南四湖地表水環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)

南四湖地表水環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)

1水文、水鳥(niǎo)資源概況南四湖位于山東省西南部，屬濟(jì)寧和莊棗市所有。南四湖從北到南依次為南陽(yáng)湖、獨(dú)山湖、昭陽(yáng)湖和微山湖。南北長(zhǎng)約126公里，東西寬約5.25公里。最大水面為1666公里2號(hào)。這是山東省最大的淡水湖泊，也是重要的儲(chǔ)水水庫(kù)之一。1960年在湖腰建成了攔湖大壩,壩上興建節(jié)制閘和船閘,將湖一分為二,壩北為上級(jí)湖,面積602km2,壩南為下級(jí)湖,面積664km2。上級(jí)湖允許最高水位36.50m,興利水位34.20m,死水位33.00m;下級(jí)湖允許最高水位35.00m,興利水位32.50m,死水位31.50m。全湖防洪庫(kù)容47.31億m3,興利水位庫(kù)容17.02億m3,興利調(diào)節(jié)庫(kù)容11.28億m3,平均水深約1.50m。南四湖承集東西兩側(cè)山東、江蘇、河南、安徽53條河流來(lái)水,匯水面積可達(dá)31700km2。東岸有泗河、十字河、白馬河、郭河、洸府河等山溪性河流注入,西側(cè)則以紅衛(wèi)河、洙趙新河、京杭運(yùn)河、萬(wàn)福河、東魚(yú)河等為主。梁濟(jì)運(yùn)河將黃河、東平湖與南四湖相連,向南溝通了黃淮水系,成為南北水上交通的咽喉。湖區(qū)屬暖溫帶半濕潤(rùn)季風(fēng)型大陸氣候,四季分明。降水量年內(nèi)集中,年際變化大,多年(1958—2005年)平均降水量796.83mm。年內(nèi)降水量在時(shí)間分配上很不均勻,年降水量主要集中在夏季,6—8月份降水量占全年的60%~80%左右,降水量在空間分布上一般表現(xiàn)為從西北向東南遞增。蒸發(fā)量季節(jié)變化明顯,一年中春季蒸發(fā)強(qiáng)烈,夏末秋初達(dá)到最低值。南四湖有浮游植物最多時(shí)為8門(mén)46科116屬,以隱藻門(mén)、硅藻門(mén)、藍(lán)藻門(mén)種類(lèi)最多,浮游動(dòng)物249種、底棲動(dòng)物53種。全湖水生維管植物有78種,分屬28科45屬,其分布面積占湖泊總面積的99%,總生物量3.06×106t。湖中有魚(yú)類(lèi)16科53屬78種,其中鯉科占總數(shù)的61.5%,年產(chǎn)量約1×104t。南四湖共有水禽7目13科74種。越冬水禽約153萬(wàn)只,其中雁類(lèi)2.2萬(wàn)只,鴨類(lèi)90萬(wàn)只,鷺類(lèi)1.1萬(wàn)只,秧雞類(lèi)8萬(wàn)只,行鳥(niǎo)鷸類(lèi)45萬(wàn)只,其他0.8萬(wàn)只。湖區(qū)及周?chē)叵碌V產(chǎn)資源主要為煤炭及地下水,濟(jì)寧、兗州、滕州3大煤田均為全隱蔽的石炭-二迭系煤田,現(xiàn)已探明儲(chǔ)量約130億t,主采煤層為3、16、17煤,平均厚度達(dá)12m,湖區(qū)周?chē)ㄓ械V井20余對(duì),全部采用頂板冒落法后退式大量開(kāi)采。濟(jì)寧任城一帶松散巖類(lèi)孔隙水含水層巖性以粗砂、中粗砂為主,富水性較大,井孔單位涌水量為600~1000m3/d·m,局部地段單位涌水量大于1000m3/d·m,目前濟(jì)寧城市供水水源地開(kāi)采量約37萬(wàn)m3/d。2水生生態(tài)系統(tǒng)特征2.1蘇集居水平壓監(jiān)測(cè)南四湖地區(qū)氣候濕潤(rùn),光照時(shí)間長(zhǎng),光能年輻射總量115kcal/cm2,年均日照時(shí)間在2000h以上,年均氣溫13.9℃,無(wú)霜期大于200d,湖面表層水溫大于15℃的時(shí)間均約200d;年均降水量796.83mm,相對(duì)濕度72%。氣候時(shí)空分布與水生生物生長(zhǎng)同步,可滿足水生生物的生長(zhǎng)發(fā)育。2.2淡水可養(yǎng)面積的確定南四湖多年平均調(diào)節(jié)庫(kù)容量5.56×108m3,水域面積遼闊,占山東省淡水可養(yǎng)面積的1/2,是周?chē)まr(nóng)業(yè)和居民生活用水的主要水源。水質(zhì)屬中富營(yíng)養(yǎng)型,其中溶解氧6.4mg/L,氨氮0.26mg/L,總磷0.02mg/L,是維護(hù)湖泊生產(chǎn)力和生物多樣性的基本條件。2.3湖岸土層深厚，土壤肥沃湖區(qū)土壤主要為潮土和水稻土,土壤潛育化程度較高。土層深厚疏松,質(zhì)地較輕,含有豐富的有機(jī)質(zhì)和礦物質(zhì),自然肥力高,有利于水生植物的生長(zhǎng)。2.4湖泊水體深度平均1.5m左右,中部水較深多大于2m,而在豐水期時(shí)可達(dá)3~4m。湖泊水生植物隨水由淺至深依次為蘆葦、菰草、菱、芡等水生植物,水生植物的收割、漁業(yè)、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、湖田圍墾等人類(lèi)活動(dòng)破壞了湖區(qū)生態(tài)環(huán)境,同時(shí)圍墾農(nóng)田標(biāo)高低,如果發(fā)生地面沉降則該區(qū)域又重新變?yōu)檎訚傻?這種生態(tài)系統(tǒng)比較脆弱。3環(huán)境指標(biāo)評(píng)價(jià)依據(jù)《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB3838-2002),采樣水體均為南四湖入湖河流,結(jié)合南水北調(diào)東線工程對(duì)沿線水域的水質(zhì)防護(hù)要求及實(shí)現(xiàn)水域環(huán)境功能,選用標(biāo)準(zhǔn)表1中的PH值、總磷、總氮、氟化物、總砷、總汞、鉻(六價(jià))、揮發(fā)性酚及氨氮等9項(xiàng)基本組分和標(biāo)準(zhǔn)表2中的硫酸鹽、氯化物、硝酸鹽3項(xiàng)補(bǔ)充項(xiàng)目作為評(píng)價(jià)指標(biāo),采用單因子指數(shù)法和綜合評(píng)價(jià)法進(jìn)行評(píng)價(jià)。3.1單因子超標(biāo)率地表水共取樣品26件,參加評(píng)價(jià)的常規(guī)9項(xiàng)指標(biāo)分析結(jié)果表明,僅有總砷、六價(jià)鉻和氯化物達(dá)標(biāo)。其它指標(biāo)除揮發(fā)性酚、氟化物外,均存在超出Ⅴ類(lèi)水標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)象。單因子超標(biāo)率較大的有:總氮、總磷、氟化物,分別為85%、15%、15%,其次為PH值、氨氮,超標(biāo)率均為12%,另外3項(xiàng)補(bǔ)充項(xiàng)目中,硫酸鹽超標(biāo)率最高達(dá)27%,其次為硝酸鹽4%,氯化物沒(méi)有超標(biāo)現(xiàn)象。單因子超標(biāo)最嚴(yán)重的主要為總氮、氨氮、總磷,最大超標(biāo)倍數(shù)分別為54.07、49.56、31.63,其次為汞和酚,最大超標(biāo)倍數(shù)分別為19、9。湖水水質(zhì)要好于入湖河流水質(zhì),湖水除局部地段有少許PH值、氟化物、總氮輕微超標(biāo)外,其他離子均符合Ⅲ類(lèi)水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn);入湖河流水質(zhì)多有超標(biāo)現(xiàn)象,超標(biāo)項(xiàng)為總氮、氨氮、總磷、揮發(fā)性酚、硫酸鹽、氟化物、汞和酚。3.2地表水污染評(píng)價(jià)在單因子評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)上分級(jí)打分,Ⅰ級(jí)為10分、Ⅱ級(jí)為8分、Ⅲ級(jí)為6分、Ⅳ級(jí)為4分、Ⅴ級(jí)為2分,同時(shí)要求揮發(fā)性酚、氨氮、汞、砷、鉻達(dá)標(biāo)率100%,如有其中一項(xiàng)超標(biāo),該樣品評(píng)為>Ⅴ類(lèi)水。對(duì)區(qū)內(nèi)26件地表水樣品進(jìn)行綜合評(píng)價(jià),東魚(yú)河、洸府河、白馬河、郭河及新薛河5件水樣為超出Ⅴ類(lèi)標(biāo)準(zhǔn),屬?lài)?yán)重污染水,占地表水水樣的19%;萬(wàn)福河、洙趙新河、梁濟(jì)運(yùn)河水樣為Ⅴ類(lèi)水,適用于農(nóng)業(yè)用水及一般景觀要求水域;Ⅳ類(lèi)水共有11件,占樣品總數(shù)的42%,適用于一般工業(yè)用水及人體非直接接觸的娛樂(lè)用水;其余6件為Ⅲ類(lèi)水,占樣品總數(shù)的21%,見(jiàn)圖1?？傮w上湖水水質(zhì)要好于河流水質(zhì),地表水水環(huán)境質(zhì)量總體評(píng)價(jià)為較差—極差。4地質(zhì)災(zāi)害與環(huán)境地質(zhì)問(wèn)題區(qū)內(nèi)存在的地質(zhì)災(zāi)害與環(huán)境地質(zhì)問(wèn)題主要有采空塌陷、地面沉降、泥沙淤積、水資源開(kāi)采過(guò)度、生物多樣性減少及水域面積變化過(guò)大等。4.1建筑破壞,農(nóng)田被毀南四湖地區(qū)濟(jì)寧、滕州、兗州煤田儲(chǔ)量達(dá)92億t,含煤面積約2000km2,主采煤層6~8層,可采煤層平均厚度12m左右,由于煤層埋藏淺、煤質(zhì)好及運(yùn)輸便利,目前已大量開(kāi)采,調(diào)蓄區(qū)周?chē)F(xiàn)有生產(chǎn)礦井20余對(duì),形成的塌陷面積約40km2,造成地面房屋破壞,村莊搬遷,農(nóng)田無(wú)法耕種,公路被毀等。造成區(qū)內(nèi)采空塌陷形成的主要根源是地下煤層不合理開(kāi)采,采空塌陷與煤層厚度、煤層傾角、采深、采厚、上覆地層厚度成正比,同時(shí)也與地層巖性、開(kāi)采方式等密切相關(guān),采空塌陷區(qū)范圍大于地下采空區(qū)范圍,采空塌陷波及的地表面積一般為煤層開(kāi)采面積的1.1~2.6倍。采空塌陷對(duì)調(diào)蓄工程的正效應(yīng)為可以增加庫(kù)容量及調(diào)蓄能力,據(jù)兗州礦區(qū)資料,平均綜合萬(wàn)噸塌陷率為0.251hm2,若調(diào)蓄區(qū)周?chē)?000km2煤炭采出量按儲(chǔ)量的1/4計(jì)算,平均下沉量為2m計(jì),可得出塌陷體積為11.54×108m3,可增加湖容11.54×108m3,占興利水位庫(kù)容的67.8%,將大大提高南四湖的調(diào)蓄能力。負(fù)效應(yīng)主要表現(xiàn)在湖泊堤壩損壞、斷裂及整體下沉等,影響了湖泊的調(diào)蓄功能,減小了調(diào)蓄能力,增加了工程維護(hù)資金的投入。4.2地下水開(kāi)采量過(guò)大影響含水層沉降地面沉降位于南四湖北側(cè)濟(jì)寧城區(qū)一帶,自1988年發(fā)生以來(lái),在緩慢沉降、發(fā)展階段期間,已造成了地面標(biāo)高損失、市政設(shè)施遭到破壞、地面建筑物裂縫等危害。當(dāng)承壓水頭降低后,向上作用的水頭壓力也隨之減小,使原土層中的壓力平衡受到破壞,含水層與黏性土層中的孔隙水大量外流,土體中的地下水滲出使其浮托力減小,有效應(yīng)力增大,黏性土層進(jìn)一步固結(jié),土顆粒骨架中的孔隙壓縮,對(duì)砂層而言則使砂層壓密,從而引起地面沉降,具有較大可壓縮性土層是產(chǎn)生地面沉降的內(nèi)因,地下水的超量開(kāi)采造成承壓含水層水位大幅下降則是引起地面沉降的外因。近幾年濟(jì)寧市政府調(diào)整了開(kāi)采布局,沉降中心已向城區(qū)北部轉(zhuǎn)移,市區(qū)沉降速率較以前減小,沉降得到了一定程度的緩解,目前市區(qū)地面沉降量超過(guò)60mm的范圍約為145km2。根據(jù)京杭運(yùn)河?xùn)|側(cè)風(fēng)凰臺(tái)、洗滌廠兩處地面沉降監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù),地面沉降仍在持續(xù)發(fā)展,京杭運(yùn)河作為重要的輸水通道,預(yù)測(cè)今后地面沉降可能對(duì)京杭運(yùn)河堤壩產(chǎn)生破壞,從而影響調(diào)水工程的順利實(shí)施。4.3正常堆積時(shí)間濕潤(rùn)地區(qū)的換水周期較長(zhǎng)的湖泊水域中,入湖盆物質(zhì)的堆積在其演變過(guò)程中起決定性作用,然后依次是湖盆內(nèi)部物質(zhì)的再分配和植物殘?bào)w與動(dòng)物遺骸的堆積。南四湖湖區(qū)地勢(shì)低洼,每年沿兩側(cè)河流隨山洪、徑流帶來(lái)的泥沙量約為782萬(wàn)t,建國(guó)以來(lái)湖盆平均淤積了15.2cm,由此可以推算出南四湖正常淤積年限為357a,同時(shí)水生物腐爛湖中、二級(jí)壩對(duì)泥沙的二次攔截也減少了庫(kù)容量。湖泊的長(zhǎng)期泥沙淤積會(huì)大大降低調(diào)蓄工程的整體防洪能力,不僅威脅湖區(qū)居民的生命財(cái)產(chǎn)安全,而且還增加堤壩維護(hù)資金投入,加速了水生植物的萎縮和死亡,破壞了區(qū)域地質(zhì)環(huán)境條件。4.4湖泊水體面積縮小,水資源短缺南四湖是周邊地區(qū)工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和人民生活用水的重要取用水源,近些年由于氣候變化大,降水量年際間分配不均,南四湖多次出現(xiàn)干湖現(xiàn)象,特別是2002年湖泊水體面積縮小至274.41km2,工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)更是掠奪性開(kāi)采湖水,幾乎造成干湖現(xiàn)象。目前南四湖周邊農(nóng)業(yè)灌溉年需水總量可達(dá)10億m3,湖區(qū)年蒸發(fā)量在7億m3左右,消耗量已超過(guò)湖區(qū)的蓄水量,另外加上沿湖周?chē)I(yè)用水和生活用水,南四湖調(diào)節(jié)庫(kù)容量難以承受,水資源的不足已成為制約湖區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要因素。嚴(yán)重的供需矛盾可能引發(fā)干旱季節(jié)對(duì)調(diào)水的大量使用,在不改變調(diào)水工程規(guī)劃調(diào)水量的情況下,將減少北部地區(qū)可支配調(diào)水量。4.4魚(yú)類(lèi)數(shù)量減少,分布廣南四湖2002年的干湖現(xiàn)象,加上周?chē)a(bǔ)給水源的嚴(yán)重污染,水質(zhì)惡化造成湖內(nèi)水生生物的大量減少,生物多樣性遭到破壞。據(jù)資料表明,2003年魚(yú)類(lèi)僅為11科29屬32種,比以往減少46種。人類(lèi)大肆收割蘆葦、蒲草等,造成了各種珍禽、越冬候鳥(niǎo)數(shù)量不斷減少,甚至瀕臨滅絕。1988—1991年南四湖共有雁形目鳥(niǎo)類(lèi)33種,到1996年減少至27種,主要分布在獨(dú)山湖、昭陽(yáng)湖、微山湖的局部,分布面積約1.4km2,僅占南四湖總面積的1‰左右。同時(shí)由于入湖水質(zhì)污染嚴(yán)重、泥沙淤積、水生植物腐爛沉積也造成大量珍貴挺水植物品