南水北调东线调水工程水生生物多样性分析

南水北调东线调水工程水生生物多样性分析

1洪水生态工程淮河东路工程建设是一条连接河流、淮河、黄色和海洋的大型引水工程。目的是缓解北方水资源危机，满足沿线严重缺水地区的水源保护要求，减少该地区对黄河水和地下水的依赖。东线调水工程是在江苏省江水北调工程的基础上扩大规模和向北延伸的,该工程从长江下游扬州附近抽引长江水,利用京杭大运河及与其平行的河道作为输水主干线和分干线逐级提水北送,并连通作为调蓄湖泊的洪泽湖、骆马湖、南四湖和东平湖,通过隧洞穿过黄河后自流到天津,输水主干线全长1150km。同时,东线还从东平湖向胶东输水。东线调水工程按照“总体规划、分期实施、先通后畅”的原则,分三期实施。第一期工程抽江规模500m3/s,过黄河50m3/s,向山东半岛供水50m3/s,规划于2007年完成,首先缓解鲁北地区和山东半岛最为紧迫的城市缺水问题;第二期工程抽江规模600m3/s,过黄河100m3/s,到天津50m3/s,向山东半岛供水50m3/s,与第一期工程连续实施,计划于2010年峻工,完成向河北、天津供水;第三期工程抽江规模800m3/s,过黄河200m3/s,天津100m3/s,向山东半岛供水90m3/s,满足供水范围内2030年水平国民经济发展对水的需求。2湖泊湿地生态环境研究与评价2.1南四湖的水文现状洪泽湖是淮河流域最大的湖泊,承转淮河上中游约15.8万km2来水,在12.5m正常蓄水位时,水面面积为2069km2,平均水深1.5m,蓄水量31亿m3。南四湖为华北地区最大的淡水湖泊,承接2.69万km2的来水,南四湖由二级坝分为上、下两级湖,正常蓄水位分别为34.2和32.5m,相应水面面积为583和582km2。南四湖平均水深1.5m。骆马湖汇集沂河和中运河来水,集水面积约5万km2,在23.0m的正常蓄水位时,水面面积为375km2,蓄水量9.01亿m3。东平湖是黄河的滞洪区,分为新、老湖区。新、老湖区水面面积分别为418和209km2。新湖区用于黄河的滞洪;老湖区承接大汶河来水,汇流面积9069km2。2.2调蓄湖泊动植物资源概况由于自然及人为干扰对水生生物造成严重影响,使得水生生物生境类型逐步趋于单一,水生生物种类及数量明显减少。从20世纪80年代以来开展的水生生物调查结果分析表明,四大调蓄湖泊水生生物种类与数量差异已不明显,仅个别湖区因长期水质污染出现水生生物锐减或藻类繁多的现象。a.水生维管束植物。调蓄湖泊内共有36科61属81种,其中沉水植物13种、漂浮植物10种、挺水植物51种。b.浮游生物。调蓄湖泊水质营养丰富,浮游生物生长繁茂。其中洪泽湖和南四湖浮游生物最为丰富,据调查,这2个湖泊浮游植物共有8门112属,以绿藻门最多;浮游动物共有35科63属91种,以原生动物最多。c.底栖动物。调蓄湖泊共发现70种(常见种20~30种),其中软体动物44种,节肢动物17种,环节动物7种。平均生物量为90~210g/m2,以软体动物为最多,节肢动物次之,环节动物最少。d.湖泊湿地鱼类资源特征。历史上由于隋朝开挖了沟通长江、黄河、淮河三大水系的京杭大运河,使得各调蓄湖泊鱼类往来活动频繁,鱼类组成基本一致,其中以中国江河平原区系复合体鱼类最多,其次是印度平原复合体。近年来,由于水污染的影响,以及捕捞手段的提高和多样化,各大湖泊鱼类资源处于严重下降趋势,大型经济鱼类中小型化、低龄化情况十分突出。2.3湖泊湿地水环境评价2.3.1主要污染物及氨氮根据2000年入河排污口调查监测结果,直接进入调蓄湖泊的废水总量为3.44亿t/a,其中主要污染物COD为15.14万t/a,氨氮为1.48万t/a。南水北调东线规划范围内102个县级以上规划城镇排污及调蓄湖泊纳污情况见表1。2.3.2水环境质量标准2000年洪泽湖、骆马湖湿地水质较好,基本符合《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)Ⅲ类水质标准;南四湖和东平湖湿地水质较差,基本为Ⅴ类及超Ⅴ类水,主要污染物是COD和氨氮,其次是BOD5和挥发酚。2.3.3监测点为类的监测点2000年调蓄湖泊湿地底质(底泥)中重金属含量除汞在部分监测点为Ⅳ~Ⅴ类外,其余的如铅、铬、镉等指标均为Ⅰ类;底质(底泥)中有机类污染物总磷,总氮,COD和CODMn的最大溶出浓度较高,基本为超Ⅴ类。2.3.4湖泊富营养化程度评价以总磷、总氮、叶绿素a等3项指标评价2000年湖泊富营养化程度,结果为:4个湖泊处于中至富营养状况,12个评价断面中,只有下级湖的微山湖区平均指数提高,为富营养区,大多数断面总磷浓度不高。3根据调解和蓄水对湖泊湿地的影响的预测3.1非均匀型钢湖泊水质模型根据湖泊的型状,可分为完全混合型和非均匀混合型两大类。决定湖泊水质污染的主要因素为流入物质的质量、水动力过程、滞留时间内的物理和化学过程以及藻类生长机理等。3.1.1水质污染物排放特征湖泊水质浓度计算式为:C=CPQP+W0VKh+(Ch−CPQP+W0VKh)exp(−Kht)(1)C=CΡQΡ+W0VΚh+(Ch-CΡQΡ+W0VΚh)exp(-Κht)(1)式中,V为湖泊的蓄水量;C为湖泊污染物平均浓度;QP为湖水流进流出量;V为湖水体积;Kh为中间变量;CP为湖水中污染物现状浓度;W0为湖中现有污染物的排入量;t为时间。水体环境容量计算式为:W=(Cn−C0)Q+KXUCnQ(2)W=(Cn-C0)Q+ΚXUCnQ(2)式中,W为水体纳污能力;Cn为水资源质量标准;C0为湖中污染物的自然背景值;X为距离;Q为湖水流进流出量;U为平均流速;K为污染物的自然衰减系数,K值主要取决于生物分解污染物的速度,对其定量较为复杂。根据国内外若干实验资料和现场实验分析,K值的经验范围是:难氧化的化合物为0.001~0.05;一般氧化的化合物为0.05~0.30;易氧化的化合物>0.30。3.1.2湖泊水质状况的求解湖泊在非均匀状态下,湖水中污染物质的稀释扩散实际上是三维扩散,对其求解较为困难。解决的途径是将湖泊的水力、水文、水质状况加以简化。例如,在平面上将一个湖泊分成若干段,每一段又在垂向上分成不同高度的若干块,再根据质量平衡原理列出各块的水质模型。3.2降低水资源短缺据预测,2030年我国人口将达到16亿峰值,全国人均水资源总量将比目前下降1/4,京、津、冀地区仅为110~240m3,届时这些地区的水资源短缺问题将进一步加剧。南水北调工程全部建成后,年调水量将达到320~480亿m3左右,相当于增加一条黄河的水量,因此可以从根本上改变北方水资源短缺状况。3.2.1干旱和自然条件随着全球气候变暖和人口不断增长,可用水源将逐年减少,湖泊湿地干枯现象亦将更加普遍,加之地下水开采不合理、超采严重,不少地区出现的地面沉陷、塌陷、裂缝等将会日益突出。2001年由于持续干旱,洪泽湖水位曾一度降到10.52m,湖面已萎缩到458km2,库容仅存1亿m3左右,比正常蓄水量减少九成以上,大部分湖底裸露;2002年南四湖流域大旱,整个南四湖基本干涸。严重的干旱缺水使湖内物种濒临死亡,生物物种延续和多样性遭受严重影响。同时城镇居民生产生活和农业灌溉用水又大量挤占生态用水,使得水生生态环境恶化状况普遍加剧。调水后,输水期长达230d,调蓄湖泊湿地水位普遍上升,换水频繁,可有效改善水生态环境,防止湖泊富营养化,补充地下水源,对地面沉降等地质问题起到积极缓解作用。3.2.2底泥本底值2000年12月淮河流域水资源保护科研所开展了闸坝调度冲刷底泥试验,底泥本底值中砷和总氮为超Ⅴ类,汞为Ⅳ类。冲刷试验结果表明各下游断面水体中CODMn,DO,氨氮,亚硝酸盐氮,汞和砷6个污染指标均好于Ⅲ类水。因此,调水过程中底泥经水流冲刷不会对调蓄湖泊湿地水质构成显著的影响。3.2.3水质达标分析根据水质预测,在现状排污条件下,东线一期工程实施后,调蓄湖泊水质将有很大改善,在90%保证率条件下,洪泽湖、南四湖下级湖和骆马湖水质符合Ⅲ类水,南四湖上级湖和东平湖水质基本为V类水,主要超标指标为CODMn和氨氮。50%保证率条件下,调蓄湖泊水质全部符合Ⅲ类水(见表2)。水质的改善对保护调蓄湖泊湿地环境极为有利,可为湿地水生生物的生长繁衍与保护水生物的多样性提供基础条件。3.2.4发挥水生维管束植物的作用调水后,由于调蓄湖泊的平均蓄水位将有所抬高,水面扩大,水环境改善。从总体上看:浮游动植物和底栖动物的种类及数量可能略有上升,优势种群将发生局部调整,但不会发生显著变化;水生维管束植物的面积、密度及总生物量将会有所下降;对发展渔业生产十分有利,完全避免了湖泊干枯或死水位以下运行造成的渔业损失。从长远看:随着调水量的增加和向北延伸,调蓄湖泊的水生生物在数量及种类上的差异将会逐渐缩小,同时长江流域的水生生物也可进入各调蓄湖泊。此外,从现有的调查和预测来看,东线工程北调长江水量较少,对长江及邻近海域水生生物、珍稀鱼种和主要经济鱼类不会有大的影响。3.2.5气候变化影响螺类生长根据现场试验和多年来江苏省江水北调的实践结果,南四湖、东平湖由于水环境长期低温,钉螺在越冬期绝大部分死亡;骆马湖由于存在诸如气温、土温、土壤的差异,部分钉螺虽能存活,但生殖器官明显萎缩,影响了钉螺的生存和繁殖。因此,血吸虫北移形成新的孳生地基本上是不可能的。3.2.6黄淮海平原排水系统从20世纪60年代中期起,国家及地方对黄淮海平原旱涝碱进行了综合治理,加上地下水位普遍下降,盐碱地面积已明显减少,目前黄淮海平原己经形成了较为完善的排水系统。调水后,只有东平湖周围农田因蓄水后导致湖外地下水位上升,可能造成周围耕地大面积涝渍,使土壤次生盐渍化,对次年春播将造成一定影响。4为江南水城配置湿地防护等级研究4.1加强调蓄湖泊湿地污染防治南水北调工程建成后,需要成立固定的管理机构,统一行使湖泊湿地保护管理之职,制定《南水北调东线水质保护条例》和《南水北调东线调蓄湖泊湿地保护办法》,颁布“调蓄湖泊湿地保护区及水生生物多样性保护区”等,依法行政,按照水环境容量和调蓄湖泊对入湖水质水量要求,开展城镇点源污染、农业面源污染、船舶航运线源污染以及底泥、水产养殖等内源污染进行统一防治,结合截污导流和污水资源化措施,以保证湖泊湿地水质目标,保护调蓄湖泊湿地水生态环境。4.2水环境监测系统为保护调蓄湖泊湿地水生态环境,需要开展有关的监测和监督管理工作,建成一个覆盖各调蓄湖泊湿地的水质水量监测站网、水生生物观察网和预警预报系统及信息处理中心,快速、准确、适时地采集和传递监测信息。在发生突发性水污染事故时,可通过污染物限排、水闸调度、监视监测及信息及时传递等措施将污染损失降低到最低限度。4.3控制工业废水污染源调整产业结构,普及清洁生产工艺,尽快制定禁止或严格限制的产业、产品名录,使产业结构逐步向低污染、高科技产业转变。目前影响调水水质和湖泊水环境的工业污染源主要是造纸、酿造两大行业。为此,建议在调水沿线关闭造纸企业制浆生产线的同时,逐步取缔造纸行业;重点控制酿造行业(主要是酒精厂和味精厂);淘汰工艺落后的制革和食品加工业。4.4加快污水处理厂建设，废水资源化进程切实加快规划城镇污水处理厂建设步伐,