南水北調(diào)東線南四湖水環(huán)境質(zhì)量提升研究

南水北調(diào)東線南四湖水環(huán)境質(zhì)量提升研究

南四湖是山東省重要的調(diào)蓄湖。53條河流進(jìn)入湖中，16條河流進(jìn)入湖中。南水北調(diào)要求南四湖水質(zhì)2013年穩(wěn)定符合Ⅲ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn),影響南四湖蓄水區(qū)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的地區(qū)主要為江蘇省徐州和山東的濟(jì)寧、菏澤、棗莊、泰安4市。污水入湖的范圍廣,面積大,因素多。為保證南水北調(diào)水質(zhì)穩(wěn)定達(dá)到Ⅲ類水,控制入湖河流水質(zhì),改善主要入湖河流口生態(tài)環(huán)境尤為重要。1流域總結(jié)1.1水文河流及其排放南四湖位于山東省西南部,為南陽(yáng)、獨(dú)山、昭陽(yáng)、微山4個(gè)相互聯(lián)貫湖泊的總稱?？偭饔蛎娣e31700km2,包括山東、江蘇、安徽、河南4省,直接入南四湖河流共53條,其中較大的有16條。湖面面積1266km2,南北長(zhǎng)120余km,東西寬5～25km,湖中建有二級(jí)壩樞紐工程,把湖泊分為上下兩級(jí),上級(jí)湖面積606km2,下級(jí)湖面積660km2。上級(jí)湖正常蓄水位34.0m(國(guó)家85黃海高程,下同),死水位32.8m,下級(jí)湖正常蓄水位32.3m,死水位31.3m。上級(jí)湖正常蓄水位時(shí)庫(kù)容為7.7億m3,死庫(kù)容1.9億m3,調(diào)節(jié)庫(kù)容5.8億m3;下級(jí)湖正常蓄水位時(shí)庫(kù)容7.7億m3,死庫(kù)容3.1億m3,調(diào)節(jié)庫(kù)容4.6億m3。多年平均天然徑流量為29.60億m3。作為南水北調(diào)的調(diào)蓄湖泊,直接排入南四湖的主要河流共有15條,其中湖西水系區(qū)有6條,分別是洙趙新河、新萬(wàn)福河、東魚河、老萬(wàn)福河、洙水河、西支河;湖東水系區(qū)為9條,分別為泗河、洸府河、白馬河、老運(yùn)河、城郭河、新薛河、薛城大沙河、北沙河、薛城小沙河。南四湖調(diào)水調(diào)蓄入口河流為韓莊運(yùn)河,出口河流為梁濟(jì)運(yùn)河。直接排入輸水干線梁濟(jì)運(yùn)河的河流有2條,分別是泉河和新趙王河。直接排入輸水干線韓莊運(yùn)河的河流1條,即嶧城沙河。為保證輸水干線水域的水質(zhì)達(dá)到Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn),排向輸水干線湖東河流的入口水質(zhì)達(dá)到Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn),排向輸水干線湖西河流的入口水質(zhì)至少達(dá)到Ⅳ類標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)南水北調(diào)工程需要,山東省環(huán)保部門對(duì)上述水域的水環(huán)境功能區(qū)劃進(jìn)行了分類與調(diào)整。1.2南四湖水質(zhì)現(xiàn)狀南四湖流域山東境內(nèi)的濟(jì)寧、棗莊、菏澤、泰安4市,人口總數(shù)為2095.91萬(wàn)人,面積約2.86萬(wàn)km2。2007年流域廢水、COD、氨氮排放量分別為66740.24萬(wàn)t、116369.12t和12910.16t,其中濟(jì)寧市廢水、COD、氨氮排放量分別占總流域的36.4%、37.2%、43.5%。南四湖主要入湖河流水質(zhì)現(xiàn)狀及調(diào)水水質(zhì)目標(biāo)見表1。由表1看出,南四湖水質(zhì)還沒有根本好轉(zhuǎn),距離南水北調(diào)水質(zhì)要求還有較大差距。2007年度,南四湖湖區(qū)流域11個(gè)斷面中COD指標(biāo)達(dá)到地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)IV類水要求的有3個(gè)斷面,COD指標(biāo)達(dá)到V類水要求的5個(gè)斷面;雖然所有斷面的氨氮指標(biāo)均未能達(dá)到III類水要求,但是由于缺乏總氮指標(biāo)數(shù)據(jù),難以說(shuō)明湖水氮污染問(wèn)題。從近幾年的變化趨勢(shì)來(lái)看,水質(zhì)基本在IV類至V類之間波動(dòng)。由圖1表1可以看出,雖然隨著社會(huì)的發(fā)展和居民生活水平的提高,濟(jì)寧市轄區(qū)廢水排放總量有增加的趨勢(shì),但是主要水污染物的排放量總體上呈持續(xù)下降趨勢(shì)。2新薛河濕地工程的運(yùn)營(yíng)效果2.1水質(zhì)凈化效果工程通過(guò)橡膠壩攔截提高新薛河水位,污染河水→橡膠壩→計(jì)量槽→引水渠→生態(tài)滯留塘→表面流濕地→中間布水系統(tǒng)→下級(jí)濕地→南四湖。最后將達(dá)到Ⅲ類水質(zhì)的凈化水排入調(diào)水干線,保障南水北調(diào)調(diào)水安全。新薛河人工濕地水質(zhì)凈化工藝流程見圖2。工程運(yùn)行效果顯示,人工濕地對(duì)污染物的降解成效明顯,在濕地植物茂盛期,COD去除率為30%～50%,總磷去除率為35%～60%,氨氮去除率可達(dá)到35%～65%,詳細(xì)監(jiān)測(cè)結(jié)果見表2、表3。由表2、表3看出,在近兩年中,人工濕地凈化后的出水段COD在18～30mg/L之間,氨氮在0.19～0.29mg/L之間,COD和氨氮去除率接近設(shè)計(jì)值的55.6%和75.0%。2.2人工濕地建設(shè)新薛河人工濕地種植了蘆葦、蘆竹、蓮藕、菱、香蒲等本土植物。規(guī)劃面積200hm2,其中,人工種植蘆竹、優(yōu)質(zhì)蘆葦、菱角、蓮藕、芡實(shí)、馬蹄等100hm2,自然恢復(fù)保護(hù)當(dāng)?shù)靥J葦、香蒲、苦江草和藻類等水生植物100hm2。目前,人工濕地水質(zhì)凈化示范工程人工種植面積已擴(kuò)大到200hm2,恢復(fù)保護(hù)自然濕地133.3hm2,示范區(qū)已經(jīng)形成333.3hm2的濕地規(guī)模,并實(shí)現(xiàn)了濕地內(nèi)挺水植物帶、浮游植物帶和沉水植物帶的優(yōu)化配置。完成了人工濕地示范工程相配套的橡膠壩工程和配水工程。幾年的運(yùn)行效果表明,植物在夏、秋季生長(zhǎng)茂盛,凈化效果明顯,冬、春季主要為植物的根系吸附凈化,效果稍差。試驗(yàn)綜合表明,人工濕地水質(zhì)凈化系統(tǒng)在植物茂盛期對(duì)COD(化學(xué)需氧量)的去除率約為50%,對(duì)總磷的去除率為60%,對(duì)氨氮的去除率為65%,有效地降解了水污染與富營(yíng)養(yǎng)化程度,使南四湖退化的生態(tài)功能逐步得到恢復(fù),水生動(dòng)植物量明顯增加。因此,濕地具有生物多樣性、水質(zhì)凈化能力強(qiáng)和景觀優(yōu)美等效果。示范工程于2007年8月建成運(yùn)行,工程在進(jìn)水COD和氨氮為39.2mg/L和2.0mg/L的情況下,經(jīng)人工濕地處理后出水水質(zhì)COD和氨氮為18.5mg/L和0.9mg/L,達(dá)到Ⅲ類水標(biāo)準(zhǔn)。工程在注重凈化水質(zhì)效果的前提下,充分考慮生態(tài)效益和經(jīng)濟(jì)效益,工程實(shí)施的第二年,濕地植物種類有原先的16科25種提高為24科27種,Shannon-Winer指數(shù)達(dá)到1.619,遠(yuǎn)高于工程實(shí)施前的0.060,濕地系統(tǒng)的物種多樣性顯著提高。利用現(xiàn)有的地形和地貌,在濕地內(nèi)種植了蘆葦、蘆竹、蓮藕、菱、香蒲等本土植物,使當(dāng)?shù)剞r(nóng)民的收入有原先種植大豆和小麥的12750元/hm2增加到22500元/hm2,工程經(jīng)濟(jì)效益凸顯。3南四湖濕地建設(shè)的主要意義新薛河人工濕地示范工程表明,恢復(fù)南四湖生態(tài)環(huán)境,保障南水北調(diào)調(diào)水水質(zhì),必須改善入湖水質(zhì),同時(shí)加強(qiáng)南四湖自身生態(tài)恢復(fù),才可以持續(xù)的達(dá)到III類水標(biāo)準(zhǔn)。為此,山東省與地方政府根據(jù)《山東省南水北調(diào)工程沿線區(qū)域水污染防治條例》,在南四湖入湖口、生態(tài)功能保護(hù)區(qū)以及其他重要區(qū)域,規(guī)劃修復(fù)和建設(shè)相應(yīng)范圍的濕地。2009年編制了環(huán)南四湖大生態(tài)建設(shè)規(guī)劃。3.1規(guī)劃設(shè)計(jì)范圍與目標(biāo)為保證南水北調(diào)東線工程的順利實(shí)施,山東省按照“治”“用”“?！辈⑴e的流域污染綜合治理策略的要求,在加快建設(shè)國(guó)家確定的南水北調(diào)和淮河流域水污染治理項(xiàng)目的同時(shí),編制了《南水北調(diào)東線濟(jì)寧市環(huán)南四湖大生態(tài)帶工程建設(shè)規(guī)劃》(簡(jiǎn)稱規(guī)劃)。2009年1月20日,國(guó)家有關(guān)部門、專家對(duì)《規(guī)劃》進(jìn)行了初步審查。根據(jù)規(guī)劃,生態(tài)建設(shè)范圍包括濟(jì)寧市2區(qū)3市7縣。整個(gè)大生態(tài)帶規(guī)劃范圍分兩個(gè)區(qū)域:南四湖湖區(qū)和南四湖大堤向外延伸15km的范圍為重點(diǎn)區(qū),重點(diǎn)區(qū)以外的濟(jì)寧市其他區(qū)域?yàn)橐话銋^(qū)。以南四湖湖區(qū)和河流入湖口為生態(tài)修復(fù)重點(diǎn)。規(guī)劃以生態(tài)修復(fù)和人工水質(zhì)凈化工程為重點(diǎn)工程。近期目標(biāo)(2008年-2010年):重點(diǎn)區(qū)實(shí)施退耕還濕500hm2,恢復(fù)多種水生生物共存的濕地系統(tǒng)約6166.7hm2,建設(shè)人工濕地約1320hm2。一般區(qū)建設(shè)人工濕地約1633.3hm2。中期目標(biāo)(2011年-2012年):重點(diǎn)區(qū)建設(shè)生態(tài)林13.8km2。一般區(qū)建設(shè)人工濕地約146.7hm2。遠(yuǎn)期目標(biāo)(2013-2015年):重點(diǎn)區(qū)實(shí)施退耕還濕25580hm2,恢復(fù)多種水生生物共存的濕地系統(tǒng)約23000hm2,建設(shè)人工濕地約1866.7hm2。3.2濕地及緩沖帶建設(shè)濕地修復(fù)是利用工程手段,在退化的濕地區(qū)域內(nèi)通過(guò)調(diào)節(jié)水位、種植水生植物等方法使?jié)竦厣鷳B(tài)系統(tǒng)恢復(fù)到歷史上某一時(shí)期的狀態(tài)或人為設(shè)定的特定狀態(tài)的過(guò)程。具體到南四湖來(lái)說(shuō),就是按照生態(tài)修復(fù)規(guī)律,通過(guò)人工干擾,使?jié)竦鼗謴?fù)到物種多樣性、群落多樣性和生態(tài)系統(tǒng)多樣性都比較豐富的狀態(tài),使南四湖區(qū)域生態(tài)基質(zhì)內(nèi)生態(tài)斑塊、生態(tài)廊道等鑲嵌體充分發(fā)育的狀態(tài)。南四湖湖區(qū)的濕地修復(fù)工程包括濕地修復(fù)和緩沖帶建設(shè)兩個(gè)核心環(huán)節(jié)。在大堤、村莊周圍建設(shè)緩沖帶,緩沖帶寬度為100～200m。緩沖帶至湖水水線之間進(jìn)行濕地修復(fù)。緩沖帶、濕地及湖水的相互關(guān)系如圖3所示。緩沖帶是介于陸地與濕地之間的過(guò)渡地帶,緩沖帶建設(shè)在湖泊大堤內(nèi)側(cè)或村莊周圍,以分隔大堤或村莊,起到保持水土、穩(wěn)固大堤、增強(qiáng)景觀效果等作用。緩沖帶植物物種的選取將在兼顧植物的保水護(hù)土、污染治理的基礎(chǔ)上,主要考慮其景觀功能和經(jīng)濟(jì)效益。植物選取和種植時(shí)應(yīng)考慮高矮錯(cuò)列,花色和葉色相搭配,喬、灌、草分層配置,以增強(qiáng)其景觀效果。根據(jù)對(duì)南四湖湖區(qū)土地利用現(xiàn)狀的調(diào)查結(jié)果,經(jīng)與當(dāng)?shù)卣浞譁贤?本著盡力維護(hù)居民利益的原則,本次規(guī)劃利用農(nóng)田、蘆葦?shù)?、荒地及其它水面進(jìn)行濕地修復(fù)工程。南四湖各區(qū)域濕地修復(fù)工程規(guī)模見表4。3.3建設(shè)人工濕地系統(tǒng)根據(jù)河流入湖口處的地形、航運(yùn)情況、土地利用現(xiàn)狀和水質(zhì)現(xiàn)狀,在南四湖的老運(yùn)河、光府河、泗河、新薛河、薛城小沙河和薛城大沙河的河口規(guī)劃建設(shè)人工濕地水質(zhì)凈化工程見表5。通過(guò)表5中南四湖各區(qū)域內(nèi)的濕地修復(fù)和各入湖河流的人工濕地建設(shè),可以形成環(huán)南四湖濕地系統(tǒng),保護(hù)和增加南四湖流域的物種多樣性,改善入湖水質(zhì)和湖區(qū)的生境,確保南水北調(diào)水質(zhì)穩(wěn)定達(dá)到III類水。同時(shí)可以為水禽提供豐富的食物來(lái)源和棲息繁殖所必需的安全空間,這對(duì)于增加河流入湖口的生物多樣性和生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性有重要意義。南四湖人工濕地建設(shè)和規(guī)劃是根據(jù)新薛河人工濕地示范工程運(yùn)行效果進(jìn)行的,規(guī)劃涉及到流域內(nèi)各縣市區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展方向、規(guī)模,同時(shí)跨縣市區(qū)進(jìn)行建設(shè),存在許多問(wèn)題,需要進(jìn)一步細(xì)化。4問(wèn)題4.1人工濕地建設(shè)投資南水北調(diào)南四湖蓄水區(qū)生態(tài)恢復(fù)費(fèi)用131.5億元,其中20000hm2人工濕地建設(shè)共需資金24億元。項(xiàng)目涉及到的各縣市區(qū)財(cái)力有限,在短時(shí)間內(nèi)投資上百億元進(jìn)行工程改造,地方配套資金壓力較大。4.2工業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整是困難南四湖周邊以水稻、魚塘為主,根據(jù)規(guī)劃,將魚塘改造為人工濕地,當(dāng)?shù)剞r(nóng)民在經(jīng)濟(jì)上感到不劃算,產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整需要一段時(shí)間。4.3政府的支持是小由于各縣市區(qū)財(cái)力問(wèn)題,地方政府支持人工濕地建設(shè)的力度小,積極性不高,從規(guī)劃到具體實(shí)施需要資金籌措、比例分?jǐn)?統(tǒng)一協(xié)調(diào)的過(guò)程。5措施5.1工程建設(shè)及其他財(cái)政支持工業(yè)點(diǎn)源治污工程資金原則上“誰(shuí)污染誰(shuí)承擔(dān)”,對(duì)執(zhí)行超出國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求的企業(yè),可以通過(guò)生態(tài)補(bǔ)償和“以獎(jiǎng)代補(bǔ)”政策予以補(bǔ)助;生態(tài)修復(fù)和人工濕地水質(zhì)凈化工程資金由中央和地方財(cái)政共同解決。環(huán)境基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、林業(yè)建設(shè)、面源治理等工程分別由城建、林業(yè)、農(nóng)業(yè)等主管部門牽頭申請(qǐng)國(guó)家專項(xiàng)資金予以補(bǔ)助,同時(shí)籌集地方配套建設(shè)資金。但由于調(diào)水屬國(guó)家重大基礎(chǔ)設(shè)施項(xiàng)目,以中央資金的支持為主較好。5.2改進(jìn)市場(chǎng)推進(jìn)的新模式地方政府要“正面宣傳、經(jīng)濟(jì)補(bǔ)償、科技支撐、市場(chǎng)推進(jìn)、典型示范、先易后難”的工作原則,作為在南四湖流域開展大規(guī)模退耕還濕的整體推進(jìn)策略。其次堅(jiān)持“返租倒包”的土地利用模式。在不改變土地所有權(quán)的前提下,政府租用土地,雇用農(nóng)民改變土地種植方式,保證該塊土地的收益不低于種植小麥等農(nóng)作物時(shí)的收益。三是完善市場(chǎng)推進(jìn)的模式。在濕地植物的加工、轉(zhuǎn)運(yùn)、利用等環(huán)節(jié)引入市場(chǎng)機(jī)制,使市場(chǎng)充分發(fā)揮資源配置和調(diào)節(jié)作用,使?jié)竦刂参锏姆N植、管理、收獲、加工、轉(zhuǎn)運(yùn)、銷售、利用等環(huán)節(jié)形成市場(chǎng)調(diào)節(jié)下的產(chǎn)、供、銷一條龍的暢通渠道,減少政府在推進(jìn)退耕還濕工作中的行政干預(yù)和成本。5.3藝設(shè)計(jì)資料及應(yīng)用實(shí)例的驗(yàn)證鑒于目前國(guó)內(nèi)對(duì)人工濕地這項(xiàng)技術(shù)的研究應(yīng)用尚處于探索階段,有關(guān)工藝設(shè)計(jì)資料和應(yīng)用實(shí)例尚需進(jìn)行驗(yàn)證。引進(jìn)當(dāng)?shù)睾笥写Y(jié)合南四湖地區(qū)的具體情況,深入開展研究。取得適合于本地區(qū)、本環(huán)境氣候條件及不同污水特性的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),以促進(jìn)南水北調(diào)南四湖蓄水區(qū)的推廣應(yīng)用。5.4浮葉植物帶的配置南四湖人工濕