漕湖水生態(tài)環(huán)境與望虞河引江濟太響應(yīng)研究

陳 爍，李冰陽

(上海勘測設(shè)計研究院有限公司，上海 200434)

0 引言

為改變太湖流域水質(zhì)持續(xù)惡化現(xiàn)狀，2002年起實施從望虞河引長江水入太湖流域的引江濟太工程，工程實施后可縮短換水周期，增加太湖水環(huán)境承載能力，保障太湖流域供水安全[1]。漕湖位于蘇州市相城區(qū)，地處望虞河清水通道的關(guān)鍵節(jié)點，作為典型河網(wǎng)區(qū)過水型湖泊，與望虞河水量交換頻繁，漕湖的水生態(tài)水環(huán)境與望虞河引江濟太相互影響。本文在調(diào)查漕湖水生態(tài)環(huán)境基礎(chǔ)上，初步探究了漕湖與引江濟太的響應(yīng)關(guān)系，揭示兩者作用規(guī)律，以期為典型過水型湖蕩的水環(huán)境質(zhì)量改善以及水生態(tài)保護(hù)提供科學(xué)依據(jù)，為漕湖的生態(tài)修復(fù)提供有力支撐[2]。

1 漕湖概況及采樣

漕湖位于江蘇省蘇州市相城區(qū)，東西長5.5km，南北寬2.5km，水域面積約9km2，湖底高程自西向東不斷降低，西側(cè)湖區(qū)底高程在0.0～1.0m之間變化，東側(cè)湖區(qū)底高程基本在-3.0～-2.5m，平均湖底高程在-0.27m左右(鎮(zhèn)江吳淞高程)。漕湖是望虞河上過水型湖蕩，為望虞河引排的重要組成部分，也是江蘇省省保湖泊，基本以防洪排澇、生態(tài)、調(diào)蓄為主，兼具航運和良好的景觀等功能。參照《湖泊調(diào)查技術(shù)規(guī)程》[3]，綜合考慮到漕湖的湖盆形態(tài)、水動力條件、空間分異以及出入湖河道等情況，在漕湖及周邊區(qū)域共布設(shè)22個采樣點，如圖1所示，采樣時間為2019年10月和2020年6月(均為引江濟太期間)，調(diào)查內(nèi)容涵蓋水體理化特征、水生植物、浮游植物及浮游動物等內(nèi)容。

圖1 漕湖采樣點分布

2 調(diào)查結(jié)果及分析

2.1 水環(huán)境調(diào)查結(jié)果及討論

表1 2016—2019年漕湖水功能區(qū)逐月監(jiān)測年平均水質(zhì)情況表 單位：mg/L

圖2 漕湖水體理化相關(guān)指標(biāo)

圖3 漕湖富營養(yǎng)化狀態(tài)指數(shù)時空分布

2.2 水生態(tài)調(diào)查結(jié)果及討論

2.2.1浮游植物

經(jīng)鏡檢，浮游植物生物密度平均在320萬個細(xì)胞～885萬個細(xì)胞/L，主要集中在漕湖湖區(qū)西側(cè)，漕湖浮游植物物種豐富度空間上無太大差異，但漕湖湖區(qū)中部、漕湖東側(cè)的浮游植物Shannon-Wiener多樣性指數(shù)較低，如圖4—7所示。這說明湖區(qū)中部、東側(cè)浮游植物優(yōu)勢種群少，浮游植物生長環(huán)境較差；從群落結(jié)構(gòu)上看(圖6)，湖區(qū)中部、東側(cè)浮游植物硅藻占據(jù)約50%，以硅藻為單一優(yōu)勢，而湖區(qū)西側(cè)受望虞河來水影響，其群落結(jié)構(gòu)從硅藻單一優(yōu)勢轉(zhuǎn)向硅藻-綠藻-藍(lán)藻復(fù)合優(yōu)勢，這有利于區(qū)域內(nèi)水生態(tài)環(huán)境改善[4]。

圖4 浮游植物生物密度

圖5 浮游植物物種豐富度

圖6 浮游植物Shannon-Wiener多樣性指數(shù)

圖7 浮游植物群落結(jié)構(gòu)

2.2.2浮游動物

浮游動物不同湖區(qū)平均生物密度在258～387ind./L范圍內(nèi)，主要集中于漕湖西側(cè)和漕湖中部，如圖8所示。由于大型浮游動物以攝食浮游植物為主[5]，因此漕湖浮游動物生物量分布與浮游植物有較高的相似性，同時望虞河來水有著較高的營養(yǎng)鹽，在流經(jīng)水流較緩慢的漕湖西側(cè)時，也促進(jìn)了漕湖西側(cè)浮游動物聚集，并形成以大型浮游動物如枝角類、橈足類為優(yōu)勢種群的群落結(jié)構(gòu)，如圖9所示。

圖8 浮游動物生物密度

圖9 浮游動物群落結(jié)構(gòu)

2.2.3底棲動物

底棲動物不同湖區(qū)平均生物密度在207～394ind./m2，其中湖區(qū)西側(cè)平均生物密度約244ind./m2、湖區(qū)中部平均生物密度約207ind./m2、湖區(qū)東側(cè)平均生物密度約394ind./m2，漕湖東側(cè)區(qū)域密度較高的原因可能是湖區(qū)東側(cè)水深相對較深、水動力條件較弱，沉積物水界面容易形成缺氧環(huán)境且分布有較多礫石，有利于底棲動物的生長[6]。

2.2.4大型水生植物

調(diào)查結(jié)果表明，漕湖湖區(qū)幾乎無沉水、挺水植物分布，環(huán)湖湖濱帶分布有少量的穗狀狐尾藻單優(yōu)群落，寬度為1～5m；在東部湖濱帶水陸交錯區(qū)分布有少量的蘆葦、香蒲、菰及蘆竹等挺水植物，寬度為0～3m。整體而言，漕湖水生植物分布面積極低，生物多樣性匱乏。

2.3 水環(huán)境關(guān)鍵因子響應(yīng)關(guān)系

2.3.1模型簡介

為進(jìn)一步了解望虞河引江濟太與漕湖兩者的相互作用關(guān)系，采用MIKE 21軟件，結(jié)合調(diào)查情況選取漕湖典型污染物TP，初步模擬分析望虞河引水與漕湖的響應(yīng)關(guān)系。

(1)模型網(wǎng)格和相關(guān)參數(shù)。模型范圍包括漕湖以及周邊望虞河上、下游約2km，對研究區(qū)域采用三角形網(wǎng)格進(jìn)行剖分，網(wǎng)格邊長10～50m，離散后的計算區(qū)域含17843個計算單元、9846個計算節(jié)點，如圖10所示。水動力模型模擬望虞河平水年引水條件，計算糙率參照《水力計算手冊(第二版)》[7]推薦取值和有關(guān)望虞河數(shù)值模擬成果，糙率系數(shù)取值0.0225[7]，擴散系數(shù)取1m2/s，TP衰減系數(shù)參照馮帥[8]等關(guān)于污染物綜合衰減系數(shù)測定相關(guān)研究成果，本次取用0.06/d-1。

圖10 網(wǎng)格剖分示意圖

(2)計算方案。考慮到望虞河引江濟太水質(zhì)存在波動，為盡可能分析引水對漕湖的不利影響，本次擬定3個不同水質(zhì)邊界，分別為2020年望虞河調(diào)查TP濃度、調(diào)查TP濃度上浮10%、調(diào)查TP濃度上浮50%，見表2。

表2 計算方案

2.3.2響應(yīng)分析

根據(jù)模型計算結(jié)果，望虞河引水水質(zhì)與漕湖水生態(tài)環(huán)境質(zhì)量息息相關(guān)，來水水質(zhì)越差，對漕湖水生態(tài)環(huán)境的負(fù)面影響越大，但從望虞河引水TP濃度上浮10%和上浮50%兩個計算方案結(jié)果來看，其最大影響范圍未見明顯變化。望虞河引水對漕湖影響范圍基本控制在中、西部湖區(qū)，這可能也是東側(cè)湖區(qū)水質(zhì)較好的一個重要原因，最大影響面積約4.95km2，約占漕湖總面積55%；漕湖作為過水型湖蕩，對望虞河引江濟太起著緩沖作用，望虞河來水經(jīng)漕湖調(diào)蓄后，出湖TP濃度削減比例在1.80%～2.42%，見表3、如圖11所示。

表3 望虞河不同來水水質(zhì)與漕湖的響應(yīng)關(guān)系

圖11 望虞河引水TP濃度與漕湖響應(yīng)關(guān)系

3 結(jié)語

從漕湖生態(tài)環(huán)境出發(fā)，研究得出望虞河引江濟太不可避免會對漕湖水環(huán)境產(chǎn)生不利影響，影響面基本控制在半個湖區(qū)范圍左右，漕湖則對望虞河引水水環(huán)境起到改善作用。當(dāng)望虞河引水TP濃度在Ⅲ—Ⅳ類范圍內(nèi)時，進(jìn)出漕湖后濃度削減比例在2%左右；望虞河引江濟太對漕湖水生態(tài)環(huán)境不利影響較為明顯，但從浮游植物群落分布上看，也起到一定優(yōu)化改善群落結(jié)構(gòu)的作用。本文研究成果所基于的調(diào)查次數(shù)有限，漕湖生態(tài)環(huán)境以及與望虞河引水的一般性規(guī)律尚需進(jìn)一步開展調(diào)查研究。