19′。白馬湖南北平均長(zhǎng)17.8km，東西平均寬6.4km，總面積113.4km2。

1.2 主要功能

白馬湖為淮河下游區(qū)域重要調(diào)蓄性湖泊，集滯澇、供水、生態(tài)、文化景觀、養(yǎng)殖、旅游等功能于一體。按照公益性功能優(yōu)先保護(hù)的原則，白馬湖主要功能為滯澇、供水、生態(tài)、文化景觀等公益性功能，次要功能為養(yǎng)殖、旅游等開發(fā)性功能。

1.3 水環(huán)境與水生態(tài)現(xiàn)狀

白馬湖沿線無工業(yè)排污口，局部存在少量生活排污口，污染主要源自湖區(qū)內(nèi)的漁業(yè)養(yǎng)殖、農(nóng)田種植、住家船以及入湖河道攜帶的污染物。

根據(jù)江蘇省水利科學(xué)研究院《白馬湖水生態(tài)監(jiān)測(cè)總結(jié)報(bào)告(2018年度)》[21]、江蘇省水利廳《江蘇省主要河湖生態(tài)狀況報(bào)告(2019)》[22]，白馬湖水質(zhì)類別為Ⅳ類(Ⅲ～Ⅴ類間波動(dòng))，較差的時(shí)段為5—9月，超標(biāo)因子主要為TP和CODMn，多樣性評(píng)價(jià)等級(jí)為“中”；主要污染物為總磷、總氮，水質(zhì)評(píng)級(jí)分別為Ⅱ類(Ⅰ～Ⅲ類間波動(dòng))、Ⅴ類(Ⅳ～Ⅴ類間波動(dòng))。根據(jù)《全國(guó)河流湖泊水庫(kù)底泥污染狀況調(diào)查評(píng)價(jià)》，白馬湖底泥中總磷的平均含量達(dá)到了一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，全湖有機(jī)質(zhì)平均含量達(dá)到了二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，各監(jiān)測(cè)點(diǎn)總氮達(dá)到了三、四級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，底泥富營(yíng)養(yǎng)化程度較重。

白馬湖冬春季硅藻、隱藻占優(yōu)勢(shì)，夏秋季節(jié)藍(lán)藻和硅藻占優(yōu)勢(shì)，各采樣點(diǎn)浮游動(dòng)物的QB/T值變化范圍為1.5～4.0，均值為2.27，Shannon-Wiener指數(shù)年平均值約1.81，湖泊總體為富營(yíng)養(yǎng)型湖泊。從底棲動(dòng)物來看，白馬湖所有采樣點(diǎn)的寡毛類密度均指示無污染狀態(tài)；各監(jiān)測(cè)點(diǎn)Goodnight指數(shù)介于0.15～0.66，平均值0.33，整體處于輕污染狀態(tài)；BPI指數(shù)介于1.02～3.87，全湖平均值為2.10，指示白馬湖處于β-中污染～α-中污染狀態(tài)；Shannon-wiener指數(shù)均在1.0～3.0之間，指示中污染狀態(tài)。4種指數(shù)評(píng)價(jià)結(jié)果顯示白馬湖處于輕一中度污染時(shí)期。

2 白馬湖水生態(tài)健康評(píng)價(jià)體系的構(gòu)建

2.1 評(píng)價(jià)體系

根據(jù)國(guó)內(nèi)外河湖水生態(tài)健康評(píng)價(jià)體系研究經(jīng)驗(yàn)、白馬湖水生態(tài)特征和生態(tài)環(huán)境專家意見，按照指標(biāo)體系的整體性、獨(dú)立性、地域性、層次性、可靠性、定性與定量相結(jié)合、可操作性等原則，結(jié)合江蘇省現(xiàn)行《規(guī)范》，選取白馬湖生態(tài)健康狀況評(píng)價(jià)體系指標(biāo)，見表1—2。

表1 白馬湖水生態(tài)健康狀況評(píng)價(jià)體系

首先，確定3個(gè)子系統(tǒng)層：生態(tài)特征B1、自然功能B2、社會(huì)環(huán)境B3；然后，明確指標(biāo)層，在《規(guī)范》水安全、水生物、水生態(tài)環(huán)境、水空間4類指標(biāo)的基礎(chǔ)上，新增了水生維管束植物覆蓋度、攔截凈化功能、棲息地功能、自然宣教功能、人文景觀功能、湖泊受脅迫狀況、土地利用現(xiàn)狀、污染負(fù)荷、環(huán)保與管理工作等指標(biāo)，基本形成3個(gè)子系統(tǒng)層14個(gè)指標(biāo)層的白馬湖水生態(tài)健康狀況評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。白馬湖水生態(tài)健康狀況評(píng)價(jià)體系建立、指標(biāo)選取的過程如下。

子系統(tǒng)層生態(tài)特征指標(biāo)(B1)：由C1～C5構(gòu)成，其中，C1湖泊濕地類型及面積，為評(píng)價(jià)單元內(nèi)的湖泊濕地類型面積的比例；C2湖泊水質(zhì)，對(duì)應(yīng)《規(guī)范》中水生態(tài)環(huán)境類型中的水質(zhì)優(yōu)劣程度*，由溶解氧、透明度、氨氮、總氮、總磷、高錳酸鹽指數(shù)6個(gè)水質(zhì)指標(biāo)構(gòu)成；C3水生維管束植物覆蓋度為新增指標(biāo)，水生維管束植物與藻類在水生態(tài)系統(tǒng)中為競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系，水生維管束植物被廣泛應(yīng)用于污染水體的水質(zhì)凈化[23]，且方便人工操作；C4湖岸帶物理結(jié)構(gòu)完整性，與湖泊健康狀況密切相關(guān)，是評(píng)價(jià)湖泊生態(tài)系統(tǒng)是否健康的基礎(chǔ)，對(duì)湖泊保護(hù)、管理以及湖泊社會(huì)服務(wù)功能的發(fā)揮具有重要意義[24]；C5生物多樣性不僅包括《規(guī)范》中的大型底棲動(dòng)物多樣性，還包括浮游植物與浮游動(dòng)物。

子系統(tǒng)層自然功能指標(biāo)(B2)：由C6～C10構(gòu)成，C6為水安全服務(wù)功能指標(biāo)，由《規(guī)范》中防洪工程達(dá)標(biāo)率、水功能區(qū)水質(zhì)達(dá)標(biāo)率合并而來；新增攔截凈化功能(C7)指標(biāo)，以自然岸線保有率所占比例為量化標(biāo)準(zhǔn)；新增棲息地功能(C8)指標(biāo)，以白馬湖恢復(fù)區(qū)、保育區(qū)所占比例為量化標(biāo)準(zhǔn)；此外，新增自然宣教功能(C9)、人文景觀功能(C10)指標(biāo)。

表2 白馬湖水生態(tài)健康狀況評(píng)價(jià)指標(biāo)明細(xì)

(續(xù)表)

子系統(tǒng)層社會(huì)環(huán)境指標(biāo)(B3)：由C11～C14構(gòu)成，由于區(qū)域內(nèi)仍存在圈圩、圩網(wǎng)未拆除，且存在采砂、漁獵現(xiàn)象，因此引入湖泊受脅迫狀況(C11)指標(biāo)；新增土地利用現(xiàn)狀(C12)指標(biāo)，濕地面積比例越大，得分越高；新增污染負(fù)荷(C13)指標(biāo)，以污染負(fù)荷總量與湖體納污能力的比例為量化指標(biāo)；將《規(guī)范》中的管理(保護(hù))范圍劃定率、綜合治理程度指標(biāo)合并為環(huán)保與管理工作(C14)指標(biāo)，根據(jù)退圩還湖、管理(保護(hù))范圍界定工作的實(shí)際開展情況評(píng)分。

2.2 評(píng)價(jià)指標(biāo)計(jì)算方法

根據(jù)生態(tài)特征指標(biāo)、自然功能指標(biāo)和社會(huì)環(huán)境指標(biāo)3個(gè)子系統(tǒng)層狀態(tài)指數(shù)及權(quán)重，采用加權(quán)求和法計(jì)算湖泊生態(tài)健康指數(shù)(ESI)，其結(jié)果是0～1的數(shù)值：

(1)

(2)

式中，ESI—生態(tài)健康指數(shù)；Bk—第k個(gè)子系統(tǒng)層(生態(tài)特征指標(biāo)、自然功能指標(biāo)、社會(huì)環(huán)境指標(biāo))的分值；Wk—第k個(gè)子系統(tǒng)層對(duì)目標(biāo)層的權(quán)重系數(shù)；Ci—指標(biāo)層的狀態(tài)指數(shù)；Wi—指標(biāo)層C相對(duì)于子系統(tǒng)層B的權(quán)重系數(shù)。

依據(jù)計(jì)算結(jié)果，將湖泊水生態(tài)健康狀況分為5個(gè)等級(jí)，具體評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)見表3。

表3 水生態(tài)健康狀況分級(jí)

3 白馬湖水生態(tài)健康評(píng)價(jià)

3.1 評(píng)價(jià)分區(qū)

綜合考慮白馬湖的生態(tài)健康狀況、區(qū)位、湖泊功能定位，以及因空間和環(huán)境不同所面臨的主要問題和生態(tài)功能差異，以“核心區(qū)、緩沖區(qū)、開發(fā)利用控制區(qū)”3類分區(qū)為基礎(chǔ)，細(xì)分內(nèi)部生態(tài)功能分區(qū)，如圖1所示。

圖1 白馬湖水生態(tài)健康評(píng)價(jià)分區(qū)

水源核心保障區(qū)、魚類種質(zhì)資源核心保護(hù)區(qū)、濕地核心保育區(qū)等3個(gè)區(qū)為核心區(qū)；截污與初級(jí)凈化區(qū)、濕地緩沖區(qū)、深度凈化能力恢復(fù)區(qū)、湖泊濕地系統(tǒng)重建區(qū)、濕地物種多樣性恢復(fù)區(qū)等5個(gè)區(qū)為緩沖區(qū)；合理利用區(qū)為開發(fā)利用控制區(qū)。

3.2 總體評(píng)價(jià)

在評(píng)價(jià)分區(qū)的基礎(chǔ)上，將白馬湖區(qū)域由南向北依次分為北部、中部和南部區(qū)域，對(duì)白馬湖生態(tài)安全進(jìn)行分區(qū)評(píng)估，評(píng)估結(jié)果如圖2所示。白馬湖整體生態(tài)健康評(píng)估結(jié)果顯示生態(tài)安全指數(shù)ESI為0.54，處于“中等”狀態(tài)。各單元生態(tài)安全狀態(tài)由南向北逐漸變差，北部區(qū)域生態(tài)安全處于“一般安全”狀態(tài)，中部和南部區(qū)域生態(tài)安全處于“較安全”狀態(tài)。

圖2 白馬湖水生態(tài)健康評(píng)價(jià)結(jié)果(3km網(wǎng)格)

3.3 分區(qū)評(píng)價(jià)

白馬湖各功能分區(qū)的水生態(tài)健康狀況等級(jí)和得分匯總見表4。

表4 白馬湖各評(píng)價(jià)分區(qū)的水生態(tài)健康得分

部分功能分區(qū)四大子系統(tǒng)得分如圖3所示。

圖3 白馬湖部分功能分區(qū)的水生態(tài)健康得分情況

其中重點(diǎn)對(duì)實(shí)地核心保育區(qū)、湖泊濕地系統(tǒng)重建區(qū)、截污與初級(jí)凈化區(qū)和水源核心保障區(qū)的水生態(tài)健康狀況進(jìn)行具體分析。

濕地核心保育區(qū)的水生態(tài)健康狀況等級(jí)為“較好”，得分為0.74分，四大子系統(tǒng)中得分分別為0.17、0.11、0.32、0.14，14個(gè)指標(biāo)層得分整體較高。區(qū)域內(nèi)退圩還湖工作開展情況較好，大部分圩網(wǎng)被清退，湖泊自由水面積大幅度增加，湖泊水質(zhì)、生物多樣性等一系列指標(biāo)得到大幅度提升，但該區(qū)域仍需注意上游濕地重建區(qū)來水的污染。

湖泊濕地系統(tǒng)重建區(qū)的水生態(tài)健康狀況等級(jí)為“中等”，得分為0.45分，四大子系統(tǒng)得分分別為0.12、0.06、0.16、0.11，14個(gè)指標(biāo)層得分整體一般，但部分指標(biāo)得分較低。區(qū)域內(nèi)退圩還湖工作開展較差，大面積的圩網(wǎng)仍然存在，水體養(yǎng)殖污染較高，水質(zhì)情況較差。

截污與初級(jí)凈化區(qū)的水生態(tài)健康狀況等級(jí)為“較差”，得分為0.36分，四大子系統(tǒng)得分分別為0.07、0.05、0.16、0.09，14個(gè)指標(biāo)層得分整體較差。區(qū)域內(nèi)退圩還湖工作開展較好，湖泊河岸帶物理結(jié)構(gòu)較好。潯河、花河等幾條污染重的河道的入湖口在此區(qū)域內(nèi)，導(dǎo)致污染負(fù)荷較重，湖水水質(zhì)較差。

水源核心保障區(qū)水生態(tài)健康狀況等級(jí)為“中等”，得分為0.45分，其四大子系統(tǒng)得分分別為0.09、0.09、0.2、0.07，14個(gè)指標(biāo)層得分整體中等。區(qū)域內(nèi)退圩還湖工作開展較早，湖泊生物多樣性較好，水面利用管理指數(shù)較好，水質(zhì)較深度凈化區(qū)而言，水質(zhì)有所提升。

3.4 措施與建議

由上述評(píng)估結(jié)果可知，白馬湖北部3個(gè)評(píng)價(jià)分區(qū)，自身生態(tài)環(huán)境單一、水生維管束植被覆蓋度低，亦是白馬湖主要的上游污染物的匯入?yún)^(qū)，存在較大的水質(zhì)安全隱患；中部寶應(yīng)縣范圍內(nèi)的湖泊尚未開展退圩還湖工作，水產(chǎn)養(yǎng)殖帶來的養(yǎng)殖廢水污染直接影響魚類種質(zhì)資源核心保護(hù)區(qū)、南部濕地核心保育區(qū)內(nèi)水質(zhì)安全；南部國(guó)家濕地公園部分內(nèi)部漁村的污染排放直接進(jìn)入水體、入湖河口的濕地結(jié)構(gòu)遭到破壞，直接影響該區(qū)域濕地生態(tài)功能的安全。由此，從提升湖體生態(tài)特征、自然功能和社會(huì)環(huán)境指標(biāo)方面，提出以下白馬湖水體生態(tài)修復(fù)與優(yōu)化的對(duì)策，以實(shí)現(xiàn)白馬湖生態(tài)健康指數(shù)從中等、較好等級(jí)提升到較高等級(jí)。

(1)嚴(yán)守生態(tài)保護(hù)紅線，確保湖泊形態(tài)穩(wěn)定。白馬湖重要濕地屬于國(guó)家級(jí)生態(tài)保護(hù)紅線，應(yīng)當(dāng)發(fā)揮白馬湖生態(tài)保護(hù)紅線對(duì)于江蘇省國(guó)土空間開發(fā)的底線作用。按照保護(hù)優(yōu)先、自然恢復(fù)為主方針，實(shí)施嚴(yán)格的國(guó)土空間用途管制，加強(qiáng)白馬湖備用水源保護(hù)區(qū)、白馬湖泥鰍沙塘鱧國(guó)家級(jí)水產(chǎn)種質(zhì)資源保護(hù)區(qū)生態(tài)環(huán)境保護(hù)，構(gòu)建南水北調(diào)東線水生態(tài)廊道；推進(jìn)江蘇省淮安市白馬湖國(guó)家濕地公園的建設(shè)與保護(hù)，嚴(yán)格控制建設(shè)項(xiàng)目占用水域，確保湖泊形態(tài)穩(wěn)定，湖泊面積、容積不再人為減少。

(2)開展退漁退圩還湖，提升湖泊生態(tài)承載力。穩(wěn)步推進(jìn)白馬湖湖區(qū)退漁退圩還湖，拆除養(yǎng)殖圩網(wǎng)及網(wǎng)箱，清退圈圩養(yǎng)殖圩堤，科學(xué)劃定白馬湖水域禁止?jié)O業(yè)養(yǎng)殖區(qū)域，引導(dǎo)漁民進(jìn)行生態(tài)養(yǎng)殖，對(duì)養(yǎng)殖區(qū)域污染底泥進(jìn)行生態(tài)清淤，徹底清除湖區(qū)水產(chǎn)養(yǎng)殖污染源；有序地推進(jìn)白馬湖退圩還湖工作，從源頭上解決湖泊水域面積減少、水生態(tài)惡化的問題，逐步提升生態(tài)承載力，增強(qiáng)自然恢復(fù)能力。

(3)加強(qiáng)飲用水及供水保護(hù)，保證南水北調(diào)水源區(qū)安全。白馬湖是南水北調(diào)東線工程的過境通道，需加強(qiáng)淮安市白馬湖備用水源地保護(hù)區(qū)、南水北調(diào)東線區(qū)域(涉及白馬湖范圍內(nèi))的保護(hù)，制定白馬湖洪金斷面達(dá)標(biāo)整治方案；開展環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)隱患排查，加強(qiáng)對(duì)水源地內(nèi)外風(fēng)險(xiǎn)源的防范工作；在水源地內(nèi)實(shí)施濕地防護(hù)及水源涵養(yǎng)工程，水源地外建設(shè)攔截導(dǎo)流、調(diào)水等環(huán)境應(yīng)急工程；規(guī)范化建設(shè)飲用水水源地，建立水源水質(zhì)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與預(yù)警體系。

4 結(jié)語

本研究基于江蘇省地方標(biāo)準(zhǔn)《生態(tài)河湖狀況評(píng)價(jià)規(guī)范》，結(jié)合白馬湖的水生態(tài)特征，提出了湖泊水生態(tài)健康狀況評(píng)價(jià)體系，并根據(jù)該套指標(biāo)體系得到了白馬湖的水生態(tài)健康評(píng)價(jià)結(jié)果，為白馬湖水生態(tài)健康修復(fù)與保護(hù)的提供了有力的技術(shù)支撐。相較于國(guó)外已經(jīng)長(zhǎng)期開展的全國(guó)性河湖水生態(tài)監(jiān)測(cè)和評(píng)價(jià)體系，國(guó)內(nèi)的評(píng)價(jià)體系還需結(jié)合各河湖的特點(diǎn)進(jìn)一步完善，形成一套適用于各河湖實(shí)際情況、系統(tǒng)性的、量化的河湖水生態(tài)健康評(píng)價(jià)體系，提升河湖健康評(píng)價(jià)水平，促進(jìn)人與自然和諧共生，為經(jīng)濟(jì)社會(huì)高質(zhì)量發(fā)展、實(shí)現(xiàn)河湖功能永續(xù)利用提供有力的理論指導(dǎo)和技術(shù)支撐。