太湖西北部近岸水域近10年湖泛情況淺析

紀(jì)海婷，吳榮榮，龔 慧，張 鴿

(江蘇省水文水資源勘測局常州分局，江蘇 常州 213022)

太湖是流域內(nèi)無錫市、蘇州市等城市重要的供水水源地，集供水、蓄洪、灌溉、養(yǎng)殖、旅游等多種功能于一體[1]，太湖的水環(huán)境狀況直接影響著沿岸居民的生產(chǎn)生活和流域的經(jīng)濟(jì)發(fā)展。太湖地區(qū)人口密集、生產(chǎn)活動頻繁，水體富營養(yǎng)化程度日益加重，造成藍(lán)藻水華爆發(fā)，湖灣、沿岸等淺水區(qū)湖泛現(xiàn)象頻發(fā)。各級政府與科學(xué)界高度重視，陸續(xù)開展了相關(guān)調(diào)查、研究、治理等工作，采取“零點行動”、含磷洗滌劑禁用、“引江濟(jì)太”等水環(huán)境改善措施[1- 2]，對遏制水環(huán)境惡化起到了積極的作用，但是太湖西北部湖區(qū)富營養(yǎng)化現(xiàn)象仍然非常嚴(yán)重。

1 太湖西北部近岸水域湖泛現(xiàn)象

1.1 太湖湖泛現(xiàn)象

近年來，隨著工業(yè)化迅猛發(fā)展和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式轉(zhuǎn)變，太湖地區(qū)人口激增、生產(chǎn)活動頻繁，對太湖的水環(huán)境造成嚴(yán)重影響。從20世紀(jì)90年代起，太湖西北部宜興近岸水域、梅梁湖、貢湖曾多次發(fā)生湖泛現(xiàn)象，2007年無錫南泉水廠附近水域發(fā)生湖泛，危及到太湖水源地供水，造成了巨大的社會和經(jīng)濟(jì)影響。此后至今的十余年，太湖幾乎每年都會在局部水域發(fā)生湖泛，2008年湖泛發(fā)生的最大面積高達(dá)17km2[3]。

陸桂華等[4]將“湖泛”(即藻源性“湖泛”，或稱“黑水團(tuán)”“污水團(tuán)”)定義為湖泊富營養(yǎng)化水體在藻類大量爆發(fā)、積聚和死亡后，在適宜的氣象、水文條件下，與底泥中的有機(jī)物在缺氧和厭氧條件下產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，釋放硫化物、甲烷和二甲基三硫等硫醚類物質(zhì)，形成褐黑色伴有惡臭的“黑水團(tuán)”，從而導(dǎo)致水體水質(zhì)迅速惡化、生態(tài)系統(tǒng)受到嚴(yán)重破壞的現(xiàn)象。湖泛具有水體發(fā)黑發(fā)臭、水生生物大量死亡、低溶解氧(接近0mg/L)、高營養(yǎng)鹽負(fù)荷等顯著共同特征。湖泛的發(fā)生可以看作是湖泊環(huán)境諸要素對湖泊重度富營養(yǎng)化及藍(lán)藻水華產(chǎn)生的一種劇烈響應(yīng)[5]。

1.2 太湖西北部近岸水域特點

太湖是典型的大型淺水湖泊，兼有草型和藻型兩種湖泊生態(tài)系統(tǒng)類型，西北部八房港—竺山湖段是典型的藻型湖泊。八房港—竺山湖段岸線總長約為65km，沿岸入湖河道較多，有大浦港、城東港、沙塘港、殷村港、百瀆港、師瀆港、符瀆港、茭瀆港、烏溪港、社瀆港等多條入湖河口。

太湖西北部水域水體較渾濁，不利于水草發(fā)生光合作用，且區(qū)域內(nèi)漁民的生產(chǎn)作業(yè)造成水草無法生根，水生植物以岸邊挺水植物(蘆葦、菖蒲等)及竺山湖養(yǎng)殖的水葫蘆為主。沿線鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)密集，湖瀆區(qū)分布大量種植業(yè)，入湖營養(yǎng)元素豐富，極易造成水體富營養(yǎng)化、藻類聚集，是藍(lán)藻爆發(fā)的密集區(qū)域。此外，受夏季盛行主導(dǎo)風(fēng)向作用，藍(lán)藻極易向湖區(qū)西北部聚集，風(fēng)浪與湖流對湖底沉積物的再懸浮及遷移、水生植被的生長也有很大影響。

表1 2009—2018年太湖西北部近岸水域湖泛情況一覽表

2 太湖西北部近岸水域近10a湖泛情況

據(jù)調(diào)查，2009—2018年，太湖西北部近岸水域共發(fā)生29次湖泛，累計117d，最大爆發(fā)面積為9.2km2，見表1。近年來，湖泛發(fā)生頻次、天數(shù)、面積和持續(xù)時間均有增大趨勢。

從時間上看，2009—2018年僅2014、2016年未發(fā)生湖泛，其余8a均發(fā)生湖泛；2011、2017年湖泛發(fā)生的次數(shù)較多(分別為5次、8次)；2017、2018年湖泛持續(xù)天數(shù)較長(分別為48天、35d)；湖泛大多發(fā)生于每年的6月至8月(僅1次發(fā)生于5月，3次發(fā)生于9月)；湖泛面積較小時一般次日就消失，面積較大時常常持續(xù)2～16d不等。如圖1所示。

圖1 太湖西北部近岸水域湖泛發(fā)生時間頻次圖

從空間上看，符瀆港—師瀆港段近岸水域為湖泛易發(fā)區(qū)，2009—2018年符瀆港附近水域共發(fā)生19次湖泛(其中2015年至今發(fā)生了16次湖泛，符瀆港均有發(fā)生)、師瀆港附近水域共發(fā)生6次湖泛，兩段之間的毛瀆港、邾瀆港、歐瀆港等水域多次發(fā)生湖泛；另外，八房港、城東港、百瀆港附近水域也常有湖泛發(fā)生。如圖2—3所示。

圖2 太湖西北部近岸水域湖泛發(fā)生區(qū)域熱力圖

圖3 符瀆港—茭瀆港段湖泛易發(fā)區(qū)域熱力圖

3 湖泛期間氣象、水文、水質(zhì)、生態(tài)特征

3.1 氣象特征

湖泛發(fā)生期間，太湖西北部區(qū)域氣溫范圍為20.7～38.7℃，平均氣溫為30.1℃，117d中僅7d氣溫低于25℃；近岸水域水溫范圍為22.2～35.1℃，平均水溫為28.6℃。風(fēng)向以東南風(fēng)為主，占比為54.6%。風(fēng)力以2～3級為主，占比為57.1%。

3.2 水文特征

太湖西北部區(qū)域降雨量(以漕橋站為代表)見表2，近岸水域平均水位(以百瀆口站為代表)見表3。2015、2016年降雨量較大，水位較高。

表2 漕橋站降雨量統(tǒng)計表 單位：mm

表3 百瀆口站平均水位統(tǒng)計表 單位：m

3.3 水質(zhì)、生態(tài)特征

溶解氧低于2mg/L是界定湖泛發(fā)生的重要指標(biāo)之一。據(jù)統(tǒng)計，近10a117d湖泛僅7d湖泛發(fā)生區(qū)域中心點溶解氧介于1～1.5mg/L，其余110d湖泛發(fā)生區(qū)域中心點溶解氧均低于1.0mg/L，甚至數(shù)次低至0mg/L。如圖4所示。

湖泛發(fā)生區(qū)域水色通常呈墨綠色甚至發(fā)黑，水體中懸浮大量極細(xì)微褐黑色顆粒物，透明度低，散發(fā)出不同程度的惡臭味，水面時有死亡湖鰍漂浮。藍(lán)藻形態(tài)以顆粒狀為主，藻密度在265萬～17378萬個細(xì)胞/L。如圖5所示。

圖4 湖泛發(fā)生期間風(fēng)向頻率分布圖

圖5 湖泛發(fā)生區(qū)域水面情況

4 湖泛形成原因分析

湖泛的邊界相對清晰，發(fā)生面積比藍(lán)藻水華爆發(fā)面積小，但具有突發(fā)性、災(zāi)害性、漂移性和影響嚴(yán)重性。湖泛發(fā)生機(jī)理復(fù)雜，反應(yīng)過程屬強(qiáng)烈生化反應(yīng)類。根據(jù)湖泛發(fā)生的區(qū)域及發(fā)生時的環(huán)境狀況，許多觀測結(jié)果都認(rèn)為大量藍(lán)藻積聚、豐富的底泥、氣象條件、水位、風(fēng)速風(fēng)向等因子是其形成的基礎(chǔ)要素[6]。

太湖地區(qū)夏季盛行東南風(fēng)或南風(fēng)，在適當(dāng)風(fēng)速和相對穩(wěn)定的風(fēng)場條件下，太湖藻類的生物量分布自東南向西北或者由南向北逐漸增加，西北部湖區(qū)成為藻類聚集區(qū)域。另外，太湖湖西及北部湖灣是底泥的主要集中區(qū)域，底泥中污染物的釋放是湖泛發(fā)生的直接物質(zhì)來源。

觀測發(fā)現(xiàn)，湖泛多發(fā)生于盛夏持續(xù)的高溫、悶熱、晴好天氣，尤其是降雨前期，降雨前氣壓較低，風(fēng)速較小或微風(fēng)，有利于堆積的藍(lán)藻死亡、分解。王成林等[7]對太湖湖泛發(fā)生前后溫度進(jìn)行分析，認(rèn)為湖泛發(fā)生前大約會出現(xiàn)3d以上的高溫(溫度>25℃)天氣。能發(fā)生湖泛的現(xiàn)場風(fēng)速大多為小于4m/s的微風(fēng)，過大的風(fēng)速對湖泛形成不利，但沿岸帶的蘆葦叢具有一定的消浪作用，湖泛有時發(fā)生在風(fēng)速較大的天氣。

5 建議

5.1 控源減排，加強(qiáng)陸域治理

太湖水污染治理長期滯后于流域經(jīng)濟(jì)增長，自2007年太湖湖泛導(dǎo)致無錫供水危機(jī)以來的十余年中，針對太湖水污染的研究和治理一直在進(jìn)行，并起到了積極的作用，但邊治理、邊污染的現(xiàn)象仍然存在。只有從源頭上減少污染，削減河道污染負(fù)荷，提升入湖河道水質(zhì)，減輕湖泊富營養(yǎng)化程度，才能從物質(zhì)源上減少湖泛的發(fā)生。

5.2 生態(tài)清淤，降低內(nèi)源污染

宜興近岸局部水域及竺山湖、八房港等水域曾采取過應(yīng)急生態(tài)疏浚[8]，對遏制湖泛起到了一定的效果。近年來，百瀆港近岸水域正在實施的清淤工程也初見成效。加快推進(jìn)宜興近岸水域的生態(tài)清淤進(jìn)程，降低水域內(nèi)源污染負(fù)荷，清除湖體的流泥和底泥，是阻斷湖泛發(fā)生的重要環(huán)節(jié)[9]。

5.3 打撈藍(lán)藻，控制生物質(zhì)源

藍(lán)藻聚集是湖泛爆發(fā)的重要生物質(zhì)源[10]，夏季太湖西北部沿岸極易聚積藍(lán)藻，打撈藍(lán)藻是降低湖泊富營養(yǎng)化程度、預(yù)防湖泛發(fā)生、提升湖泊面貌最直接最有效的手段[11]。目前藍(lán)藻打撈已經(jīng)逐步形成“機(jī)械化打撈、工廠化處理、資源化利用”的三階段處理模式，還需進(jìn)一步擴(kuò)大打撈范圍，提升打撈能力。

5.4 持續(xù)推進(jìn)水利工程建設(shè)

持續(xù)推進(jìn)新孟河工程[12]、引江濟(jì)太工程[13- 14]，實現(xiàn)長江與太湖之間的大引大排，提升區(qū)域水環(huán)境質(zhì)量，增大太湖的水環(huán)境容量，改善水文動力條件，減輕湖泛發(fā)生的可能性和危害程度。

5.5 加強(qiáng)動態(tài)監(jiān)測和湖泛預(yù)警研究

繼續(xù)開展太湖巡查監(jiān)測和湖泛發(fā)生機(jī)理研究，進(jìn)一步探索運用巡查新技術(shù)，建立原位定點監(jiān)控與動態(tài)巡查相結(jié)合的巡查方式[15]。加強(qiáng)對湖泛監(jiān)測數(shù)據(jù)資料的積累和分析，開展湖泛易發(fā)區(qū)的研究和預(yù)警，研究湖泛風(fēng)險評估、預(yù)測預(yù)警技術(shù)，為太湖湖泛治理提供科學(xué)參考。

6 結(jié)語

太湖西北部水域近十年湖泛現(xiàn)象頻發(fā)，尤其是符瀆港—師瀆港段連年數(shù)次出現(xiàn)湖泛，水體感官不佳、水質(zhì)較差、水生物生境受到嚴(yán)重威脅，太湖流域持續(xù)有效的水污染防治亟需加強(qiáng)：以控源減排為核心，局部重點實施生態(tài)清淤和藍(lán)藻打撈，持續(xù)推進(jìn)相關(guān)水利工程建設(shè)，加強(qiáng)動態(tài)監(jiān)測和發(fā)生機(jī)理研究，建立預(yù)報預(yù)警體系，確保太湖水環(huán)境持續(xù)改善。