十全湖退漁還湖生態修復方案研究

陳運梅，喻 婷，陳曉群，吳雪潔，張秀蓮

(湖北省水利水電科學研究院，湖北 武漢 430070)

十全湖位于東經113.42°～113.45°，北緯30.30°～30.32°之間，毗鄰仙桃市主城區西南區。十全湖流域總面積 15.37 km2。受農業種植和淡水養殖業發展的影響，目前十全湖湖區已被圍墾殆盡。由于圍墾被土埂阻隔，破壞了湖泊生態環境和調蓄功能，排澇壓力增大，減弱了天然的調蓄作用和納污自凈的能力，生物多樣性急劇下降。加之城市工業廢水的排放，造成湖區內水土污染，部分魚塘、農田污染嚴重，生態系統遭到破壞，對現狀當地居民健康安全形成較大威脅。

根據《仙桃市城鄉總體規劃(2008-2030)》，十全湖及其周邊河渠被納入新城區建設范圍。十全湖湖區在十全湖休閑公園中心地帶，湖區周圍規劃為適合人居的生態社區，故仙桃市新城市建設的需要對十全湖的生態修復提出了新的要求。因此，十全湖退漁還湖生態修復工程的盡快實施對區域降低區域排澇壓力，改善湖泊水生態環境是十分迫切的。

1 十全湖現狀

1)湖泊形態現狀。受農業種植和淡水養殖業發展的影響，目前十全湖湖區已被圍墾殆盡，取而代之的是約3 000 m2的淺水池塘和17 000 m2的水田，降低了湖泊調蓄能力，影響了湖泊納污自凈能力；同時湖泊水深過淺，限制了生物多樣性的發展，打破了湖泊原有生態體系。十全湖被魚塘和水田分割，影響了水體交換，阻礙了水生生物洄游，破壞了湖泊生態環境[1]。

2)湖泊水質現狀。受農業種植業和淡水養殖業的影響，十全湖湖區的面源污染比較嚴重，水質情況惡劣。受淺水環境的影響，十全湖自凈能力較差；水系不連通，水質得不到改善。根據環保部門的監測數據，十全湖目前水質為IV～V類，主要超標污染物為總氮、高錳酸鹽指數。

3)湖泊水生態現狀。十全湖擬恢復湖區現狀多為圍湖養魚的魚塘和種植蓮藕的藕塘，彼此由田埂隔離，生物交換通道中斷或受阻，導致湖泊調蓄能力減小，生態功能退化嚴重；同時多年漁業養殖產生的魚類排泄物和投肥污染積累在底泥中，以及蓮藕死亡后的腐敗物也聚集在底質中，導致湖底淤積和污染嚴重；魚類養殖以四大家魚為主，主要有青魚、白鰱、團頭魴、鯽魚、草魚、鯉魚、鳙魚等；湖周邊的田埂周圍存在挺水植物群落，主要有蘆葦、香蒲等。總體評價湖泊生態功能單一，基本受人為活動支配。

總的來說，十全湖目前已喪失防洪調蓄、水量供給和休閑旅行等功能。根據《湖北省湖泊保護條例》，亟需開展十全湖修復和保護工作。

2 退漁還湖工程方案研究

2.1 湖泊規模確定

十全湖退漁還湖生態修復工程通過清淤擴大湖泊調蓄容積可將工程區的排澇標準提高到20年一遇。十全湖湖容的確定方法：先確定湖泊最低生態水位和湖泊調蓄水深，并通過位于湖泊出口渠尾段東風泵站的水位推算十全湖的特征水位，從而推算十全湖退漁還湖后的湖容曲線。

由于缺乏歷史長期的水文和湖泊特性數據，不能使用天然水位資料統計法和湖泊形態分析法確定湖泊的最低生態水深。因此，本次主要使用功能法、經驗法和湖泊納污能力推算三種方法推算湖泊最低設計水深，并參照相關研究確定十全湖的最低生態水深為1.3 m。

2.1.1 湖泊最低設計水深

1)采用功能法推算湖泊最低生態水深。根據生態系統功能，確定湖泊最低生態水深主要考慮漁業、旅游業、蘆葦以及其他水生植物所需要的水深。由植物學原理可知，蘆葦等挺水植物的生長水深最小應滿足0.8 m。基于動物學原理，平原湖區當水深在1.3 m左右時，是魚、蝦、河蟹和元魚等生存所需要的最佳水深。對旅游休閑來說，主要包括劃船、垂釣以及其他水上娛樂等。一般來說，當水深達到0.7 m時即可滿足旅游休閑功能的需求。因此，初步確定十全湖的最低生態水深為1.3 m。

2)采用經驗法推算湖泊最低設計水深。無論初始水位如何，水位的永久性抬升或降低，會導致湖泊物種多樣性的減少和植被覆蓋度降低，隨著時間的推移，部分地區的物種會慢慢恢復以適應新的水位，但也有地區物種長時間后仍無法自行恢復；水位波動幅度的增加或減少對植被的影響不盡相同，從無波動到高波動，物種多樣性經歷先增加后減少的過程，對于多數調控而言，1～2 m的年內變幅對生態系統生物多樣性的增加和穩定最為有利。根據相關研究，洪澤湖生態系統的最低生態水深為1.24 m，洪湖生態系統的最低生態水深為1.14 m，南四湖生態系統的最低生態水深為1 m。綜上所述，初步確定十全湖的設計最低生態水深為1.3 m。

3)采用湖泊納污能力推算湖泊最低設計水深。根據《地表水環境質量標準》(GB3838-2002)，按《仙桃市十全湖生態修復項目》規劃，十全湖的水質以Ⅳ類水質標準計。

在規劃區內，城鎮生活和生產污水均由污水管網統一排入污水廠進行處理，不進入十全湖；同時十全湖以休閑旅游為主，湖區不存在水產養殖情況。十全湖周邊無點源污染和內源污染，其主要污染源為大氣沉降污染、屋面徑流污染、街道徑流污染、建筑工地地表徑流和排水灌渠沉積物污染等面源污染。借鑒武漢市雨水污染物監測結果，單位面積徑流污染物負荷中COD、BOD、SS、TN和TP分別為52.5、25.3、117.8、20.1和2.66 kg/(ha*a)。十全湖的承雨面積為15.37 km2，計算得到COD、BOD、SS、TN和TP年入湖總量分別為80.69、38.87、181.06、30.89 t和4.09 t。十全湖設計水質中COD、TN和TP的濃度分別為30、1.5 mg/L和0.1 mg/L，為達到設計水質，則分別需要268.98、2 059.58萬m3和4 088.42萬m3的水量對污染物進行稀釋。若以湖區面積為承水面積，則湖區設計深度分別為0.13、1.03 m和2.04 m，根據取大值原則初步確定十全湖的最低水深為2.04 m。

4)最低生態水深比選。根據上述的計算結果，十全湖的最低生態水深有1.30和2.04 m兩種設計方案。在第一種方案下，工程量和經濟預算較小，但需要借助水生態修復工程對入湖污染物進行凈化以維持十全湖的水環境健康發展；在第二種方案下，工程量和經濟預算較第一種方案顯著增大，但方案實施后主要依靠水體自凈能力凈化水質，而對水生態修復過程考慮較少。根據功能定位，十全湖以休閑旅游為主，水生態修復和濱水綠化工程是本次規劃的主要內容之一。因此，在水生態修復和濱水綠化工程建設過程可以兼具對入湖污染的凈化。綜上所述，選擇1.30 m的最小水深設計方案比較合理。

2.1.2 湖泊調蓄水深

規劃區屬于濕潤平原河網區域，其洪水過程受集中降水過程的影響較大，而在濕潤地區，一次大暴雨事件的降水量主要集中分布在1 d之內。由1957～2016年規劃區年最大1 d降水量統計結果可知，1961、1969、1991和2011年的最大1 d降水量均接近190 mm，與P=5%的設計1 d最大暴雨量接近，因此本項目采用20年一遇的設計暴雨對規劃區的水文過程進行研究。由《灌溉與排水工程設計規范》(GB 50288-2018)可知，旱作區一般可采用1～3 d暴雨從作物受淹起1～3 d排至田面無積水。規劃區屬城鎮區域，其排水模數則與旱作區類似，且排水效率應進一步提高，因此確定規劃區的排澇標準為20年一遇最大1 d暴雨1 d排完。

由規劃區的排澇體系可知，排區多余的水量通過升級改造后的東風泵站，以18 m3/s的流量排入到通順河，從而可以確定排區的設計排澇流量為18 m3/s。計算得到規劃區的調蓄水量為83.08萬m3。在規劃區內，調蓄起始水深為設計最小生態水位，即1.3 m，在此基礎上增加調蓄湖容83.08萬m3。計算得到十全湖需增加的調蓄水深為0.42 m。

2.1.3 湖泊湖容曲線的確定

東風泵站進水池設計運行水位為21.63 m，最低運行水位為21.33 m，最高運行水位為22.13 m。考慮十全湖至東風泵站徑流過程中存在的沿程水頭損失，根據沿程比降、流量、建筑物等情況，通過試算法進行水面線推算。

水面線推求采用實測地形圖進行計算。本次工程范圍內的河道寬為5～10 m，屬小型河道，河道順直，河岸阻力較小，考慮生態護岸工程的實施，本次計算選取主槽糙率為0.035。根據東風泵站的最高運行水位按水面線推求至十全湖處，得到十全湖的控制水位為22.26 m。因此，兩者比較得到十全湖的設計水位為22.26 m，對應湖容為445.9萬m3。東風泵站的最低運行水位為21.33 m，十全湖的最低水位為21.37 m，對應湖容為268.31萬m3。由于十全湖的最低生態水深為1.30 m，因此十全湖的設計湖底高程為20.07 m，取為20.00 m。東風泵站進水池設計運行水位為21.63 m，得到湖泊常水位為21.67 m，對應湖容為327.79萬m3。計算得到調蓄水深為0.42 m，小于十全湖控制水位與常水位之差(0.59 m),表明十全湖特征水位設計值具有安全合理性。從而得到水位-面積-湖容曲線。

2.2 退魚還湖工程

2.2.1 清淤工程

根據《仙桃市江漢水城·十全湖生態休閑公園規劃》，十全湖公園的用地類型可劃分為綠地及水面兩部分，面積分別為1.85 km2和2.0 km2。由于湖區現狀多數為魚塘，魚塘底部高程為22.22～22.80 m，湖岸線所在位置現狀地面高程約為22.22～22.80 m，本次設計的湖底開挖高程為20.00 m，常水位為21.67 m，故十全湖的水面形成需進行清淤疏挖而成，開挖的土體回填到湖周圍的公園綠地和規劃的建設用地，回填后周邊地面高程約為23.7 m。

2.2.2 護岸工程

該工程的湖岸斷面均為在原地面上開挖和堆土碾壓相結合而成，湖區內清淤疏挖的土體回填至十全湖周邊規劃的建設用地和綠地用地內，據估算回填后湖岸岸頂高程約為23.70 m，根據《公園設計規范》(GB51192-2016)要求，游憩綠地適宜坡度宜為5.0%～20.0%，本次土體回填的綠地岸坡坡度分兩個形式：在設置有親水平臺處的綠地岸坡采用20%，其余岸坡采用10%[2]。

由于湖岸岸線布局為不規則線條組成，湖岸結構需進行相應變化。本次設計從結構穩定、景觀效果和便于施工等多方面綜合考慮， 結合十全湖岸線的不同功能分區采用三種生態護岸型式，分別為自然緩坡入水護岸、人工擺石護岸及硬質護岸(設置親水平臺)三種[3-4]。

1)自然緩坡入水護岸。適用于現狀岸坡平緩，沿湖岸綠地面積寬闊，沿線有居民小區，離規劃道路有一定距離的岸線。自綠道處以1∶10緩坡接至湖區綠地高程22.26 m。自內湖岸線處以1∶4.0緩坡從高程22.26 m接至設計湖底高程20.00 m。自外湖岸線至內湖岸線間湖區綠地范圍可種植各類景觀植物，自內湖岸線至湖區水面依次種植各類挺水、浮葉、沉水植物，改善湖區生態環境。

2)人工擺石護岸。適用于湖岸規劃為濱水公園的岸線。自綠道處以1∶10緩坡接至湖區綠地高程22.26 m。自內湖岸線處以1∶4.0緩坡從高程22.26 m接至設計湖底高程20.00 m。沿內湖岸線處新建人工擺石護岸，護岸高0.5 m。自外湖岸線至內湖岸線間湖區綠地范圍可種植各類景觀植物，自內湖岸線至湖區水面依次種植各類挺水、浮葉、沉水植物，改善湖區生態環境。

3)硬質護岸。適用于設置親水平臺的湖岸段。自綠道處以1∶20緩坡接至湖區綠地高程22.26 m，每隔50 m設一條人行慢道至親水平臺。自內湖岸線處以1∶4.0緩坡從高程22.26 m接至設計湖底高程20.00 m。擋墻采用C20混凝土重力式擋墻，墻高1.5 m，頂寬0.5 m，臨水面直立，背水面坡比1∶0.4，擋墻底部設100厚砂礫石墊層。

3 湖泊水生態修復工程方案

本工程任務是通過實施退漁還湖、水系連通、水生態保護及修復等措施恢復十全湖水生態，并與仙桃市新城區的城市規劃相結合，使十全湖成為水清、岸綠、景美的生態湖泊。十全湖退漁還湖生態修復工程通過清淤擴大湖泊調蓄容積可將工程區的排澇標準提高到20年一遇；通過實施水系連通和水生態保護與修復將十全湖水質保持在Ⅳ類。

3.1 水系連通工程

1)水系連通現狀分析。十全湖四面被三條河流圍繞，北邊為洛江河、西邊和南邊為通順河、東邊為全東渠(前通河)，十全湖現狀為魚塘和藕塘。湖區內無主要河道支流來水，湖區內灌溉用水通過沙嘴閘抬高汪洲河水位進行引水，經過洛江河流入全東灌渠。湖區內灌溉水系相當發達，由聯船灌渠、船東灌渠和11條斗渠斗溝組成的田間工程。 湖區內的排水一部分通過底溝流入全東渠(前通河)，一部分直接流入全東渠(前通河)再經東風閘和東風泵站排入通順河。

2)水系連通工程。根據《仙桃市江漢水城·十全湖生態休閑公園規劃》，十全湖退漁還湖面積200 hm2，定位為十全湖生態休閑公園，湖周圍規劃為仙桃市政府、生態社區、文體廣場等城市用地，無農業用地。為了實現十全湖與周邊水系的連通，規劃十全湖水系連通線路為：汪洲河→洛江河→全東渠(前通河)→十全湖→底溝→全東渠(前通河)→通順河。

3.2 湖泊生態修復工程

通過湖盆物理形狀改造、底質改善、高等水生植被構建、食物網構建、清水態生態系統優化與穩定等工程措施重建十全湖水生態系統，恢復岸帶挺水植被37 500 m2，沉水植被2 km2，并構建與之相協調的食物網。

生態重建完成后，黑藻、金魚藻、狐尾藻和馬來眼子菜等“植冠型”大型沉水植物等覆蓋面積1 km2，苦草、微齒眼子菜等不影響景觀的“地毯型”沉水植被覆蓋面積1 km2。

根據十全湖承雨面積15.37 km2計算，流域內面源污染中總氮和總磷的年入湖總量分別為30.89 t和4.09 t；根據十全湖的引水水源情況，將十全湖的背景水質現狀視為Ⅲ類，十全湖以Ⅳ類水質標準計，計算得到十全湖能夠容納的TN為1.64 t，TP為0，因此需要治理的TN和TP年總量分別為29.25 t和4.09 t。由此計算，通過十全湖的生態措施可分別削減下游總氮負荷的56.5%、總磷負荷的84.4%，在很大程度上減小下游的水體富營養化風險。

4 結 語

1)十全湖退漁還湖生態修復工程可以恢復十全湖的湖容，使其充分發揮海綿城市建設中海綿體接納和調蓄城市洪水的作用，同時水系連通工程中的生態修復模塊也可以凈化水質，減小城市面源污染對水功能區的不利影響，發揮海綿體的凈化水質作用。

2)十全湖水退漁還湖生態修復工程，可加快十全湖與外部水體的交換，促進十全湖水體自凈，提高十全湖的水資源承載能力；疏通生物交換通道，改善生境，對于保持生物多樣性、塑造良性生態平衡關系具有積極作用。提高湖泊抗干擾和自然修復能力，合理平衡自然功能與社會功能間關系，是保障水生態安全，改善十全湖水生態環境的需要[5]。

3)十全湖退漁還湖生態修復工程，改善周邊生態環境，使其充分發揮工程的經濟、社會和環境效益。退漁還湖生態修復后的十全湖仙桃城郊地，將會成為仙桃又一個風景優美的城市核心區。對促進項目區經濟發展具有十分重要的意義，工程實施對促進地區經濟持續穩定發展具有巨大作用，社會、經濟效益顯著[6]。