汉江生态经济带水生态环境问题及对策

2020-06-01卢金友

环境科学研究 2020年5期

卢金友，林莉

水利部长江水利委员会长江科学院，湖北武汉 430010

汉江为长江第一大支流，发源于陕西省秦岭南麓，干流流经陕西、湖北两省，自汉口汇入长江[1-2]. 汉江流域是我国中部地区重要的政治、经济、文化和生态中心，是全国重要的商品粮生产基地，也是湖北省“两圈一带”的重要支撑. 汉江上游是南水北调中线工程的水源地，在区域发展总体格局中具有重要地位[3]. 国务院于2018年10月批复了《汉江生态经济带发展规划》. 汉江生态经济带覆盖河南省南阳市全境及洛阳市、三门峡市、驻马店市的部分地区，湖北省十堰市、神农架林区、襄阳市、荆门市、天门市、潜江市、仙桃市全境及随州市、孝感市、武汉市的部分地区，陕西省汉中市、安康市、商洛市全境[4]. 汉江生态经济带是我国战略水资源保障区、内河流域保护开发示范区、中西部联动发展试验区、长江流域绿色发展先行区，同时也是西北地区通江达海的重要通道、连接长江经济带和丝绸之路经济带的重要桥梁，具有承南启北、贯通东西的枢纽功能，在推进“一带一路”建设、长江经济带发展中具有十分重要的地位[4]. 加快该区域经济社会发展对于全国地区协调发展具有重要意义. 汉江流域和汉江生态经济带主要水系见图1.

图1 汉江流域和汉江生态经济带主要水系分布Fig.1 Major river systems in the Hanjiang River Basin and the Hanjiang River Ecological Economic Belt

按照空间布局，汉江生态经济带可划分为丹江口库区及上游地区和汉江中下游地区. 丹江口水库作为南水北调中线工程水源地，承担了北京、天津、河北、河南四省市的用水需求，是我国水资源战略格局的重要组成部分[5-6]，其水质安全已成为汉江生态经济带最核心的水安全问题之一，但水库水安全保障仍有待加强. 汉江水能资源蕴藏量丰富，干流先后规划了15级梯级电站，目前已建成丹江口、王甫洲、崔家营和兴隆等梯级枢纽[7-8]，水资源开发利用的同时也引发了汉江中下游硅藻水华频发、鱼类资源量减少等水生态问题[9]. 随着南水北调、鄂北调水等调水工程的推进，汉江中下游径流量降低，同时叠加已有的环境污染问题，导致汉江中下游水环境问题更加突出. 小清河、唐白河、竹皮河等支流水污染严重.

近年来，随着《长江保护修复攻坚战行动计划》等的出台，我国围绕汉江生态经济带生态环境保护修复做了大量工作. 2014年建成通水的引江济汉(江汉运河)工程从长江荆江河段附近引水至汉江兴隆河段，补充因南水北调中线调水而减少的水量，对改善兴隆河段以下干流河道的用水条件和消除水华起到一定作用，但汉江生态经济带水生态环境状况仍令人担忧. 丹江口水库水安全保障不足、汉江中下游水生态受损、支流水污染严重等问题明显存在. 针对汉江生态经济带水生态环境保护存在的问题，亟需追根溯源、掌握成因、分类施策、系统治理，为支撑汉江生态经济带建设，打好长江保护修复攻坚战提供决策依据.

1 汉江生态经济带水生态环境形势与问题

1.1 丹江口水库水安全保障不足

丹江口水库“十三五”水质目标是稳定达到GB 3838—2002《地表水环境质量标准》(文中所提水质标准均指该标准)Ⅱ类水，总氮浓度不劣于现状水平[10]. 目前丹江口水库总体水质良好，但水质保障工作仍存在一些薄弱环节[11]，如部分入库支流污染形势严峻，支流库湾存在水华发生风险，库周及上游面源污染未得到有效控制，消落带管理薄弱等[12].

1.1.1部分入库支流污染形势依然严峻

丹江口水库库周直接入库河流有16条，控制流域面积9×104km2，占整个丹江口库区及上游水源区流域面积的94.5%[13-14]. 2017—2018年入库河流水质监测结果表明，16个入库河流断面中，达到Ⅰ类水质标准的断面占25.0%，符合Ⅱ类水质标准的断面占62.5%，劣Ⅴ类水质断面占12.5%. 与2017年相比，2018年符合或优于Ⅲ类水质标准的断面比例提高了12.5%，劣Ⅴ类水质断面所占比例持平.

由于《丹江口库区及上游水污染防治和水土保持“十三五”规划》、河长制等规划制度的实施，入库支流整体水质有所改善，但神定河、泗河等污染较重的支流水质仍有超标现象. 神定河水质常年不达标，是由于污水溢流、大量尾水排放和上游支流所携带污染物排入所致[15]. 泗河水质不达标的主导因素是流域内城镇未经处理的生活污水以及工业废水的排放等点源污染，农业面源污染也有一定贡献[16]. 神定河和泗河入库断面2017—2018年水质为Ⅴ～劣Ⅴ类，总氮浓度在2～10 mg/L之间[17]，2019年已消除劣Ⅴ类，但水质尚不能稳定达标，仍需不断推进综合治理工作.

1.1.2支流库湾水华发生风险加剧

2013年丹江口大坝加高后，丹江口水库岸线长达 4 604 km，岸线曲折，形成大量库湾，库湾水体流动性较差，营养盐容易累积. 2015年监测结果显示，丹江口水库库湾的营养状态指数(EI)为48，为中营养状态，且库湾水域富营养化趋势明显[13]. 2017年丹江口库湾浮游植物群落变化规律：春季以硅藻和蓝藻为优势种，夏季以绿藻、蓝藻和隐藻为优势种，秋冬季以硅藻、隐藻和蓝藻为优势种，水体浮游植物数量在各库湾和不同季节均存在差异，浮游植物藻密度在2.73×106～6.87×106cells/L之间，年平均藻密度为4.89×106cells/L[18]. 根据综合营养状态指数评价的结果可知，丹江口库湾富营养化程度处于中营养和富营养化水平[19]，其中总氮贡献较大，其浓度范围在1.08～1.88 mg/L之间，平均值为1.47 mg/L，磷为库湾富营养化的限制因子. 丹江口水库的营养盐水平已能够满足藻类快速生长的需要，一旦遇上合适的水文、气象条件，在支流、库湾等区域发生水华的风险较大.

1.1.3库周及上游面源污染未得到有效控制

丹江口水库周边点源已基本得到控制，但库周及上游面源污染已成为丹江口水源地的主要污染源，且农业农村污染是面源污染的主要来源[20]. 据报道，汉江及其支流总氮年入库负荷为2.7×104t，为水源区总氮负荷的主要来源；面源污染是水源区总氮升高的主要驱动力，对总氮输出负荷的贡献率在60%以上；耕地和居民地是面源污染总氮的主要来源[10,21]. 丹江口水库库周及上游耕地水土流失严重，主要农作物大量使用化肥和农药，其有效利用率在30%以下[22]. 大量未被利用的化肥和农药随着降雨径流进入汉江和丹江两条入库河流，或直接进入丹江口水库，成为库区氮磷的重要来源.

1.1.4消落带管理薄弱

水库消落带是陆地生态系统与水生生态系统的过渡区域[23-24]. 丹江口大坝加高后，水库水位160～170 m之间形成的消落带种植有近26×104亩(1亩≈666.67 m2)的农田耕地，其施用的农药化肥导致消落带进入淹没状态时，氮磷营养盐和有机污染物将释放进入水体，威胁水库水质安全[17].

丹江口水库作为饮用水水源地，消落带的管理成效直接关系供水水质安全. 依据《大中型水利水电工程建设征地补偿和移民安置条例》，丹江口库区消落带土地属国家所有，由南水北调中线水源有限责任公司负责管理. 但实际管理过程中，由于库区消落带范围广，管理任务重，管理难度大，加上缺乏相关配套的实施细则、指导意见，以及政策法规不健全，如管理单位和地方政府的职权范围、人员配置、管理手段和资金来源均无相关规定，导致库区消落带管理工作陷入困境. 目前，河南省淅川县成立了库区资产资源管理开发局，统一对库区淅川县消落带进行管理，但其管理职责没有得到明确授权. 部分消落带为库区周边居民自发利用，由于周边居民对消落带的特殊性和重要性认识不足，使消落带的社会效益、生态效益未得到有效发挥，反而破坏了库区生态环境，造成水土流失和水质污染[13].

1.2 汉江中下游水生态受损

随着汉江干流梯级开发、南水北调中线工程以及鄂北水资源配置项目的实施，汉江中下游水量逐年减少、水环境容量下降，水体自净能力降低，局部江段富营养化问题凸显，汉江中下游硅藻水华频繁发生，对区域生态环境带来严重影响. 同时，汉江干流梯级开发使中下游河流水文情势发生改变，表现为河流的连续性被破坏，河流生境碎片化；水电站的蓄水和放水改变了河流自然水文情势；深水大库的滞温效应导致下游河道水温发生显著改变，汉江中下游鱼类繁殖受到严重影响，导致鱼类资源量大幅减少.

1.2.1中下游硅藻水华频发

从1992年首次报导汉江中下游硅藻水华以来，其水华发生越来越密集，自2008年开始，每年冬春季均发生硅藻水华，其持续时间逐渐延长，暴发时间通常为每年2—3月，并有提前的趋势[25-27]. 2018年2月汉江中下游再次暴发大规模硅藻水华，持续时间超过30 d，波及范围广，发生强度大，严重威胁区域生态环境安全.

汉江硅藻水华暴发的原因主要包括：水体中过量营养盐的输入，导致水体初级生产力提高而产生水华[26,28]，除氮磷之外，硅也是重要指标[29]；冬春季缓慢的流速和较低的水位促进了藻类迅速增殖[30]；适宜的气候条件，特别是较低的气温和良好的光照条件也利于硅藻水华的发生[27,31].

针对汉江中下游“水华”防控，已开展的主要工作有实施污染控制、加强水质监测、构建水华预警预报体系、实施生态调度策略等[30,32]. 其中，生态调度通过增大汉江中下游的流量、流速以及汉江与长江水位落差，尽量消除水华形成的水文条件，是防治汉江中下游硅藻水华发生的应急办法. 为应对汉江硅藻水华，长江防汛抗旱总指挥部对汉江干流梯级枢纽实施联合应急水量调度，成效显著. 有研究者提出了仙桃断面500 m3/s的水华发生预警流量[33]，当流量低于该值时可能发生水华. 但2018年2月水华发生期间皇庄、仙桃断面流量为700 m3/s，水华消退期间皇庄、仙桃断面流量在 1 000 m3/s以上. 随着汉江干流各项水利工程的实施，河道水文情势发生变化后，以往提出的仙桃断面500 m3/s的预警流量有待重新评估[34]，有研究者建议预警流量在800 m3/s以上[35].

1.2.2中下游鱼类资源量减少

目前汉江中下游已建成丹江口、王甫洲、崔家营和兴隆四级水利水电梯级开发，另有在建和规划的新集、雅口以及碾盘山枢纽，共计7级梯级开发. 汉江干流梯级枢纽蓄水运行后，对鱼类繁殖产生的影响主要有：①大坝阻隔了鱼类的上溯和下行，鱼类生殖洄游通道受阻；②梯级水库具备较强的调节能力，使下游洪水期缩短，洪峰流量减少，导致产漂流性卵鱼类繁殖期缩短，产卵量下降[36-37]；③丹江口等水库在春、夏、秋季时水温分层现象明显[38]，低温下泄水导致下游鱼类产卵场水温改变，不利于繁殖行为的发生[39]；④下游河道水文情势改变，鱼类繁殖所需的生态水文节律被打破，具体表现为水库回水范围内水深增加、流速放缓，达不到产漂流性卵鱼类繁殖和鱼卵孵化所需的流速条件，以及部分流水河段变为静水河段，坝间流水河段距离小于漂流性受精卵完成自然孵化所需的最小漂移距离，不利于受精卵孵化[40]；⑤梯级枢纽运行导致下泄清水冲刷下游河道，河道粗化并下切[41-42]，对部分鱼类的产卵场和索饵场造成不利影响，底质的改变也显著降低了鱼类饵料底栖动物等的资源量，导致王甫洲等产卵场消失[37,39].

梯级水利枢纽的建设和运行，对汉江中下游产漂流性卵鱼类的影响表现为产卵场萎缩退化、繁殖期缩短、产卵规模出现较大幅下降. 汉江中下游产漂流性卵鱼类产卵量从1977—1978年的47×108粒(尾)降至2012年的6.2×108粒(尾)[37]. 其中，四大家鱼产卵量从20世纪70年代末的近5×108粒(尾)降至2004年的0.93×108粒(尾)[39]，到2018年仅为 0.69×108粒(尾)[43].

1.3 支流水污染严重

汉江中下游地域辽阔，人口众多，经济发达，自然资源丰富，是汉江流域乃至湖北省经济发展的中心，经济社会的快速发展和人口增长也给该地区生态环境带来了严峻挑战，导致部分支流如小清河、唐白河、南泉河、竹皮河等水质较差，支流水质不达标严重影响汉江水质.

1.3.1支流水污染现状

汉江生态经济带水系发达，仅流域面积超过 1 000 km2的一级支流就有12条. 汉江中下游干流总长度为619 km，沿程有北河、南河、小清河、唐白河、蛮河、竹皮河、汉北河等7条主要支流汇入[44]. 其中襄阳以上江段支流水体水质多为Ⅱ类，襄阳以下支流水体污染程度逐渐加重，至荆门竹皮河水质降为劣Ⅴ类(见表1). 唐白河是汉江支流中最大的一条，素有“黑河”之称. 由于年降雨径流少，加上沿途工业污染排放且水体自净能力弱，唐白河水质在2011—2014年也多次检出为劣Ⅴ类，其大部分河段有机物、氨氮含量显著超标[45]. 近年来，随着国家生态环境政策的调整实施，唐白河水质开始逐渐有所好转，唐河埠口段2019年枯水期水质达Ⅳ类，丰水期可达Ⅲ类(见表1). 2019年初，生态环境部公布了12个长江流域劣Ⅴ类断面，竹皮河赫然在列，其水体中化学需氧量、氨氮和总磷浓度均超过Ⅴ类水标准.

表1 2019年汉江中下游主要支流水质状况

注： 1) 参照GB 3838—2002《地表水环境质量标准》.

1.3.2支流污染原因分析

汉江中下游主要流经襄阳市老河口市、谷城县、樊城区、襄城区、襄州区、宜城市，荆门市钟祥市、沙洋县，天门市，潜江市，仙桃市，孝感市汉川市，武汉市蔡甸区、东西湖区、江汉区、硚口区、汉阳区，其中仙桃市和武汉市废污水主要排入通顺河和长江，对汉江的影响较小，但汉江生态经济带重要工业城市如襄阳市、荆门市、孝感市等产生的大量废污水分别排入小清河和唐白河、竹皮河、汉北河等汉江支流，导致了支流的严重污染. 化工、酿造、造纸、制药、纺织印染等废水是唐白河与竹皮河的重点污染源[45-46]. 这些城市存在着部分工业企业设备老化陈旧、管理水平低、生产技术落后与污水处理设施有待完善等问题，近年来虽有所改善，但受困于资金链的短缺，污染控制力度还需进一步加强.

2 汉江生态经济带水生态环境保护对策建议

2.1 切实做好丹江口水库水质安全保障工作

丹江口水库局部区域营养盐负荷过高，亟需提出富营养化风险防控策略，做好水库水质安全保障预案. 针对支流河口和主要库湾等水体富营养化风险较高的区域，需从营养盐控制和水动力调控等方面制定防控策略. 形成面源污染源头控制—陆域营养盐高效阻截—末端治理全链条技术体系，并大力推进工程的实施，持续削减入库污染负荷. 针对水华发生风险较大的支流库湾，建议结合水文、气象等因素，做好丹江口水库藻类治理技术储备，同时在重点区域配备相应的水华防控设备，提前做好藻类应急处置措施. 针对水库消落带管理问题，需建设必要的水库管理设施，包括沿库岸线逐步建设环库隔离带，减少人类活动对水库水生态环境的干扰；适当修建库岸带拦污设施，拦截入库污染物；通过在消落带种植耐淹耐旱的草本植物和灌木等适生植物，对消落带植被群落进行恢复和重构，构建缓冲带，推进丹江口水库172 m线下消落区生态治理与保护及生态屏障示范区建设[47]；建设水库监控系统，对消落区和重点库面进行监控，及时发布信息并妥善处置.

2.2 科学开展基于生态流量保障的生态调度

针对汉江中下游河道硅藻水华频发的问题，需加强汉江中下游生态流量需求的科学研究，进一步科学计算控制水华所需的生态流量，根据梯级水库运行调度情况制定汉江中下游生态流量联合调度管理制度，编制具体实施细则，作为相关梯级调度方案的必要内容，并由流域管理机构负责指挥和实施，加强生态流量泄放管理[43].

针对汉江中下游产漂流性卵鱼类资源量下降的问题，需准确核定基于鱼类生境需求的生态流量，综合水利学科和生态学科力量，基于四大家鱼的产卵需求，结合产卵场的分布，考虑鱼类繁殖的水位脉冲、水温等需求，通过实施流域水生态统一调度，保障生态需水过程. 同时，在落实生态调度的基础上，辅以人工增殖放流设施建设，定期开展产漂流性卵鱼类的增殖放流，实施放流的种类包括四大家鱼及鳡鱼、鳤鱼等人工繁殖技术较为成熟的鱼类[37].

2.3 建立生态环境协同保护机制

汉江生态经济带涵盖陕西、河南、湖北三省，流域上下游关系复杂，流域整体性保护不足. 需建立汉江生态经济带生态环境协同保护机制，统筹开展水资源保护、水污染防治、水环境治理、水生态修复、水域岸线管理与水行政执法等工作. 开展汉江流域上中下游联动机制研究，从流域层面来探索汉江来水总氮浓度偏高等实际问题的解决办法，提出汉江生态经济带生态环境保护的协调机制与方案，形成上中下游协同联动的保护格局.

2.4 完善南水北调中线水源地生态补偿机制

水源地生态补偿的主要目标是为了保障优质源头水的长效供给，提高水源地政府基本公共服务保障能力和帮助水源地人民群众形成绿色发展能力，实现脱贫攻坚[48-49]. 针对南水北调中线水源地生态补偿问题，要加快完善水源地生态资源价值的评估体系，以市场化为导向，在现有生态补偿基础上，适当提高生态补偿标准. 同时，还应逐渐建立多元化的生态补偿资金筹集机制，开展多种形式的横向补偿，实现水源地与用水地的协调发展. 进一步深化与京津冀等地区的对口协作，从中央和省级层面多争取生态补偿资金，用于丹江口水库水质保护. 进一步精准生态补偿对象，让实际的水源保护者尤其是贫困农户受益，提高生态补偿带动脱贫的效率，将汉江生态经济带补偿机制的构建与“精准扶贫”相结合，创新补偿方式和途径.

2.5 加强生态环境保护科技支撑

加强生态环境保护科技支撑，完善生态环境科研体系. 加强汉江流域生态系统服务价值和生态环境承载力评估、生态安全阈值和水环境容量动态预测、生态需水、生态环境风险与预警、藻类应急处置等方面的基础理论和技术研究，促进环境科技工作由“跟踪应急型”向“先导创新型”转变.

充分发挥国家长江生态环境保护修复联合研究中心等科研部门的作用，加强科学研究. 依托长江生态环境保护修复驻点跟踪研究工作，大力提升汉江生态经济带重点城市的生态环境科技能力建设，尽早提出长江支流汉江片区生态环境保护技术方案，并大力实施各项生态环境保护工作. 加强汉江生态经济带科研观测系统建设，完善相关国家野外科学观测研究站系统建设，加强生态环境本底数据与演变数据的长期定位观测研究. 集成水体污染控制与治理科技重大专项等国家重点专项研究成果，整合污染源控制、水环境治理、水生态恢复等综合治理技术，选择汉江生态经济带重点区域进行示范应用，建立一批示范基地，推动生态环保治理修复技术科技成果转化落地.