湖泊生态环境保护试点-瓦埠湖

?湖泊生态环境保护试点-瓦埠湖
湖泊是陆地生态系统的重要组成部分，是内陆流域的重要发源地。中国是一个多湖泊国家，大于1km2的湖泊有2300多个，但已有 70%以上的湖泊受到不同程度的污染。湖泊的生态安全是流域经济发展的重要保障，对流域的生态环境以及周围居民的生产、生活有着重要意义。国家领导人多次做出重要批示，要求重视我国湖泊的保护和治理工作，并要求对我国重点湖泊水库的生态安全状况逐一进行评价，提出综合治理措施。湖泊污染已成为生态环境恶化的代表，这与可持续发展的战略目标是极不相称的。流域水污染不仅是在治污技术层面的问题，因为其与社会经济发展紧密相连，当中又存在行政分界而造成的利益冲突的问题，所以流域水污染更应从政治和经济层面来深入研究和讨论。为落实国务院第七次全国环境保护大会关于“加大对水质良好或者生态脆弱湖泊的保护力度”的总体部署，加快推进水质良好湖泊生态环境保护工作（简称“良好湖泊保护工作”），2011年9月，中央财政安排资金对湖泊生态环境保护试点工作予以支持，连同环境保护部首次开展湖泊生态环境保护试点，安徽省瓦埠湖进入了全国首批试点名单，与新疆博斯腾湖、吉林松花湖、辽宁大伙房水库、山东南四湖、湖北梁子湖、云南抚仙湖与洱海成为首批8个试点湖泊。良好湖泊保护工作以改善湖泊生态水质、维护湖泊生态环境、保障饮用水源安全为根本目标，着眼于构建湖泊生态环境保护长效机制。遵循“防治并举、保护优先”的原则，以实施方案为依托，实行“一湖一策”，加强绩效管理。
瓦埠湖，位于安徽省中部，淮河中游南岸，属于淮河流域最大的湖泊，是我省五大淡水湖之一。地处寿县城东南，是受黄泛影响，河道淤积，河床抬高，淮水不断上涨，东淝河出口排水不畅，在其中部低洼处形成的狭长湖泊。瓦埠湖水质优良，属于生态良好湖泊，是淮南市和寿县集中饮用水水源地，目前已被列入环保部第2批“良好湖泊生态环境保护专项”湖泊行列，在保障引用水安全和湖泊流域生态环境安全方面发挥着重要作用，对支撑湖泊流域内甚至流域外的经济社会发展及区域生态平衡具有重要意义，而且湖泊是内陆水体供水的主体，全国城镇饮用水源50%以上来源于湖泊。目前，我国一些生态良好湖泊正面临着入湖污染负荷逐年增加、面积萎缩和生态退化等威胁，迫切需要按照保护优先、自然恢复为主的原则，实行“一湖一策”的战略，建立健全水质良好型湖泊的长效保护机制。瓦埠湖流域内主要的大型河流是庄墓河、陡涧河、东淝河和新河，

同时瓦埠湖是“引江济淮”（长江-巢湖-瓦埠湖-淮河）工程的重要水体、淮河流域重要的蓄滞洪区，而且又是周围居民的饮用水源，具有灌溉、养殖、供水及旅游等多种功能。目前瓦埠湖生态环境状况尚好，但是近年来，随着社会经济的高速发展，对瓦埠湖的开发强度也不断上升，自然生态和水环境开始呈现出恶化趋势，湖泊面积减少，湿地严重萎缩，严重损害了人民群众的健康和环境权益，流域内居民的饮用水安全也面临压力。由于保护和治理资金投入较少，保护工作相对滞后，致使该湖泊水质下降和生态系统退化的风险较大。针对该湖的特点，如能及时的科学诊断，提出正确的保护思路，保护和治理成本最低，则少量的治理资金就可以达到较好的湖泊保护效果。为此，按照《瓦埠湖生态环境保护实施方案》的要求，启动了瓦埠湖流域生态环境安全调查与评估。
3.1 水质评价的集对分析模型
3.1.1 水质评价的集对分析方法
集对分析理论是我国学者赵克勤于1989年基于哲学中的对立统一和普遍联系的原理，首次提出的处理系统确定性与不确定性相互作用的数学理论，其主要数学工具是联系数。至今，集对分析已经得到广泛应用，但集对分析仍在发展中。水质评价过程中，各类评价因子在不同的水体中的作用不同，评价因子重要性的不确定性与评价标准的确定性构成一个集对。因此，集对分析理论在水质评价中的应用，是水质评价方法的突破。
集对分析理论对某研究对象的确定性因素集合和不确定性因素结合构成集对，对集对中两集合的特性进行同一、差异、对立的系统分析，通过联系度μ描述两者相关关系，再推广到多个集合组成的系统，即根据两个已知的集合A和集合B建立集对H（A,B），根据某个具体问题W的需求，对集对H的特性展开分析共，得到N个特性，其中有S个为集对H中两个集合A和B共同具有的；有P个特性为两个集合对立的，其余的F= N- S- P个特性既不相互对立、又不为这两个集合共同具有，称为差异，则有：
联系数是用来描述所研究事物中确定性与不确定性以及确定性与不确定性相互作用的一种结构函数，也称同异反联系数。其具有系统性、层次性、可展性、不确定性等性质。由于水质评价过程中指标的多样性，且每个指标对水质的影响不同，即使水质处于同一等级，也会因指标含量不同而有所差异，因此对水质进一步进行分级需做集对分析。水质评价过程中一般将水质分为Ⅰ-Ⅴ类标准，并将劣于Ⅴ类标准的水质通看作Ⅴ类。现将各评价指标的监测值和各级标准限值看作一个集对，将Ⅰ类水质视为两个集合的同一，Ⅴ类水质

视为两个集合的对立，Ⅱ-Ⅳ类水质视为两个集合的差异。若评价指标为越小越优型，其联系度计算方式为：
畜禽养殖所排放的污染负荷是通过流域内畜禽的种类和数目、每头畜禽所产生的污染当量以及粪尿的流失量来计算，流域内畜禽养殖的排污系数参照《第一次全国污染源普查-畜禽养殖业源产排污系数手册》并结合流域畜禽养殖情况，确定猪的规模化养殖排污系数为COD 27.59 g/头·d，总氮3.79g/头·d，总磷0.32g/头·d；非规模化养殖排污系数分别为COD 164.89g/头·d，总氮11.35g/头·d，总磷1.44g/头·d。畜禽量的换算关系为：45只鸡=1头猪，3只羊=1头猪，5头猪=1头牛，50只鸭=1头猪，40只鹅=1头猪，60只鸽=1头猪，均换算成猪的量进行计算。计算结果见表2-26，得到流域畜禽养殖的污染排放总量为：COD 10110.6t/a，TN 2401.4t/a，TP 421.3 t/a。流域内各市县畜禽养殖污染排放量见表4.1-6。
由COD入湖贡献分配比例图可以看出，COD的主要排放贡献来自于农业污染和生活污染，其贡献率分别为40.58%和33.25%，瓦埠湖流域人口密集，农业和养殖业发达，农田化肥中所用的有机肥和生活污染中排放的的有机物是瓦埠湖流域COD污染的主要来源。由图可知，畜禽养殖污染的COD入湖贡献率达到21.01%，畜禽养殖过程中所用的饲料废弃物以及畜禽粪便中含有大量有机物，其也是瓦埠湖流域COD污染的重要来源之一。相比较以上三种污染源，工业污染和水产养殖对COD的贡献率仅为4.39%和0.77%，其主要原因是工业企业并不发达，研究显示工业企业废水主要污染物以COD和氨氮为主，因此瓦埠湖流域工业点源污染较轻。而水产养殖中养殖饵料和鱼类排泄物中虽含有有机物，但主要以N、P为主，因此水产养殖对COD的入湖量影响较小。综合分析得出瓦埠湖流域COD排放源主要为农田化肥、生活污水和畜禽养殖。
图4.2 总氮、总磷入湖贡献分配比例图
由总氮、总磷入湖贡献分配比例图可以看出，农业面源污染是流域总氮、总磷超标的主要原因，其入湖贡献率分别为48.89%和59.65%。2014年瓦埠湖流域各乡镇资料统计，瓦埠湖流域共有耕地面积195.27万亩，总施肥量达14.71万吨，年施肥量高达14.71万吨。调查显示流域内施肥主要以尿素、硫酸铵、硝酸铵以及复合肥为主，这些化肥的主要成分为N、P两种元素。此外瓦埠湖流域还存在大量使用农药的现象，过量农药、化肥的使用，导致大量的N、P经地表径流、灌溉退水等多种途径进入瓦埠湖以及周边河流，导致湖泊水体N、P监测值严重超标。研究表明，湖区N、P营养物质的污染是导致瓦埠湖水体富营养化的直接原因。因此，流域农业面源污染是瓦埠湖富营养化的主要原因

。此外，由图可以看出生活污染也是导致瓦埠湖流域水体总氮、总磷超标的重要原因，其入湖贡献率分别为27.49%和17.28%，均排在总氮、总磷污染源的第二位。Xie等对通过太湖流域污染源的解析发现，太湖水体中N、P超标的主要原因是流域居民生活污水直接排入水体所致，因此生活污水是N、P污染的一个重要来源。瓦埠湖流域基础设施完善程度较差，流域生活污水，特别是农村生活污水没有及时做统一收集处理，流域内生活污水直接排放，经雨水冲刷、地表径流等作用进入湖区或周边河流，导致流域水体污染。水产养殖污染，也是流域总氮、总磷超标的重要原因，其总氮、总磷入湖量分别为182t/a和46.22t/a，分别占总氮、总磷入湖总量的5.76%和15.48%，据统计瓦埠湖内围网养殖总面积有11.02万亩，每年向水体投放配合饲料700吨。鱼类养殖所投放的饲料中含有大量的N、P营养元素，养殖过程中未被鱼吃掉的直接进入水体，导致水体N、P含量超标。被鱼吃掉的饲料经粪便排出后，溶于水中对水体造成污染。由总氮入湖分配比例图中可以看出，工业企业污染对总氮的贡献率为10.27%，对总磷的贡献率为0.54%，工业企业总氮、总磷的排放量分别为324.4t/a和1.6t/a，数据分析显示工业企业污染是流域总氮超标的重要污染源，且有分析结果可知瓦埠湖流域工业废水以氮素为主。就畜禽养殖污染对流域内总磷、总氮的排放影响来看，其对总氮、总磷的入湖贡献率分别为7.06%和7.6%。瓦埠湖流域养殖业发达，畜禽养殖粪便处理率低，畜禽养殖场地大量压实的养殖饲料残余，粪便和饲料残余在雨水冲刷或场地清洗的情况下进入周围水体，因此导致流域水体总磷、总氮监测超标。总之，从全流域的综合水质状况和污染源调查结果，瓦埠湖流域水质较差，农业类面源污染与生活污染对流域水质影响较大，其次畜禽养殖和水产养殖污染也是瓦埠湖流域的重要污染源。
4.4 流域污染负荷排放预测
（1）工业污染预测
流域污染负荷排放的预测主要是预测行业污染负荷的结构和污染负荷量。其中工业污染物排放量预测按如下公式计算：
式中：Wi是预测目标年工业废水中第i中污染物的年排放量（t/a）
Ci是预测目标年工业废水中第i中污染物的浓度（mg/L）
Q0是起始年废水年排放量（m3/a）
ε是工业污染源废水增长弹性系数
根据2014年流域工业产值以及根据流域国民经济社会发展“十三五”规划预测2020年瓦埠湖工业生产总值，预测2020年瓦埠湖流域工业废水排放量为910万吨。当工业结构不发生变化时工业污染的排放量分别为COD 2109t/a、总氮 647t/a、总磷 2.92t/a。
（1）从营养物

质入湖分配比例来看，农田化肥对COD、TN、TP的贡献率分别为40.58%、48.89%和59.65%，这与流域是安徽省主要农业发展区是相关的，目前流域的“测土配方”和控失肥的推广工作尚未全面开展，农业依然以传统农业种植与灌溉为主，生态农庄和农业循环经济亦缺乏有效推广，肥料的利用率不高，其环境的负面效应没有根本改变。
（2）由于流域以农业人口为主，新农村建设和新城镇化建设缺乏有效规划，农村生活污水尚未得到有效控制。为消除农村生活对水环境的影响，应推进新农村和新城镇化建设，根据各小流域的人口、布局、经济发展等的特点，因地制宜地推广生活污水的生态化处理。
（3）围网养殖模式直接影响湖泊水质，应全面取缔，并重新规划、发展具有良好生态环境效应的生态养殖模式。
评价过程中，不同评价指标的作用大小不同，依据各评价指标的重要性为其赋予权重，评价结果更加接近实际。根据赋权原理不同可分为主观赋权法和客观赋权法。主观赋权法主要是在评价过程中邀请评价领域的专家学者依据其多年的工作经验和丰富的专业知识，针对不同评价指标确定其影响程度，以此给各评价指标赋予权。不同的专家，具有不同的评价标准，所得到的结果差异性较大。客观赋权法由评价指标值构成的判断矩阵并通过标准化处理来确定各评价指标权重的一种方法，客观赋权法通过客观的计算来确定各评价指标权重,计算结果统一，使评价结果更可靠、合理。
熵值法属于客观赋权法。研究表明熵是对不确定性的一种度量，它从量上反应具有确定概率的人时间发生时所传递的信息。信息的量度与它所代表的时间的随机性或客观时间发生的概率有关，当事件的发生概率大，事先容易判断，有关此事件的消息排队事件发生的不确定程度小，则包含的信息量就小，反之则大。从这一点出发，信息论利用统计热力学中熵的概念，建立了对信息的度量方法。根据这种的原理，在水质评价过程中我们可以通过计算熵值判断各指标对综合水质的影响大小。在实际决策过程中，选取n个决策对象，m个决策指标组成初始矩阵，利用熵值法计算各指标的权重，其本质就是综合考虑各决策指标的重要性，根据各决策指标信息的效用值来来赋予权重的计算方式，在具体决策时依据熵权计算m个指标的总效用值。熵权计算过程中某指标效用值越高，其对评价的影响作用越大。熵值赋权法依据以下步骤对各评价指标赋予权重：
就目前国内外的研究结果来看，有关生态学方面的评估案例多种多样，特别是生态健康评估方面不同的专家学者有不同的计算方式。