南水北調(diào)東線南四湖水環(huán)境研究綜述

南水北調(diào)東線南四湖水環(huán)境研究綜述

0南四湖水環(huán)境現(xiàn)狀南四湖（3427'3520'n，1163411721）位于山東省西南部，由南陽(yáng)湖、昭陽(yáng)湖、獨(dú)山湖和微山湖組成（圖1）。屬于淮河流域的雨水系統(tǒng)。湖區(qū)總面積12666公里，南北長(zhǎng)126公里，東西寬5.25公里，平均水深1.46米。這是山東省最大的淡水湖。南四湖湖面平坦，北部地勢(shì)平坦，南部地勢(shì)較低。第二個(gè)水庫(kù)位于湖泊中部，分為兩個(gè)部分。第二個(gè)水庫(kù)北面是上湖，包括南陽(yáng)湖、獨(dú)山湖和部分昭陽(yáng)湖，南部是下湖，包括部分昭陽(yáng)湖和微山湖。自然條件下，水流方向是將上湖直接排入下游湖泊。南四湖流域水系豐富，湖泊東部、西部和北部繼承了蘇、魯、豫、安徽等32個(gè)?。ㄊ?、區(qū)）的供水通道和蓄水站。53條指令通過(guò)湖水直接進(jìn)入長(zhǎng)江。南四湖作為山東省重要的水資源保護(hù)和江南-提前工程的重要引水通道和蓄水處置中心，已發(fā)展成為集蓄洪、灌溉、水產(chǎn)、交通等多功能于一體的水庫(kù)湖泊。隨著流域經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，城市規(guī)模的不斷擴(kuò)大，南部四個(gè)湖泊的水環(huán)境不容樂(lè)觀。近幾十年來(lái),國(guó)內(nèi)學(xué)者圍繞南四湖表層沉積物中重金屬及持久性有機(jī)污染物的污染狀況、湖泊及入湖河流水質(zhì)狀況、濕地景觀及功能變化等方面開(kāi)展了大量的研究工作.本文系統(tǒng)總結(jié)和概括了針對(duì)南四湖水環(huán)境研究取得的成果,在此基礎(chǔ)上提出了今后的研究方向,為南四湖水環(huán)境管理和保護(hù)提供借鑒.1重金屬污染物危害水體環(huán)境重金屬是環(huán)境中最主要的污染物之一,具有易積累、難降解的特性.進(jìn)入水體的重金屬絕大部分被懸浮顆粒物吸附,逐步沉積到底泥中,當(dāng)水體的pH,Eh等條件發(fā)生變化時(shí),沉積物吸附的重金屬污染物可能重新釋放出來(lái),造成水體的二次污染,危害水體的生態(tài)環(huán)境,并通過(guò)食物鏈威脅人體健康.1.1底泥重金屬污染物hg1999年,張祖陸等就開(kāi)始研究南四湖底泥柱狀沉積物中Hg,Pb,As,Cr和Cd的污染,研究表明,自1989年以來(lái),隨著區(qū)域內(nèi)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展,重金屬排放量也呈現(xiàn)快速增長(zhǎng)的趨勢(shì).隨后的十幾年里,國(guó)內(nèi)學(xué)者對(duì)南四湖沉積物中重金屬的調(diào)查與研究不斷深入.2003年,楊麗原等通過(guò)分析20個(gè)南四湖表層沉積物樣品,利用潛在生態(tài)危害指數(shù)法和地質(zhì)累積指數(shù)法評(píng)價(jià)了南四湖表層底泥中重金屬的污染,結(jié)果表明:南四湖底泥中Hg超過(guò)了背景值的11倍,達(dá)到強(qiáng)生態(tài)污染水平,是最主要的重金屬污染物,Pb,As次之;重金屬對(duì)南陽(yáng)湖底泥的綜合污染達(dá)到重度風(fēng)險(xiǎn)水平,其他湖區(qū)為中度風(fēng)險(xiǎn).2010年針對(duì)南四湖表層沉積物重金屬的研究結(jié)果表明,Hg,Cd,As和Pb為南四湖主要的重金屬污染物,南四湖處于無(wú)污染-中度污染水平,各重金屬對(duì)南四湖底泥的綜合污染達(dá)到中度風(fēng)險(xiǎn)水平.2007~2012年南四湖表層沉積物中重金屬的質(zhì)量分?jǐn)?shù)如表1所示.通過(guò)對(duì)比可以看出,從2007年至今,重金屬的含量處于基本不變或下降趨勢(shì),As和Cd的下降速度尤為明顯.自南水北調(diào)東線工程實(shí)施以來(lái),政府和各相關(guān)部門積極貫徹落實(shí)《南水北調(diào)東線工程治污規(guī)劃實(shí)施意見(jiàn)》,及時(shí)調(diào)整南四湖流域的經(jīng)濟(jì)發(fā)展模式,推廣清潔生產(chǎn)和點(diǎn)源綜合治理技術(shù),確保企業(yè)污染物排放能夠達(dá)到《山東省南水北調(diào)沿線水污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》的要求,一系列措施的實(shí)施對(duì)南四湖水環(huán)境的改善起到了積極的作用.1.2重金屬的主要來(lái)源探究重金屬的來(lái)源,對(duì)減少重金屬的輸入、改善湖泊水質(zhì)有重要的作用.先前的研究表明,湖泊底泥中重金屬的來(lái)源分為自然源和人為源.自然源主要包括巖石風(fēng)化、成土過(guò)程等,人為源主要包括工業(yè)污染、交通污染、農(nóng)業(yè)污染和生活垃圾.楊麗原等通過(guò)對(duì)南四湖沉積物樣品的分析得出,濟(jì)寧市未經(jīng)處理排放的生活污水和工業(yè)廢水是湖區(qū)重金屬的主要來(lái)源.安文超和程鳳鳴對(duì)南四湖的主要入湖河流進(jìn)行了監(jiān)測(cè),結(jié)果表明南四湖眾多支流重金屬污染嚴(yán)重,特別是西支河、泗河、白馬河、梁濟(jì)運(yùn)河、老運(yùn)河和洸府河,支流的匯入對(duì)南四湖重金屬污染影響較大.劉良與王龍鳳等利用主成分法分析了南四湖表層沉積物中重金屬的來(lái)源,結(jié)果表明:As,Cd,Pb,Zn等重金屬主要來(lái)自農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中化肥、農(nóng)藥的施用;Hg,Cd,Zn,Pb,Cu等重金屬主要來(lái)自采礦等工業(yè)及交通污染;Ni和Cr則主要來(lái)自于母巖的風(fēng)化及成土作用.2有機(jī)污染物對(duì)水生生態(tài)系統(tǒng)的潛在危害持久性有機(jī)污染物(POPs)是一類對(duì)人類健康和環(huán)境具有嚴(yán)重危害的天然或人工合成的有機(jī)污染物質(zhì),具有長(zhǎng)期殘留性、生物積累性、半揮發(fā)性和高毒性.隨著工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的快速發(fā)展,大量有機(jī)污染物通過(guò)地表徑流、大氣沉降等途徑進(jìn)入水體.由于有機(jī)污染物具有疏水親脂特性,進(jìn)入水體的有機(jī)污染物大部分蓄積在沉積物中,可以通過(guò)生物、化學(xué)過(guò)程重新釋放出來(lái).因此,通過(guò)研究沉積物中的有機(jī)污染物,可以評(píng)價(jià)其對(duì)水生生態(tài)系統(tǒng)的潛在危害.2.1南四湖表層沉積物有機(jī)污染物的空間分布史雙昕分析了南四湖沉積物中多環(huán)芳烴(PAHs)、多氯聯(lián)苯(PCBs)及二惡英(PCDD/Fs)的含量,結(jié)果表明:南四湖表層沉積物中PAHs的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為221.9~2554ng/g,屬于中等污染水平;PCBs的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2412~83094pg/g,主要以低氯代PCBs為主,屬于中等偏上污染水平;PCDD/Fs的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為67~110pg/g,屬于低污染水平.李紅莉等對(duì)南四湖表層沉積物中13種有機(jī)氯農(nóng)藥進(jìn)行了分析測(cè)定,并利用加拿大和美國(guó)保護(hù)水生環(huán)境沉積物化學(xué)品風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)有機(jī)氯農(nóng)藥進(jìn)行了評(píng)價(jià),結(jié)果表明,南四湖表層沉積物中有機(jī)氯農(nóng)藥的質(zhì)量分?jǐn)?shù)平均值為5.24ng/g,低于風(fēng)險(xiǎn)水平低值,處于低生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)水平.綜合來(lái)看,南四湖表層沉積物中持久性有機(jī)污染物的含量均處于較低水平,尚未對(duì)生物造成顯著的負(fù)面影響.有機(jī)污染物的空間分布受入湖河流、污染源位置、沉積物粒度等因素影響.李紅莉等通過(guò)采集湖區(qū)及入湖口的沉積物樣品,分析了有機(jī)氯農(nóng)藥和多氯聯(lián)苯的空間分布,結(jié)果表明:有機(jī)氯農(nóng)藥中滴滴涕的分布特征為下級(jí)湖各點(diǎn)的濃度高于上級(jí)湖,六六六的分布與滴滴涕恰好相反,其余有機(jī)氯農(nóng)藥的分布特征不明顯;多氯聯(lián)苯的大致分布趨勢(shì)為湖內(nèi)各點(diǎn)的濃度高于入湖河口,上級(jí)湖各點(diǎn)的濃度高于下級(jí)湖.劉哲和孫媛媛等探究了南四湖表層沉積物中多環(huán)芳烴的分布,結(jié)果顯示微山島和二級(jí)壩附近多環(huán)芳烴的含量高于其他點(diǎn)位,且上級(jí)湖的含量高于下級(jí)湖的含量.2.2南四湖表層沉積物中有機(jī)污染物的主要來(lái)源持久性有機(jī)污染物的來(lái)源可以概括為4類:工業(yè)、農(nóng)業(yè)、交通和生活.工業(yè)污染主要包括焦化廠、煤氣化工廠、電器制造廠、化學(xué)品制造廠等工廠三廢的排放;農(nóng)業(yè)污染是指農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中除草劑、殺蟲(chóng)劑的使用;交通污染主要是汽車尾氣的排放;人類生活中采暖季節(jié)燃料的燃燒,民用燃?xì)獾榷际怯袡C(jī)污染物的來(lái)源.李紅莉等指出南四湖表層沉積物中多氯聯(lián)苯以低氯代為主,主要污染源是造紙過(guò)程中產(chǎn)生的廢水及焚燒爐排放的廢氣和廢塵.孫媛媛等測(cè)試了南四湖表層沉積物中多環(huán)芳烴的含量,得出高分子量的多環(huán)芳烴與低分子量的多環(huán)芳烴的比值大于1,因此判定其來(lái)源為煤、石油等化石燃料的不完全燃燒.劉哲等分析了南四湖各湖區(qū)及入湖支流的表層沉積物樣品,研究得出白馬河、城郭河、韓莊運(yùn)河等入湖口處多環(huán)芳烴的含量較高,因此把南四湖表層沉積物中多環(huán)芳烴的污染歸因于入湖河流,而河流中的多環(huán)芳烴主要來(lái)自于河流沿線燃煤企業(yè).總體看來(lái),南四湖及其支流流域內(nèi)工業(yè)排放是南四湖表層沉積物中有機(jī)污染物的主要來(lái)源.只有改進(jìn)流域內(nèi)工業(yè)企業(yè)污染處理技術(shù),減少污染物的排放,才能從源頭控制有機(jī)污染物的污染.3南四湖及其流入湖中的河流水質(zhì)研究3.1南四湖水體富營(yíng)養(yǎng)化評(píng)價(jià)水體污染是當(dāng)今水環(huán)境面臨的主要問(wèn)題之一,南四湖作為山東省最大的淡水湖泊和南水北調(diào)東線工程的重要輸水通道,其水質(zhì)狀況備受關(guān)注.1991年,厲軍通過(guò)對(duì)湖區(qū)內(nèi)24個(gè)水質(zhì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的持續(xù)監(jiān)測(cè),發(fā)現(xiàn)水體中的高錳酸鹽指數(shù)、總氮、總磷等嚴(yán)重超標(biāo),全湖56%的水域嚴(yán)重污染,44%的水域輕污染或重污染;此外,上級(jí)湖中40%的水域達(dá)到重富營(yíng)養(yǎng)化水平,55%的水域中富-富營(yíng)養(yǎng)交替出現(xiàn),下級(jí)湖中45%的水域中富-富-重富營(yíng)養(yǎng)化交替出現(xiàn),55%的水域中富-富營(yíng)養(yǎng)交替出現(xiàn).2008年,海洋利用修正的營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)法對(duì)南四湖水體的富營(yíng)養(yǎng)化狀況進(jìn)行了評(píng)價(jià),結(jié)果表明:南陽(yáng)湖和獨(dú)山湖大面積湖區(qū)表現(xiàn)為中度富營(yíng)養(yǎng)化水平,昭陽(yáng)湖主要處于貧營(yíng)養(yǎng)和中營(yíng)養(yǎng)水平,下級(jí)湖大部分湖區(qū)處于貧營(yíng)養(yǎng)和中營(yíng)養(yǎng)狀態(tài),微山湖中部和北岸部分湖區(qū)出現(xiàn)輕度富營(yíng)養(yǎng)現(xiàn)象.2012年,舒鳳月等利用綜合營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)法對(duì)南四湖富營(yíng)養(yǎng)化狀態(tài)進(jìn)行了評(píng)價(jià),結(jié)果表明:南四湖整體處于輕度富營(yíng)養(yǎng)化狀態(tài),南陽(yáng)湖處于中度富營(yíng)養(yǎng)化狀態(tài),獨(dú)山湖、昭陽(yáng)湖和微山湖大部分湖區(qū)均處于輕度富營(yíng)養(yǎng)化狀態(tài).1998年,張祖陸等利用南四湖11個(gè)長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)點(diǎn)多年的監(jiān)測(cè)資料,綜合10年水質(zhì)變化規(guī)律,將南四湖水域分為3類水質(zhì)區(qū):嚴(yán)重污染的支流入湖口區(qū)約10%的水域面積水質(zhì)達(dá)不到Ⅴ類水標(biāo)準(zhǔn);污染較輕的支流入湖口附近約13%的水域面積水質(zhì)勉強(qiáng)達(dá)到Ⅴ類水標(biāo)準(zhǔn);湖區(qū)內(nèi)77%的水域水質(zhì)尚好,可以達(dá)到地表水Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn).和慧利用網(wǎng)絡(luò)模型評(píng)價(jià)了南四湖2006年的水質(zhì)狀況,結(jié)果顯示:上級(jí)湖26%的水質(zhì)類型為Ⅲ類,30%的水質(zhì)類型為Ⅳ類,44%的水質(zhì)為Ⅴ類和劣Ⅴ類;下級(jí)湖48%的水質(zhì)類型為Ⅲ類,39%的水質(zhì)類型為Ⅳ類,13%的水質(zhì)為Ⅴ類和劣Ⅴ類.2010年,李艷紅采用模糊數(shù)學(xué)方法對(duì)南四湖進(jìn)行了水質(zhì)評(píng)價(jià),結(jié)果表明下級(jí)湖水質(zhì)處于Ⅰ類、Ⅱ類,上級(jí)湖水質(zhì)不穩(wěn)定,大部分在Ⅲ~Ⅴ類之間波動(dòng).綜合先前的研究數(shù)據(jù)可以看出,近年來(lái)南四湖水體富營(yíng)養(yǎng)化狀態(tài)呈下降趨勢(shì),湖泊水質(zhì)也逐年改善,大部分湖區(qū)水質(zhì)在Ⅲ~Ⅳ類之間,下級(jí)湖水質(zhì)優(yōu)于上級(jí)湖,個(gè)別地區(qū)污染較為嚴(yán)重,距離穩(wěn)定達(dá)到南水北調(diào)調(diào)水水質(zhì)Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)還有一定差距.3.2南四湖主要入湖河流水質(zhì)現(xiàn)狀南四湖支流眾多,河流生態(tài)系統(tǒng)受人類活動(dòng)影響強(qiáng)烈,人類生產(chǎn)活動(dòng)產(chǎn)生的污染物主要通過(guò)入湖河流進(jìn)入湖體,因此研究入湖河流水質(zhì)對(duì)整治湖區(qū)污染有重要意義.2006~2007年,南四湖流域22條入湖河流的35個(gè)監(jiān)測(cè)斷面中,水質(zhì)達(dá)到Ⅳ類標(biāo)準(zhǔn)的占20%,Ⅴ類占20%,劣Ⅴ類占60%,無(wú)Ⅰ~Ⅲ類水質(zhì)斷面,這是南四湖水質(zhì)超標(biāo)的主要原因.辛穎等通過(guò)分析南四湖主要入湖河流23個(gè)監(jiān)測(cè)斷面的水質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)得到,2000~2010年間各監(jiān)測(cè)斷面的CODCr和NH3-N濃度平均值總體呈下降趨勢(shì),下降率分別達(dá)74.4%和93.1%,2010年各監(jiān)控?cái)嗝娴奈廴疚餄舛缺?005年下降73.9%,總體上水質(zhì)有了大幅度改善.2012年武周虎等對(duì)南四湖35個(gè)入湖河口的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,研究表明,南四湖入湖河口水質(zhì)逐年改善,但老運(yùn)河、洸府河、東魚(yú)河、房莊河、泗河、洙趙新河、白馬河、薛城小沙河、新薛河和新萬(wàn)福河污染仍然很嚴(yán)重,應(yīng)該作為流域治污的重點(diǎn).4南四湖濕地景觀格局濕地被譽(yù)為“地球之腎”,存在于陸地生態(tài)系統(tǒng)和水生生態(tài)系統(tǒng)的交錯(cuò)地帶,具有巨大的環(huán)境功能和經(jīng)濟(jì)效益,是人類最重要的生存環(huán)境之一.研究濕地景觀格局的變化,對(duì)濕地的恢復(fù)和重建具有一定的指導(dǎo)作用.南四湖整個(gè)湖區(qū)作為典型的湖泊濕地,已經(jīng)被列為國(guó)家級(jí)濕地保護(hù)區(qū),從20世紀(jì)80年代以來(lái),由于人類活動(dòng)的干擾,南四湖濕地景觀格局和生態(tài)功能發(fā)生了很大的變化.主要表現(xiàn)為自然濕地(自然水面、河流、蘆葦、荷田)所占面積逐漸減少,破碎程度加劇;人工濕地(養(yǎng)殖水面、水庫(kù)坑塘、人工水渠)的面積逐年增加,景觀破碎化程度不一;優(yōu)勢(shì)景觀從自然水域、蘆葦?shù)嘏c荷田植被變?yōu)樽匀凰蚝宛B(yǎng)殖水面景觀;非濕地景觀中居民點(diǎn)及建筑用地面積呈增加趨勢(shì),其他農(nóng)用地所占面積縮小.南四湖濕地景觀格局的變化提高了濕地的生產(chǎn)功能,增加了地區(qū)的經(jīng)濟(jì)效益,但降低了該地區(qū)的生物多樣性,造成一些物種種群數(shù)量的減少甚至消失,降低了生態(tài)系統(tǒng)抗干擾的能力,濕地生態(tài)系統(tǒng)的大氣調(diào)節(jié)和凈化功能呈下降趨勢(shì).5南四湖水環(huán)境研究國(guó)內(nèi)學(xué)者針對(duì)南四湖水環(huán)境開(kāi)展了大量的研究工作,從目前的研究狀況來(lái)看,未來(lái)對(duì)南四湖的研究可能主要體現(xiàn)為4個(gè)方面.5.1流-湖流域污染物治理研究重點(diǎn)應(yīng)該放在污染物(重金屬、營(yíng)養(yǎng)鹽、有機(jī)物等)在支流-湖泊系統(tǒng)的輸移,在水-沉積物界面上的遷移、轉(zhuǎn)化機(jī)理,如人類活動(dòng)影響下南四湖流域內(nèi)污染物的產(chǎn)生、來(lái)源定量識(shí)別、運(yùn)移模擬、凈化機(jī)制及通量估算等.5.2水質(zhì)動(dòng)力的影響湖泊水動(dòng)力會(huì)提高水體復(fù)氧能力,影響水體的熱力、光學(xué)特性,增強(qiáng)湖泊的垂直混合,影響沉積物中營(yíng)養(yǎng)鹽、重金屬等水平、垂直輸移及時(shí)空分布,影響浮游生物的生長(zhǎng)以及優(yōu)勢(shì)種群的演替等,因此今后對(duì)南四湖水環(huán)境的研究中應(yīng)考慮水動(dòng)力的影響.5.3南四湖生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)根據(jù)南四湖生態(tài)